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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine verstellbare Lenksäule für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein Innenmantelrohr, welches sich axial in Richtung einer Längsachse erstreckt und einen Klemmabschnitt mit unrundem Außenquerschnitt und in einem Endbereich mindestens einen Lagerabschnitt mit einem kreiszylindrischen Innenquerschnitt aufweist, und in dem Lagerabschnitt ein Außenring eines Wälzlagers aufgenommen ist, das zwischen einer Laufbahn des Außenrings und einer Laufbahn eines Innenrings abrollbare Wälzkörper aufweist, wobei in dem Innenring eine Lenkwelle aufnehmbar ist. Eine Lenksäule mir einer derartigen Manteleinheit ist ebenfalls Gegenstand der Erfindung.
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Die Lenksäule eines Kraftfahrzeugs umfasst eine Lenkwelle, an deren fahrerseitigen, in Fahrtrichtung hinteren Ende der Lenkspindel ein Lenkrad zur Eingabe von Lenkbefehlen montiert ist. Die Lenkwelle ist in einer Manteleinheit um ihre Längsachse drehbar gelagert. Zur Anbringung in einem Kraftfahrzeug ist die Manteleinheit von einer Trageinheit gehalten, die mit der Karosserie verbunden ist. Bei einer verstellbaren Lenksäule ist die Manteleinheit für eine Längsverstellung zur Anpassung an die Fahrerposition axial, d.h. in Richtung der Längsachse teleskopartig verstellbar ausgestaltet. Hierzu weist die Manteleinheit ein Innenmantelrohr auf, in dem die Lenkwelle in der gattungsgemäßen Bauweise in mindestens einem Wälzlager drehbar gelagert ist. Das Innenmantelrohr ist axial verstellbar in einem Außenmantel aufgenommen, das von der Trageinheit gehalten wird. Mittels einer Spanneinrichtung, die manuell oder motorisch wahlweise in eine Fixierstellung oder eine Freigabestellung gebracht werden kann, kann in Fixierstellung der Außenmantel außen auf einem Klemmabschnitt des Innenmantels verspannt werden, so dass eine Fixierung in Längsrichtung erfolgt. In Freigabestellung ist die Verspannung gelöst, so dass der Innenmantel zusammen mit dem das Lenkrad aufweisenden Lenkwellenabschnitt in Längsrichtung nach vorn auf den Außenmantel zu oder nach hinten von dem Außenmantel weg verstellt werden kann.
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Aus der
EP 2 711 265 A1 ist ein Innenmantelrohr für eine Manteleinheit beschrieben, welches einen Klemmabschnitt mit einem mehreckigen Außenquerschnitt hat, an dem am hinteren Endbereich ein innen kreiszylindrischer Lagerabschnitt angebracht ist. Der kreiszylindrische Innenquerschnitt erstreckt sich von einer Stirnseite über die Breite des Lagerabschnitts axial in Richtung zum Klemmabschnitt hin. In den Lagerabschnitt kann der Außenring eines Wälzlagers eingesetzt und fixiert werden, beispielsweise durch axiales Einpressen. Der Innenring ist zur drehbaren Lagerung auf der Lenkwelle angebracht.
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Die Verspannung des Außenmantels kann von außen gegen die Klemm- bzw. Kontaktflächen des Innenmantelrohrs erfolgen. Beispielsweise können mittels der Spanneinrichtung Seitenwangen der Trageinheit gegen seitliche Klemmflächen des Innenmantelrohrs verspannt werden, oder es kann eine Art das Innenmantelrohr umgreifende Klemmschelle oder dergleichen ausgebildet sein. Um einen möglichst großen axialen Verstellbereich realisieren zu können, ist der kreiszylindrische Lagerabschnitt auf seinem Außenumfang mit umgeformten Bereichen versehen, um die Klemmflächen axial bis in den Bereich des Lagerabschnitts zu verlängern.
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Nachteilig ist bei dem vorgenannten Innenmantelrohr der hohe erforderliche Bearbeitungsaufwand. Außerdem kann in Fixierstellung durch die Verspannung des Außenmantels im Lagerabschnitt im ungünstigen Fall eine asymmetrische Radialkraft auf den Außenring des Wälzlagers ausgeübt werden. Um diese Nachteile zu vermeiden wäre zwar eine axiale Verlängerung des Lagerabschnitts möglich, dies ist jedoch wegen der damit einhergehenden Vergrößerung des Bauraums und der Verringerung der Steifigkeit nicht akzeptabel.
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Angesichts der vorangehend erläuterten Problematik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Manteleinheit anzugeben, welche eine einfacher herstellbare, betriebssichere und kompakte Bauform mit hoher Steifigkeit ermöglicht.
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Darstellung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Manteleinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Lenksäule gemäß Anspruch 11 umfassend eine derartige Manteleinheit. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Bei einer Manteleinheit für eine verstellbare Lenksäule für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein Innenmantelrohr, welches sich axial in Richtung einer Längsachse erstreckt und einen Klemmabschnitt mit unrundem Außenquerschnitt und in einem Endbereich mindestens einen Lagerabschnitt mit einem kreiszylindrischen Innenquerschnitt aufweist, und in dem Lagerabschnitt ein Außenring eines Wälzlagers aufgenommen ist, das zwischen einer Laufbahn des Außenrings und einer Laufbahn eines Innenring abrollbare Wälzkörper aufweist, wobei in dem Innenring eine Lenkwelle aufnehmbar ist, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Wälzkörper axial versetzt zu dem Lagerabschnitt angeordnet sind.
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Der Außenring ist in dem Lagerabschnitt bevorzugt derart aufgenommen, dass der Lagerring sich radial, also in einer Richtung orthogonal zur Längsachse, abstützt, also von diesem getragen ist. Somit kann von einer Fixierung des Außenrings in radialer Richtung gesprochen werden. Besonders bevorzugt ist der Außenring auch in axialer Richtung in dem Lagerabschnitt, zumindest in einem Richtungssinn fixiert.
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Bevorzugt sind die Wälzkörper axial in Richtung auf den Klemmabschnitt zu versetzt angeordnet.
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Bevorzugt ist der Klemmabschnitt in einem Außenmantel axial führbar aufnehmbar und in diesem festklemmbar, zur Fixierung in axialer Richtung.
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Der Lagerabschnitt ist an mindestens einem, bevorzugt mindestens dem vorderen Endbereich, dem der Fahrzeugfront zugewandten Endbereich des Innenmantelrohrs angeordnet. Der kreiszylindrische Innenquerschnitt erstreckt sich dabei entsprechend von der Stirnseite des Innenmantelrohrs axial in Richtung auf den Klemmabschnitt zu. Mit anderen Worten ist der Lagerabschnitt endseitig zwischen dem Klemmabschnitt und der Stirnseite angeordnet. Die Breite des Lagerabschnitts, im Folgenden auch kurz Lagerbreite genannt, bezeichnet definitionsgemäß die axiale Erstreckung des kreiszylindrischen Innenquerschnitts.
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Erfindungsgemäß sind die Wälzkörper relativ zum kreiszylindrischen Innenquerschnitt des Lagerabschnitts axial versetzt positioniert, und zwar von der Stirnseite her gesehen nach innen, also näher am Klemmabschnitt. Mit der axial versetzten Anordnung ist gemeint, dass der Kontaktbereich der Wälzkörper mit der Laufbahn des Außenrings außerhalb des Lagerabschnitts liegt, in dem der Außenring über seine Außenfläche mit der kreiszylindrischen Innenfläche des Lagerabschnitts verbunden ist. Dies kann dadurch realisiert werden, dass der Kontaktbereich der Wälzkörper von der Stirnseite aus gemessen einen Abstand hat, der größer ist als die axiale Breite des Lagerabschnitts, konkret der Lagerbreite der kreiszylindrischen Innenfläche. Vorzugsweise liegt der Kontaktbereich außerhalb des Lagerabschnitts, wobei der Kontaktbereich bevorzugt von dem Lagerabschnitt axial beabstandet ist. Zumindest jedoch befinden sich die Wälzkörper überwiegend außerhalb des Lagerabschnitts, so dass entsprechend zumindest der Kontaktbereich mit einem größeren Teilbereich außerhalb des kreiszylindrischen Innenquerschnitts des Lagerabschnitts angeordnet ist.
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Ein Vorteil der Erfindung ist, dass der Lagerabschnitt eine geringere axiale Breite haben kann, also schmaler ausgebildet sein kann als im Stand der Technik. Dadurch kann ein relativ kurzer Bauraum realisiert werden, ohne dass die Klemmflächen wie im Stand der Technik aufwendig bis in den Lagerabschnitt verlängert werden müssten. Entsprechend kann der Fertigungsaufwand für das Innenmantelrohr und dadurch für die Manteleinheit und die Lenksäule verringert werden.
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Ein weiterer Vorteil ist, dass die bei der Montage und im Betrieb beim Verspannen von dem Außenmantel von außen auf den Außenring des Wälzlagers aufgebrachten Querkräfte nicht mehr unmittelbar im Bereich der Wälzkörper radial einwirken, sondern durch die axial versetzte Anordnung in gewissem Maße von der Laufbahn entkoppelt werden können. Dadurch kann die Fertigung vereinfacht und die Betriebssicherheit erhöht werden. Ein weiterer Vorteil gegenüber dem Stand der Technik ist, dass der Lagerabschnitt einen nutfreien Innenquerschnitt aufweist, so dass das Lager in diesem verbessert aufgenommen werden kann.
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Durch die versetzte Anordnung kann weiterhin eine hohe Steifigkeit der Lageranordnung erreicht werden, wodurch eine ausreichend hohe Steifigkeit der Manteleinheit und damit der Lenksäule auch in Längsrichtung maximal auseinander gezogenen Verstellzustand gewährleistet ist.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung ist, dass die Wälzkörper Kugeln aufweisen, deren Kugelmittelpunkt von dem Lagerabschnitt axial beabstandet ist. Entsprechend ist das Wälzlager als Kugellager ausgebildet. Wenn der Lagerabschnitt sich von der Stirnseite erstreckt und eine axiale Breite hat, die auch als Lagerbreite bezeichnet wird, ist der axiale Abstand des Kugelmittelpunkts von der Stirnseite, der kurz als Kugelabstand bezeichnet wird, größer als die Lagerbreite. Jede Kugel berührt die Laufbahn abhängig vom Laufbahnquerschnitt an einer oder zwei Stellen in einem kleinflächigen, nahezu punktförmigen Kontaktpunkt. Bevorzugt können diese Kontaktpunkte zumindest an der Laufbahn des Außenrings axial beabstandet zum Lagerabschnitt liegen.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Abstand des Kugelmittelpunkts von dem Lagerabschnitt mindestens 1 mm beträgt, bevorzugt mindestens 2 mm. Bevorzugt ist der Abstand des Kugelmittelpunktes zu dem Lagerabschnitt mindestens der Kugelradius. Der Außendurchmesser des Außenrings, der im Wesentlichen mit dem Innendurchmesser des kreiszylindrischen Innenquerschnitts korrespondiert, kann üblicherweise zwischen 20 mm und 50 mm betragen, folglich ist es vorteilhaft, wenn das Verhältnis zwischen dem Abstand des Kugelmittelpunkts von dem Lagerabschnitt und dem Durchmesser des Lagerabschnitts mindestens zwischen 1:10 und 1:50 beträgt, besonders bevorzugt zwischen 1:20 und 1:40. Dadurch kann eine vorteilhaft kurze Baulänge und eine hohe Steifigkeit verwirklicht werden.
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Es kann vorteilhaft sein, dass die Laufbahn des Außenrings und/oder die Laufbahn des Innenrings von dem Lagerabschnitt versetzt angeordnet ist. Die Laufbahn kann dabei axial in Richtung auf den Klemmabschnitt zu auf den zylindrischen Innenquerschnitt folgend, d.h. von der Stirnseite aus gesehen hinter dem Lagerabschnitt angeordnet sein, vorzugsweise axial zu diesem beabstandet. Dadurch befinden sich die Kontaktflächen der Wälzkörper mit dem Außenring, beispielsweise die Kontaktpunkte der Kugeln, in jedem Fall axial außerhalb des Lagerabschnitts, vorzugsweise axial zu diesem beabstandet.
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Für die Lastaufnahme und die Betriebseigenschaften kann es vorteilhaft sein, dass das Lager als Schrägkugellager ausgebildet ist. Dabei verläuft die Verbindungslinie zwischen den Kontaktpunkten einer Kugel mit der Laufbahn des Innenrings und der Laufbahn des Außenrings nicht radial, d.h. senkrecht zur Längsachse, sondern schräg geneigt dazu. Bevorzugt ist es, dass die Verbindungslinie die Längsachse in einem spitzen Winkel schneidet, der sich von dem Lagerabschnitt, d.h. von der Stirnseite ausgesehen zum Klemmabschnitt hin öffnet. Dies kann dadurch erreicht werden, dass der Kontaktpunkt einer Kugel mit der Laufbahn des Außenrings axial weiter von dem Lagerabschnitt beabstandet ist, als der Kontaktpunkt der Kugel außen auf der Laufbahn des Innenrings.
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Eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung sieht vor, dass die Wälzkörper und/oder die Laufbahn des Außenrings und/oder die Laufbahn des Innenrings vorwiegend innerhalb des Klemmabschnitts positioniert sind. Der Klemmabschnitt kann sich in axialer Richtung von der Stirnseite ausgesehen an den Lagerabschnitt anschließen, wobei ein axialer Abstand vorgesehen sein kann oder nicht. Mit „vorwiegend innerhalb“ ist gemeint, dass sich in dem Klemmabschnitt ein größerer Teilbereich des Wälzkörperquerschnitts angeordnet ist, als in dem Lagerabschnitt. Bei einer Kugel als Wälzkörper kann hierzu zumindest der Kugelmittelpunkt axial außerhalb des Lagerabschnitts und innerhalb des Klemmabschnitts liegen. Bevorzugt befindet sich auch der Kontaktpunkt bzw. -bereich eines Wälzkörpers mit der Laufbahn zumindest des Außenringes axial innerhalb des Klemmabschnitts. Diese Ausgestaltung ist vorteilhaft für eine kompakte Bauform und eine hohe Steifigkeit.
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In einer vorteilhaften Ausführung kann vorgesehen sein, dass der Außenring im Bereich seiner Laufbahn radiales Spiel zur Innenseite des Innenmantelrohrs hat. Dies kann dadurch realisiert werden, dass der Klemmabschnitt einen größeren Innenquerschnitt als der Lagerabschnitt, und alternativ oder zusätzlich der Außenring im Bereich des Lagerabschnitts einen größeren Außendurchmesser bzw. Außenquerschnitt hat als im Bereich des Klemmabschnitts, wo erfindungsgemäß die Wälzkörper in der Laufbahn positioniert sind. Im Bereich der Laufbahn kann zwischen dem Außenring und der Innenfläche ein umlaufender Ringspalt ausgebildet sein. Dadurch kann die radiale Belastung des Lagers optimiert werden.
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Es kann vorgesehen sein, dass der Außenring axial gleich oder breiter ist als der Lagerabschnitt. Entsprechend wird das Wälzlager nur auf einem Teil seiner axialen Breite (Außenringbreite oder Wälzlagerbreite) in dem innenzylindrischen Lagerabschnitt aufgenommen und zu diesem festgelegt. Wenn der Außenring mit der Stirnseite des Innenmantelrohrs bündig abschließt, kann der Außenring aus dem Lagerabschnitt zum Klemmabschnitt hin vorstehen, und sich axial bis in den Klemmabschnitt hinein erstrecken. Durch die Positionierung der Laufbahn kann die erfindungsgemäße Anordnung der Wälzkörper mit geringen Aufwand umgesetzt werden.
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Es ist eine vorteilhafte Ausgestaltung, dass der Außenring einen in dem Lagerabschnitt aufnehmbaren Halteabschnitt und einen Laufbahnabschnitt aufweist, in dem die Laufbahn ausgebildet ist. Der Halteabschnitt ist bevorzugt außen zylindrisch und zur kraft-, form- und/oder stoffschlüssigen Fixierung in dem Innenzylinder des Lagerabschnitts ausgestaltet und bemessen, beispielsweise durch axiales Einpressen. Die axiale Breite des Halteabschnitts ist bevorzugt an die Breite des Lagerabschnitts angepasst, vorzugsweise im Wesentlichen gleich, jedoch ist es auch denkbar und möglich, dass diese kürzer als der Lagerabschnitt ist. Der sich in axialer Richtung an den Halteabschnitt anschließende Laufbahnabschnitt befindet sich in montiertem Zustand axial außerhalb des Lagerabschnitts, und kann von der Stirnseite aus gesehen aus dem Lagerabschnitt axial in den Klemmabschnitt vorstehen. Dadurch sind erfindungsgemäß die Laufbahn und die darin angeordneten Wälzkörper in Richtung zum Klemmabschnitt zum Lagerabschnitt versetzt angeordnet. Bevorzugt sind der Halte- und Laufbahnabschnitt bei einem Außenring ausgebildet, der eine relativ zur Lagerbreite größere Außenringbreite hat. Das Lager kann zur Montage mit dem Außenring axial in den Lagerabschnitt eingepresst werden, bis der Halteabschnitt bündig mit der Stirnseite abschließt, und die Laufbahn mit den Wälzkörpern außerhalb des Lagerabschnitts positioniert ist.
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Es kann vorteilhaft sein, dass der Außenring in dem Laufbahnabschnitt einen kleineren Außendurchmesser hat als in dem Halteabschnitt. Dadurch, dass der Außendurchmesser des bevorzugt kreiszylindrischen Halteabschnitts zur Verbindung mit dem kreiszylindrischen Lagerabschnitt angepasst ist, und der Laufbahnabschnitt einen relativ dazu kleineren Durchmesser hat, kann erreicht werden, dass im Laufbahnabschnitt radiales Spiel zum Innenmantelrohr ausgebildet ist. Dadurch können mit geringem Aufwand die oben beschriebenen Vorteile erreicht werden.
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Der Klemmabschnitt kann bevorzugt einen mehreckigen Querschnitt haben mit quer zur Längsachse gegenüberliegenden, mit einem Außenmantel verspannbaren Klemmflächen. Beispielsweise kann der Klemmabschnitt zumindest abschnittweise als Acht-, Sechs- oder Vierkantrohr ausgebildet sein, bevorzugt als Achtkantrohr mit achteckigem Querschnitt. Bei derartigen Rohrquerschnitten mit geradzahligen Seitenzahlen können jeweils zwei bezüglich der Längsachse paarweise gegenüberliegende Außenflächen als Klemmflächen dienen, zwischen denen das Innenmantelrohr durch Aufbringung einer quer zur Längsachse gerichteten Spannkraft zwischen den Innenseiten des Außenmantels zur Fixierung einer eingestellten Verstellposition eingespannt werden kann.
Das Innenmantelrohr kann bevorzugt als Blechformteil ausgebildet sein, bevorzugt aus Stahlblech, wobei der Klemmabschnitt und mindestens ein erfindungsgemäßer Lagerabschnitt einstückig in einem Biege-Formteil ausgebildet sind. Dabei ist die Fertigung mit einem geringeren Aufwand als in dem genannten Stand der Technik möglich, in dem zusätzliche Umformoperationen zur Ausbildung der Klemmflächen im Lagerabschnitt erforderlich sind.
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Die Erfindung umfasst weiterhin eine Lenksäule, umfassend eine Manteleinheit mit einem Innenmantelrohr, in dem eine Lenkwelle um eine Längsachse drehbar gelagert ist, und welches in einem direkt oder indirekt mit der Karosserie eines Kraftfahrzeugs verbindbaren Außenmantel gehaltert ist, mit dem eine Spanneinrichtung zusammenwirkt, die in eine Fixierstellung und in eine Freigabestellung bringbar ist, wobei in Fixierstellung das Innenmantelrohr in dem Außenmantel festgespannt ist, und in Freigabestellung das Innenmantelrohr in dem Außenmantel in Längsrichtung verstellbar ist, wobei erfindungsgemäß die Manteleinheit wie vorangehend erläutert ausgestaltet sein kann. Dabei können die beschriebenen Merkmale einzeln oder in beliebigen Kombinationen realisiert werden.
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Die Manteleinheit kann mittels einer Trageinheit an eine Karosserie eines Kraftfahrzeugs anbringbare sein. Die Trageinheit kann, wie dies an sich bekannt ist, eine oder zwei vorstehende Seitenwangen haben, an denen oder zwischen denen der Außenmantel mittels einer Spannvorrichtung zur Verstellung verspannbar und lösbar ist. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann eine Längsverstellung, d.h. eine axiale Verstellung des Innenmantelrohrs relativ zum Außenmantelrohr mit den oben beschriebenen Vorteilen verwirklicht werden. Es ist ebenfalls denkbar und möglich, die Manteleinheit an der Trageinheit höhenverstellbar anzubringen. Hierzu kann die Manteleinheit um eine quer zur Längsachse waagerecht liegende Schwenkachse an der Trageinheit in Höhenrichtung verschwenkbar angelenkt sein, wobei mittels der Spanneinrichtung eine lösbare Verspannung mit der Trageinheit erfolgen kann.
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In der Manteleinheit ist ein Abschnitt der Lenkwelle um die Längsachse drehbar gelagert, der bevorzugt als längenveränderbare Lenkspindel ausgebildet ist. Es kann eine an sich bekannte längenvariable Wellenanordnung eingesetzt werden, beispielsweise mit teleskopierbar axial verstellbaren Zahnwellen oder unrunden Welle, bei denen jeweils eine Innenwelle mit unrundem Querschnitt drehmomentschlüssig in einen korrespondierenden Innenquerschnitt einer Hohl- oder Außenwelle axial verschiebbar eingreift. Beispielsweise kann die Innen- oder Außenwelle in einer erfindungsgemäßen Lageranordnung am vorderen Ende gelagert sein, mit dem das Innenmantelrohr in den Außenmantel eintaucht. In dem hinteren, lenkradseitigen Endbereich des Innenmantelrohrs, kann die Lenkspindel in einer zweiten Lageranordnung gelagert sein, die ebenfalls ein Wälzlager aufweisen kann. Dort steht in der Regel mehr Einbauraum zur Verfügung, und beim Feststellen der Lenksäule mittels der Spannvorrichtung wird dort in der Regel keine Klemmkraft im Lagerabschnitt ausgeübt. Daher kann ein breiterer Lagerabschnitt realisiert werden.
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Figurenliste
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Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Im Einzelnen zeigen:
- 1 eine erfindungsgemäße Lenksäule in einer schematischen perspektivischen Ansicht,
- 2 die Lenksäule gemäß 1 in einer weiteren schematischen perspektivischen Ansicht,
- 3 einen Längsschnitt durch die Lenksäule gemäß 1,
- 4 eine Detailansicht aus 2 in Freigabestellung der Lenksäule,
- 5 eine Detailansicht wie in 5 in Fixierstellung der Lenksäule,
- 6 ein erfindungsgemäßes Innenmantelrohr der Lenksäule gemäß 1 in einer schematischen perspektivischen Ansicht.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.
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1 und 2 zeigen eine Lenksäule 1 in unterschiedlichen perspektivischen Ansichten, und zwar 1 bezüglich der Einbaulage in Fahrtrichtung schräg von hinten auf die linke Seite, und 2 ebenfalls von hinten schräg auf die Unterseite.
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Zur Montage im Kraftfahrzeug weist die Lenksäule 1 eine Trageinheit 2 auf, mit Befestigungsmitteln 21 zur Verbindung mit der nicht dargestellten Karosserie des Kraftfahrzeugs, beispielsweise wie dargestellt Befestigungsöffnungen.
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In einer erfindungsgemäßen Manteleinheit 3 ist eine Lenkspindel 31, welche den bezüglich der Fahrtrichtung hinteren Wellenteil der Lenkwelle darstellt, um ihre Längsachse L drehbar gelagert. Am hinteren Ende weist die Lenkspindel 31 einen Befestigungsabschnitt 32 zur Anbringung eines nicht dargestellten Lenkrads auf.
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Die Manteleinheit 3 weist einen Außenmantel 33 auf, in dem ein Innenmantelrohr 4 koaxial angeordnet und in Längsrichtung, d.h. axial gerichtet bezüglich der Längsachse L verstellbar ist, wie mit dem Doppelpfeil parallel zur Längsachse L angedeutet. Dabei ist der Außenmantel 33 ähnlich wie eine Rohrschelle ausgebildet, in welcher das Innenmantelrohr 4 lösbar fixierbar ist, wie noch erläutert wird.
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Das Innenmantelrohr 4 ist in 6 in perspektivisch einzeln separat dargestellt. Die Einbausituation ist dem Längsschnitt von 3 entnehmbar, der eine Ansicht von oben zeigt.
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Die Manteleinheit 3 ist mit dem Außenmantel 33 zwischen zwei bezüglich der Längsachse L einander gegenüberliegende Seitenwangen 22 und 23 angeordnet, die sich von der Trageinheit 2 nach unten erstrecken.
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An den Seitenwangen 22 und 23 greift eine Spanneinrichtung 5 an, welches einen Spannbolzen 51 aufweist, der sich quer zur Längsachse L drehbar gelagert durch Langlöcher 24 erstreckt, die in einer Höhenrichtung H in den Seitenwangen 22 und 23 ausgebildet sind. Ein Betätigungshebel 52 ist drehfest mit dem einen Ende des Spannbolzen 51 verbunden, welches sich über ein Hubgetriebe 53 von außen an der einen Seitenwange 22 abstützt. Das Hubgetriebe 53 kann in an sich bekannter Form als Nocken-, Keilscheiben oder Kippstiftgetriebe ausgebildet sein zur Umsetzung einer Drehung des Spannbolzens 51 in eine axiale Hubbewegung, die von außen gegen die Seitenwange 22 gerichtet ist. Das andere Ende des Spannbolzens 51 stützt sich drehbar, aber zugfest von außen gegen die andere Seitenwange 23 ab.
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Durch Drehung des Spannbolzens 51 mittels manueller Betätigung des Betätigungshebels 52 kann die Spanneinrichtung 5 zwischen einer Fixierstellung und einer Freigabestellung umgeschaltet werden. In der Fixierstellung wird der Spannbolzen 51 durch das Hubgetriebe 53 relativ zur Seitenwange 22 nach außen gezogen, so dass die Seitenwangen 22 gegeneinander zusammengezogen werden, wie in 1 mit den gegeneinander gerichteten Pfeilen angedeutet ist. Dadurch ist der Außenmantel 33 zwischen den Seitenwangen 22 und 23 eingespannt, so dass die Manteleinheit 3 an der Trageinheit 2 verspannt und fixiert ist. Gleichzeitig ist der Außenmantel 33, der das Innenmantelrohr 4 ähnlich wie eine Rohrschelle umschließt, auf dem Innenmantelrohr 4 verspannt und in Längsrichtung fixiert. Zur Verstellung wird die Spanneinrichtung 5 durch entgegengesetzte manuelle Drehung in die Freigabestellung gebracht, wobei die zwischen den Seitenwangen 22 und 23 ausgeübte Spannkraft gelöst wird. Dadurch kann die Spannachse 51 in den Langlöcher 24 auf oder ab bewegt werden, wobei die Manteleinheit 3 um die in ihrem vorderen Bereich horizontal angeordnete Schwenkachse S in Höhenrichtung H zur Höhenverstellung der Lenkspindel 31 verschwenkbar ist, wie mit dem Doppelpfeil angedeutet.
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Die Verspannung des Außenmantels 33 auf dem Innenmantelrohr 4 wird ebenfalls gelöst, so dass eine Längsverstellung ermöglicht ist.
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Das Innenmantelrohr 4 weist einen zentralen Klemmabschnitt 41 auf, der einen unrunden, im gezeigten Beispiel achteckigen Rohrquerschnitt hat. Am vorderen Ende, welches in 3 nach links gerichtet ist und in den Außenmantel 33 eintaucht ist ein erster Lagerabschnitt 42, der einen kreiszylindrischen Innenquerschnitt aufweist, einstückig integral mit dem Klemmabschnitt 41 geformt. Konkret weist der Lagerabschnitt 42 einen zylindrischen Rohrabschnitt auf. An dem anderen, hinteren bzw. lenkradseitigen Ende ist ein weiterer hohlzylindrischer Lagerabschnitt 43 angeordnet, ebenfalls einstückig mit dem Klemmabschnitt 41.
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Der Darstellung von 3 ist entnehmbar, dass die Lenkspindel 31 als längenvariable Welle, sprich als teleskopierbare Welle ausgebildet mit einer Hohlwelle 34, in die axial verschiebbar, aber drehmomentschlüssig eine Innenwelle 35 eintaucht. Die Innenwelle 35 und die Hohlwelle 34 können zur Drehmomentübertragung in an sich bekannter Weise korrespondierende unrunde Querschnitte oder Längsverzahnungen aufweisen.
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In dem Lagerabschnitt 43 ist ein Lager 6 angebracht, bevorzugt ein Wälzlager, in dem der hintere Abschnitt der Lenkspindel 31 gelagert ist, nämlich die Hohlwelle 34. Insbesondere handelt es sich um ein Schrägwälzlager. Die Breite des Lagers 6 in axialer Richtung kann dabei im Wesentlichen der Breite des Lagerabschnitts 43 entsprechen.
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Im vorderen Bereich ist die Hohlwelle 34 der Lenkspindel 31 in einem Kugellager 7, welches erfindungsgemäß ausgestaltet und angeordnet ist, in dem Innenmantelrohr 4 gelagert. Das Kugellager 7 ist in diesem dargestellten Beispiel als Schrägwälzlager ausgebildet, so dass Lager 7 und Lager 6 eine Schrägkugellageranordnung bilden, die eine O-Anordnung bilden. Eine X-Anordnung wäre ebenfalls denkbar und möglich. Weiters wäre auch die Ausbildung der Lager 6 und 7 als Radialrillenkugellager denkbar. Die erfindungsgemäße Lehre bzgl. der Ausbildung des Lagersitzes lässt sich somit auf unterschiedliche Lagertypen übertragen und ist nicht auf einen einzigen Typ beschränkt.
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Eine vergrößerte Teildarstellung aus 3 des Lagers 7 ist in 4 und 5 dargestellt, wobei 4 die Freigabestellung zeigt, und 5 die Fixierstellung.
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Das Lager 7 weist einen Außenring 71 auf, der einen außen zylindrischen Halteabschnitt 72 aufweist und einen damit axial verbundenen Laufbahnabschnitt 73, die die Laufbahn des Au-ßenrings 71 umfasst. Weiterhin weist das Lager 7 einen Innenring 74 auf, mit einem inneren Laufbahnabschnitt 75, die die Laufbahn des Innenrings 74 umfasst. Der Innenring 74 ist auf der Hohlwelle 34 der Lenkspindel 31 festgelegt. Zwischen den gegeneinander gerichteten Laufbahnen, die innen am Laufbahnabschnitt 73 und außen am Laufbahnschnitt 75 umlaufen, sind als Wälzkörper Kugeln 76 angeordnet, die jeweils einen Kugelmittelpunkt K haben. Die Kugel 76 liegen jeweils in nahezu punkförmigen Kontaktflächen in den Kontaktpunkten P an den besagten Laufbahnen an, wobei die Verbindungslinie durch die Kontaktpunkte P einer Kugel 76, die gestrichelt angedeutet ist, schräg zur Radialrichtung geneigt ist, so dass ein Schrägkugellager gebildet wird.
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Der Lagerabschnitt 42 hat eine axiale Breite B, gemessen von der Stirnseite des Innenmantelrohrs 4, welche bevorzugt kleiner oder gleich der Breite des Halteabschnitts 72 ist. Entsprechend liegt der Laufbahnabschnitt 75 axial nach innen, in Richtung zum Klemmabschnitt 41 hin versetzt. Die in der Laufbahn des Laufbahnabschnitts 73 abwälzbaren Kugeln 76 haben einen axialen Abstand A von der Stirnseite des Innenmantelrohrs 4 gemessen, der größer ist als die Breite B des Lagerabschnitts, so dass die Wälzkörper 76 erfindungsgemäß versetzt zu dem Lagerabschnitt angeordnet sind. Entsprechend befinden sich Kugelmittelpunkte K außerhalb des Lagerabschnitts 42, und sind relativ dazu in Richtung auf den Klemmabschnitt 41 zu versetzt angeordnet. Der Kugelmittelpunkt K ist um die Differenz (A-B) von dem Lagerabschnitt 42 beabstandet.
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Die Kugeln 76 liegen axial überwiegend innerhalb des Klemmabschnitts 41, mit anderen Worten liegen die als Kugeln ausgebildeten Wälzkörper 76 axial überwiegend innerhalb des Lagerabschnitts 42.
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5 zeigt dieselbe Ansicht wie 4 in Fixierstellung. Dabei wird durch die Spanneinrichtung 5 der Außenmantel 33 mit der Spannkraft F von außen gegen den Klemmabschnitt 41 des Innenmantelrohrs 4 verspannt, was daran erkennbar ist, dass in 5 im Gegensatz zu 4 kein radiales Spiel zwischen dem Klemmabschnitt 41 und dem Außenmantel 33 besteht.
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Ein weiterer Vorteil hinsichtlich der Krafteinleitung in das Lager 7 ergibt sich daraus, dass zwischen dem Außenumfang des Laufbahnabschnitts 73 und dem Innenumfang des Innenmantelrohrs 4 radiales Spiel X besteht. Dies kann dadurch realisiert werden, dass der Au-ßenring 71 in dem Laufbahnabschnitt 73 einen kleineren Außendurchmesser hat als in dem Halteabschnitt 72, und/oder das Innenmantelrohr 4 hat in dem Klemmabschnitt 41 einen größeren Innendurchmesser als in dem Lagerabschnitt 42, wobei in dem gezeigten Beispiel beide Möglichkeiten erfüllt sind. Dank dieser Maßnahme können die Schwankungen des Durchdrehmoments der Lenkwelle reduziert werden, so dass über eine gesamte Umdrehung die Schwankungen des für die Drehung erforderlichen Drehmoments deutlich reduziert sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lenksäule
- 2
- Trageinheit
- 21
- Befestigungsmittel
- 3
- Manteleinheit
- 31
- Lenkspindel
- 32
- Befestigungsabschnitt
- 33
- Außenmantel
- 34
- Hohlwelle
- 35
- Innenwelle
- 4
- Innenmantelrohr
- 41
- Klemmabschnitt
- 42
- Lagerabschnitt
- 43
- Lagerabschnitt
- 5
- Spanneinrichtung
- 51
- Spannbolzen
- 52
- Betätigungshebel
- 53
- Spanngetriebe
- 6
- Wälzlager
- 7
- Kugellager
- 71
- Außenring
- 72
- Halteabschnitt
- 73
- Laufbahnabschnitt
- 74
- Innenring
- 75
- Laufbahnabschnitt
- 76
- Kugel
- L
- Längsachse
- H
- Höhenrichtung
- S
- Schwenkachse
- K
- Kugelmittelpunkt
- P
- Kontaktpunkt
- B
- Breite
- A
- Abstand
- F
- Spannkraft
- X
- Spiel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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