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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Lenksäule für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Manteleinheit, in der eine Lenkspindel um eine in Längsrichtung erstreckte Längsachse drehbar gelagert ist, wobei die Manteleinheit mindestens zwei in Längsrichtung relativ zueinander verstellbare, teleskopartig geführte Mantelrohre aufweist, wobei zwischen den Mantelrohren ein in Längsrichtung verlagerbares Zwischenelement angeordnet ist, und die eine Positioniereinrichtung zur Positionierung des Zwischenelements relativ zu den Mantelrohren in Längsrichtung aufweist.
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Eine Lenksäule für ein Kraftfahrzeug weist eine Lenkwelle mit einer in einer Manteleinheit um ihre Längsachse drehbar gelagerten Lenkspindel auf, an deren in Fahrtrichtung hinteren, dem Fahrer zugewandten Ende ein Lenkrad zur Einbringung eines Lenkbefehls durch den Fahrer angebracht ist. Die Manteleinheit wird von einer an der Fahrzeugkarosserie befestigten Trageinheit gehalten, wobei durch eine Verstellung der Manteleinheit relativ zur Trageinheit die Einstellung der Lenkradposition relativ zur Fahrzeugkarosserie ermöglicht wird.
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Eine Längsverstellung, bei der das Lenkrad in Längsrichtung, d. h. in Richtung der Längsachse oder in Achsrichtung der Längsachse relativ zur Fahrerposition nach hinten oder nach vorn verstellt werden kann, wird bei einer gattungsgemäßen Lenksäule durch eine teleskopartige Ausgestaltung der Manteleinheit und der Lenkspindel ermöglicht. Außerdem kann die Lenksäule im Fall eines Crashs in Längsrichtung zusammengeschoben werden, wodurch wirksam verhindert wird, dass die Lenksäule in das Innere der Fahrgastzelle eindringt und zu Verletzungen der Insassen führt.
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Die Manteleinheit weist mindestens zwei Mantelrohre auf, mit mindestens einem inneren Mantelrohr, auch als Innenmantelrohr oder Innenmantel bezeichnet, welches koaxial in mindestens ein äußeres Mantelrohr, auch als Außenmantelrohr oder Außenmantel bezeichnet, eintaucht, und in der durch die Richtung der Längsachse vorgegebenen Längsrichtung teleskopierbar in diesem geführt ist. Durch teleskopierendes Zusammenschieben oder Ausziehen der Mantelrohre in Längsrichtung kann die Manteleinheit und damit die Lenksäule entsprechend verkürzt oder verlängert werden.
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Es sind Bauformen von Manteleinheiten bekannt, die denen zwischen dem Außenmantelrohr und dem Innenmantelrohr ein oder mehrere Zwischenelemente angeordnet sind, die bezüglich der Mantelrohre in Längsrichtung verlagerbar angeordnet sind.
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Beispielsweise kann ein Mehrfachteleskop für einen vergrößerten Verstellbereich aus drei oder mehr Mantelrohren gebildet werden, wobei koaxial zwischen dem Innenmantelrohr und dem Außenmantelrohr mindestens ein zusätzliches Zwischenmantelrohr teleskopierbar angeordnet ist, welches ein gattungsgemäßes Zwischenelement bilden kann. Ein derartiges Mehrfachteleskop ist im Stand der Technik beispielsweise in der
DE 10 2017 221 004 A1 beschrieben.
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Es ist ebenfalls bekannt, dass zwischen zwei benachbarten Mantelrohren koaxial eine Gleit- oder Wälzlagereinheit angeordnet ist. Eine derartige Wälzlagereinheit, die beispielsweise in der
DE 10 2017 221 004 A1 beschrieben ist, umfasst einen koaxial zu den Mantelrohren angeordneten Wälzkörperkäfig, in dem Wälzkörper wie Kugeln oder Rollen gelagert sind, die zwischen den Mantelrohren abwälzbar sind. Dadurch wird eine lineare Wälzlagerung gebildet, die eine leichtgängige Verstellung und eine spielarme, biegesteife Abstützung ermöglicht. Alternativ kann eine lineare Gleiteinheit vorgesehen sein, die beispielsweise als Gleithülse koaxial zwischen den Mantelrohren angebracht ist. Eine derartige Wälzlagereinheit oder Gleiteinheit, die zwischen Außen-, Innen- und/oder Zwischenmantelrohren angeordnet sein kann, ist ebenfalls teleskoperbar relativ zu mindestens einem Mantelrohr und kann somit ein gattungsgemäßes Zwischenelement bilden.
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Die Wälzkörper sind dabei durch die Roll- und Gleitreibung zwischen den Mantelrohren gehalten, so dass die Wälzlagereinheit bei einer Verstellung der Mantelrohre in Verstellrichtung mitgenommen wird. Durch Schlupf zwischen den Wälzkörpern und den Mantelrohren kann die Wälzlagereinheit jedoch undefiniert rutschen und relativ zu den Mantelrohren wandern, so dass insbesondere nach wiederholtem Verstellen der Lenksäule die Wälzlagereinheit in derselben Einstellung der Lenksäule unterschiedliche Positionen in Achsrichtung relativ zu den Mantelrohren einnehmen kann. Nachteilig dabei ist, dass die Manteleinheit in derselben Einstellposition je nach Position der Wälzlagereinheit eine unterschiedliche Steifigkeit haben kann. Außerdem kann die erforderliche Verstellkraft in nachteiliger Weise ansteigen, wenn die Wälzlagereinheit wandert und vor Erreichen einer Endposition bei der Verstellung der Mantelrohre an einem Endanschlag anschlägt und gestoppt wird, so dass die Wälzkörper beim weiteren Verstellen nicht mehr abrollen können. Bei einer Gleiteinheit kann ebenfalls relativ zu den Mantelrohren durchrutschen und dadurch undefiniert positioniert werden.
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Ein vergleichbares Problem kann bei einem Zwischenmantelrohr eines Mehrfachteleskops auftreten. Dieses wird beim teleskopierenden Verstellen zwischen Außen- und Innenmantelrohr durch Reibung in Längsrichtung mitgenommen, und kann sich in Zwischenstellungen relativ zum Außen- oder Innenmantelrohr undefiniert in Längsrichtung bewegen, so dass es in derselben Einstellung der Lenksäule unterschiedliche Längspositionen relativ zu den Mantelrohren einnehmen kann. Dadurch kann ebenfalls die Steifigkeit der Lenksäule beeinträchtigt werden.
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In der
DE 10 2015 216 326 A1 wird eine Rastvorrichtung vorgeschlagen, mit der das Zwischenmantelrohr und das Innenmantel lösbar miteinander koppelbar sind, um diese in einer vorbestimmten Position zueinander zu halten. Nachteil dieser Lösung ist jedoch, dass im ausgerasteten Zustand der Zwischenmantel frei gegenüber dem Innenmantel bewegbar ist, so dass die Mantelrohre erst vollständig zusammengefahren werden müssen, damit die Rastvorrichtung in den eingerasteten Zustand überführt werden kann.
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Angesichts der vorangehend erläuterten Problematik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Positioniereinrichtung für ein Zwischenelement zur Verfügung zu stellen.
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Darstellung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Lenksäule mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Bei einer Lenksäule für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Manteleinheit, in der eine Lenkspindel um eine in Längsrichtung erstreckte Längsachse drehbar gelagert ist, wobei die Manteleinheit mindestens zwei in Längsrichtung relativ zueinander verstellbare, teleskopartig geführte Mantelrohre aufweist, wobei zwischen den Mantelrohren ein in Längsrichtung verlagerbares Zwischenelement angeordnet ist, und die eine Positioniereinrichtung zur Positionierung der Zwischenelements relativ zu den Mantelrohren in Längsrichtung aufweist, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Positioniereinrichtung langgestreckte Führungsbahnen umfasst, die an den Mantelrohren und dem Zwischenelement angeordnet sind und derart miteinander zusammenwirken, dass diese die Mantelrohre und das Zwischenelement relativ zueinander definiert positionieren.
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Die Führungsbahnen sind eingerichtet und ausgestaltet, so dass sie eine zwischen den Mantelrohren bezüglich einer relativen Bewegung in Längsrichtung wirksame Zwangsführung bilden, so dass die Mantelrohre und das Zwischenelement in Längsrichtung relativ zueinander definiert positioniert werden.
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Die erfindungsgemäße Positioniereinrichtung weist eine Anordnung von miteinander zusammenwirkenden mechanischen Zwangsführungen auf, durch die die einzelnen Teleskopelemente, welche die Mantelrohre und das mindestens eine Zwischenelement umfassen, in jedem Verstellzustand der Teleskopanordnung in Längsrichtung eindeutig relativ zueinander positioniert sind. Mit anderen Worten kann die Relativbewegung der Teleskopelemente beim Auseinanderziehen oder Zusammenschieben synchronisiert werden. Die langgestreckten Führungsbahnen können gleichbedeutend als Führungsbahnelemente oder Führungskulissen bezeichnet werden.
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Eine Führungsbahn kann beispielsweise eine langgestreckte Vertiefung oder Öffnung, wie beispielsweise eine Führungsnut, einen Führungsschlitz oder dergleichen aufweisen, oder alternativ oder zusätzlich einen langgestreckten Vorsprung, wie beispielsweise einen Führungssteg, eine Führungsschiene oder -sicke oder dergleichen.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung kann es vorgesehen sein, dass die Führungsbahnen relativ zueinander und relativ zur Längsachse geneigt verlaufen.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann an den Führungsbahnen mindestens ein Führungskörper derart geführt sein, so dass er die Mantelrohre und das Zwischenelement relativ zueinander definiert positioniert.
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Der Führungskörper ist an der Führungsbahn in Richtung ihrer Längserstreckung zwangsgeführt, so dass eine Art Kulissenführung gebildet sein kann, bei welcher der Führungskörper an oder in der Führungsbahn geführt entlangbewegt werden kann, beispielsweise entlanggleiten kann. Beispielsweise kann der Führungskörper einen Führungsvorsprung, wie einen Führungszapfen, -stift oder dergleichen aufweisen, der derart in eine korrespondierende Führungsnut oder einen Führungsschlitz eingreift, dass er darin quer zur Längserstreckung formschlüssig gehalten ist, und in Richtung der Längserstreckung zwangsgeführt entlangbewegt werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann der Führungskörper eine Vertiefung aufweisen, in die entsprechend ein Vorsprung der Führungsbahn eingreifen kann.
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Jede Führungsbahn an einem Teleskopelement, also einem Mantelrohr oder einem Zwischenelement, ist geneigt, d.h. nichtparallel, in einem relativen Winkel größer als 0° und kleiner als 180°, bezüglich der Längsachse und bezüglich einer Führungsbahn an einem anderen Teleskopelement ausgerichtet. Dabei kann eine Führungsbahn einen geraden oder gebogenen Verlauf haben. Bei einem mehreckigen Querschnitt von Mantelrohr oder Zwischenelement kann eine Führungsbahn an einer im Wesentlichen ebenen Seitenfläche angeordnet oder ausgebildet sein, so dass sie sich entsprechend parallel zu einer Längsebene erstreckt, die parallel zur Längsachse ist. Bei einem runden Querschnitt kann die Führungsbahn schraubenförmig mit einer durch die Neigung vorgegebenen Steigung ausgebildet sein.
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Dadurch, dass der Führungskörper gleichzeitig in die korrespondierenden Führungsbahnen der Mantelrohre und des Zwischenelements eingreift und geführt ist, also an mindestens drei Führungsbahnen zwangsgeführt ist, wird eine Zwangskopplung erzeugt zwischen sämtlichen Mantelrohren und Zwischenelementen. Auf diese Weise sind nur bedingte relative Positionierungen der Mantelrohre und des Zwischenelements zueinander ermöglicht, welche durch die Zwangsführung erlaubt werden. Die gekoppelten oder synchronisierten Bewegungsbahnen werden dabei bestimmt durch die möglichen gemeinsamen Positionierungen sämtlicher Zwangsführungen zwischen den Teleskopelementen. Durch die unterschiedliche Neigung wird für jeden Verstellzustand der Manteleinheit in Längsrichtung eine eindeutige relative Positionierung der Mantelrohre und des Zwischenelements definiert. Daraus ergibt sich der Vorteil einer definierten, gleichbleibenden Steifigkeit der Manteleinheit.
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Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist, dass die aus Führungsbahnen und Führungskörper gebildete Kulissenführung mit geringem Fertigungs- und Montageaufwand realisierbar ist, einfach aufgebaut und zuverlässig im Betrieb ist.
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Ein weiterer Vorteil ist, dass die Führungsbahnen raumsparend ausgebildet sein können, beispielsweise als Führungsnuten oder Führungsschlitze, welche bevorzugt einstückig, direkt in die Mantelrohre eingeformt und integriert werden können. Vorstehende Führungsvorsprünge, -stege, -sicken oder dergleichen können ebenfalls raumsparend ausgebildet und einstückig angeformt sein, beispielsweise durch plastische Umformung der Wandungen von Mantelrohren und Zwischenelementen. Dadurch ist die erfindungsgemäße Positioniereinrichtung besonders geeignet zum Einsatz in einer teleskopierenden Manteleinheit, zur definierten Positionierung eines oder mehrerer Zwischenmantelrohre relativ zu Außen- und Innenmantelrohr, und alternativ oder zusätzlich zur definierten Positionierung einer oder mehrerer Wälzlagereinheiten oder Gleiteinheiten relativ zu den Mantelrohren. Eine Wälzlagereinheit umfasst einen koaxialen, ein Mantelrohr ganz oder zumindest teilweise umschließenden Wälzkörperkäfig, in dem Wälzkörper drehbar gelagert bzw. drehbar aufgenommen sind. Eine Gleiteinheit umfasst beispielsweise eine koaxiale, ein Mantelrohr ganz oder zumindest teilweise umschließende Gleithülse, welche ein gut gleitfähiges Material aufweist, beispielsweise einen Kunststoff.
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Jeweils mindestens eine Führungsbahn kann an jedem Mantelrohr einer Mehrfachteleskopanordnung angeordnet sein, also Außen-, Innen und Zwischenmantelrohr, wobei auch mehrere teleskopierende Zwischenmantelrohre als Zwischenelemente vorgesehen sein können. Falls zwischen Außen- und Innenmantelrohr Wälzkörper- oder Gleiteinheiten als Zwischenelemente angeordnet sind, können die ebenfalls Führungsbahnen aufweisen, auch bei einem Mehrfachteleskop.
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Vorzugsweise kann eine erfindungsgemäße Positioniereinrichtung an einer Manteleinheit realisiert werden, die mehr als zwei teleskopierbare Zwischenelemente, wie Zwischenmantelrohre und/oder Wälzkörper-oder Gleiteinheiten, aufweist. Dank des erfindungsgemäß vorteilhaften geringen Bauraumbedarfs kann beispielsweise mit geringem Aufwand eine synchronisierte Positionierung von zwei Wälzlagereinheiten und eines dazwischen gelagerten Zwischenmantelrohrs relativ zu einem Außen- und Innenmantelrohr erfolgen, also einer Teleskopanordnung mit fünf oder mehr Teleskopelementen.
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Eine vorteilhafte Ausführung kann vorsehen, dass die Führungsbahnen offene Führungsschlitze aufweisen, durch die sich der Führungskörper quer zur Längsachse hindurch erstreckt. Die Führungsschlitze können mit geringem Fertigungsaufwand als langgestreckte, bezüglich der Längsachse radial durchgehende Schlitzöffnungen oder -durchbrechungen in der Wandung eines Mantelrohrs oder eines Zwischenelements ausgeführt sein. Durch einen Führungsschlitz kann ein als Führungsstift- oder -zapfen ausgebildeter Führungskörper hindurchgesteckt werden, der in dem Führungsschlitz entlanggleiten kann. Dadurch, dass ein einziger Führungskörper durch die Führungsschlitze mindestens zweier benachbarter Teleskopelemente hindurch erstreckt, können die beiden Kulissenführungen einfach miteinander gekoppelt werden. Es ist auch ohne zusätzlichen Aufwand möglich, dass der Führungskörper die Führungsschlitze von zwei, drei, vier oder mehr Teleskopelementen, beispielsweise Mantelrohren und/oder Wälzkörper oder Gleiteinheiten durchsetzt. Bereits mittels einer kompakten, einfach aufgebauten Positioniereinheit können auf diese Weise sämtliche Teleskopelemente einer Mehrfachteleskopanordnung eindeutig relativ zueinander positioniert und die teleskopierende Relativbewegung synchronisiert werden.
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Es kann vorgesehen sein, dass der Führungskörper in den Führungsschlitzen schwimmend gelagert ist. Der Führungskörper durchsetzt die Führungsschlitze von zwei, drei oder mehr Teleskopelementen, welche Mantelrohre und Zwischenelemente einschließen. In jedem Führungsschlitz ist der Führungskörper, entlang der Erstreckung bewegbar in der Schlitzöffnung gehalten. Auf diese Weise verbindet der Führungskörper die Teleskopelemente, ist aber dabei bezüglich jedes einzelnen Teleskopelements bewegbar, d.h. schwimmend gelagert. Der Führungskörper kann beispielsweise einen die Führungsschlitze durchsetzenden Führungsstift oder -zapfen umfassen, der an seinen nach innen aus dem Innenmantelrohr und nach außen aus dem Außenmantelrohr vorstehenden Enden einen über die Breite des Führungsschlitzes überstehenden Kopf oder dergleichen aufweist und dadurch in den Führungsschlitzen gehalten und gegen Herausfallen gesichert ist. Der Kopf kann beispielsweise durch Vernieten, Umbördeln oder andere Kaltumformverfahren erzeugt werden. Eine derartige Anordnung kann vorteilhaft mit geringen Abmessungen und fertigungs- und montagetechnisch einfach und zuverlässig realisiert werden.
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Es kann vorgesehen sein, dass sich die Führungsbahnen in einem Überlagerungsabschnitt schneiden, wobei der Führungskörper im Überlagerungsabschnitt angeordnet ist. Die erfindungsgemäß unterschiedlich geneigten Führungsbahnen überkreuzen sich in ihrem Verlauf in einem Überlagerungsabschnitt, der abhängig vom Verstellzustand bezüglich jedes der Teleskopelemente in Längsrichtung definiert angeordnet ist. Dadurch, dass der Führungskörper die Lage des Überlagerungsabschnitts relativ zu jedem Teleskopelement eindeutig bestimmt, ist auch die relative Positionierung eindeutig definiert. Besonders einfach, kompakt und zuverlässig kann diese Anordnung dadurch realisiert werden, dass die Führungsbahnen als Führungsschlitze ausgebildet sind, die sich im Überlagerungsbereich derart überlappen, dass ein durch sämtliche aneinander geführten Teleskopelemente, nämlich Mantelrohre und Zwischenelemente, durchgehender offener Bereich gebildet wird. Der Führungskörper wird dort durch sämtliche Führungsschlitze hindurchgeführt, und in den Führungsschlitzen schwimmend gelagert, so dass eine Zwangskopplung sämtlicher Teleskopelemente erzeugt wird.
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Es kann vorteilhaft sein, dass der Führungskörper drei, vier oder mehr Führungsschlitze durchsetzt und darin schwimmend gelagert ist. Dadurch kann eine entsprechend große Zahl von Mantelrohren und Zwischenelementen räumlich kompakt und mit geringem Aufwand relativ zueinander eindeutig positioniert und die teleskopierende Bewegung synchronisiert werden.
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Es kann vorgesehen sein, dass der Führungskörper in Längsrichtung unverlagerbar an einem Mantelrohr oder einem Zwischenelement gehalten ist. Dabei ist es bevorzugt möglich, dass der Führungskörper quer zur Längsrichtung bewegbar gelagert ist. Das Teleskopelement, an dem der Führungskörper in Längsrichtung unverlagerbar ist, bleibt bei einer teleskopierenden Verstellung der übrigen Teleskopelemente quasi in der Mittellage. Der Führungskörper kann beispielsweise als Führungsstift oder -zapfen in einem relativ zur Längsrichtung senkrechten Führungsschlitz bewegbar gelagert sein.
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Eine vorteilhafte Ausführung kann vorsehen, dass mindestens zwei Führungsbahnen über den Umfang verteilt angeordnet sind, vorzugsweise gleichmäßig verteilt. Beispielsweise können als Führungsschlitze ausgebildete Führungsbahnen bezüglich der Längsachse gegenüberliegend in die Wandungen von Mantelrohren und Zwischenelementen eingebracht sein. Dadurch werden die Teleskopelemente symmetrisch gehalten und geführt, und ungleichmäßige Belastung, Verkanten oder dergleichen werden verhindert.
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Eine erfindungsgemäße Lenksäule kann mindestens zwei, bevorzugt drei teleskopierbare Mantelrohre aufweisen, wobei zwischen den Mantelrohren Wälzkörper- oder Gleiteinheiten eingesetzt sein können. Bei einem derartigen Mehrfachteleskop kann ein besonders großes Verstellverhältnis zwischen der maximal zusammengeschobenen und der maximal auseinander gefahrenen Verstellposition realisiert werden, wie dies beispielsweise bei verstaubaren Lenksäulen für autonomen Fahrbetrieb vorteilhaft ist. Durch die erfindungsgemäße Positioniereinrichtung kann die Positionierung sämtlicher Mantelrohre und Zwischenelemente synchronisiert werden.
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Zur Verstellung der Lenksäule kann ein motorischer Verstellantrieb vorgesehen sein, der mit den Mantelrohren gekoppelt ist, um die Mantelrohre zumindest in Längsrichtung relativ zueinander zu verstellen. Von dem motorischen Verstellantrieb kann das Innenmantelrohr relativ zum Außenmantelrohr in Längsrichtung ein- und ausfahrbar sein. Der Verstellantrieb kann einen Spindeltrieb umfassen, mit einer auf einer Gewindespindel angeordneten Spindelmutter, und einem Antriebsmotor, von dem die Gewindespindel und die Spindelmutter relativ zueinander drehend antreibbar sind. Derartige Verstellantriebe sind im Stand der Technik prinzipiell bekannt und gelten als zuverlässig und robust. Dabei ist die Spindelmutter an dem einen Mantelrohr, dem Innen- oder Außenmantelrohr, in Richtung der Längsachse unverschieblich angebracht, und die Gewindespindel an dem dazu teleskopierbaren anderen Mantelrohr, dem Außen- oder Innenmantelrohr. Von einem elektrischen Stellmotor wird über ein geeignetes Getriebe, beispielsweise ein Schnecken- oder Riemengetriebe, die Spindelmutter oder die Gewindespindel drehend angetrieben, wodurch die relativ dazu bezüglich der Drehung feststehende Gewindespindel oder Spindelmutter translatorisch in Richtung der Spindellängsachse bewegt wird, und je nach relativer Drehrichtung das Innenmantelrohr relativ zum Außenmantelrohr in Achsrichtung ein- oder ausfährt.
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Die Manteleinheit bildet mit der darin gelagerten Lenkspindel eine Stelleinheit. Die Stelleinheit kann in einer mit einer Fahrzeugkarosserie verbindbaren Trageinheit gehalten sein. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Stelleinheit an der Trageinheit um eine quer zur Längsachse, also orthogonal zur Achsrichtung liegende Schwenkachse höhenverschwenkbar gelagert ist. Durch die Verschwenkung um eine derartige horizontale Schwenkachse kann eine Höhenverstellung realisiert werden, bei der das am hinteren Ende der Lenkspindel angebrachte Lenkrad in der Höhe relativ zur Fahrerposition eingestellt werden kann.
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Die Höhenverstellung kann manuell erfolgen. Insbesondere zum automatisierten Verstauen der Lenksäule beim autonomen Fahren ist es vorteilhaft, dass ein elektrischer Höhen-Verstellantrieb mit der Trageinheit und der Stelleinheit verbunden ist, von dem die Stelleinheit relativ zur Trageinheit um die Schwenkachse bewegbar ist. Der Höhen-Verstellantrieb ist an sich ebenfalls bekannt und kann beispielsweise als elektromotorisch angetriebener Spindeltrieb realisiert werden, wie vorangehend für die Längsverstellung beschrieben.
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Figurenliste
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- 1 eine erfindungsgemäße Lenksäule in einer schematischen perspektivischen Ansicht,
- 2 die Lenksäule gemäß 1 in einer weiteren perspektivischen Ansicht,
- 3a-e die Lenksäule gemäß 1 in schematischen teilweise aufgeschnittenen Ansichten,
- 4a-e die Lenksäule in Ansichten teilweise aufgeschnittenen analog zu 3 in zusammen gefahrenem Verstellzustand,
- 5 eine schematische Seitenansicht der Lenksäule gemäß 1 im Verstellzustand gemäß 3,
- 6 eine schematische Seitenansicht der Lenksäule wie in 5 im eingefahrenen Verstellzustand gemäß 4,
- 7 eine Lenksäule in einer zweiten Ausführungsform in einer Ansicht wie in 1,
- 8 eine vergrößerte Detailansicht der Lenksäule gemäß 7 in einer auseinander gezogenen 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 zeigt eine erfindungsgemäße Lenksäule 1 in einer Ansicht bezüglich der Fahrtrichtung von schräg hinten, die eine Stelleinheit 2 aufweist. Die Stelleinheit 2 umfasst eine Manteleinheit 3, die ein Außenmantelrohr 31, ein Zwischenmantelrohr 32 und ein Innenmantelrohr 33 aufweist, die in Ihrer Gesamtheit als Mantelrohre 31, 32, und 33 bezeichnet werden. Diese sind in Längsrichtung, die der Achsrichtung einer Längsachse L entspricht, teleskopierend verschiebbar, koaxial ineinander angeordnet, wie mit dem Doppelpfeil angedeutet. Dabei bildet das Zwischenmantelrohr 32 ein Zwischenelement im Sinne der Erfindung.
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In der Manteleinheit 3 ist um die Längsachse L drehbar eine Lenkspindel 4 gelagert, die an ihrem hinteren Ende einen Anschlussabschnitt 41 zur Anbringung eines nicht dargestellten Lenkrads aufweist.
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Die Manteleinheit 3 ist in einer zweiteiligen Trageinheit 5 gehalten, welche Befestigungsmittel 51 in Form von Öffnungen zur Anbringung an einer nicht dargestellten Fahrzeugkarosserie aufweist.
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Ein Verstellantrieb 6 weist einen Spindeltrieb mit einer Spindelmutter 61 und einer darin eingeschraubten Gewindespindel 62 auf, die von einem elektrischen Motor 63 relativ zueinander drehend antreibbar sind. Die Gewindespindel 62 erstreckt sich parallel zur Längsachse L und ist mit dem Innenmantelrohr 33 verbunden, und die Spindelmutter 61 stützt sich über den Verstellantrieb 6 in Längsrichtung, die der Achsrichtung der Längsachse L entspricht, an dem Außenmantelrohr 31 ab. Durch eine relative Drehung mittels des Motors 63 werden die Gewindespindel 62 und die Spindelmutter 61 je nach Drehrichtung zusammen oder auseinander bewegt, wodurch das Innenmantelrohr 33 in Achsrichtung der Längsachse L in das Außenmantelrohr 31 eingefahren oder ausgefahren wird, wie mit dem Doppelpfeil angedeutet. Dadurch wird eine Längsverstellung realisiert, durch die ein an dem Anschlussabschnitt 41 angebrachtes Lenkrad nach vorn in eine Verstauposition gebracht werden kann, in der das Innenmantelrohr 33 und das Zwischenmantelrohr 32 in dem Außenmantelrohr 31 eingefahren, d.h. nach vorn versenkt sind, oder in eine Bedienposition im Bedienbereich, in der die Mantelrohre 31, 32 und 33 auseinander ausgefahren sind.
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Alternativ kann sich die Spindelmutter 61 an dem Innenmantelrohr 33, und die Gewindespindel 62 an dem Außenmantelrohr 31 abstützen.
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In 1 ist eine Verstellposition der Lenksäule 1 in einer Bedienstellung gezeigt, bei der das Zwischenmantelrohr 32 und das Innenmantelrohr 33 in Längsrichtung nach hinten bezogen auf die Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs - in der Zeichnung nach rechts - zumindest teilweise aus dem Außenmantelrohr 31 herausgefahren sind, so dass sich ein an dem Anschlussabschnitt 41 angebrachtes Lenkrad im Bedienbereich zur Eingabe von Lenkbefehlen befindet. 2 zeigt denselben Verstellzustand, wobei durch die unterschiedliche Perspektive das Innenmantelrohr nach links herausgezogen ist.
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In 3 ist die Manteleinheit 3 zur besseren Übersicht einzeln dargestellt, in der Perspektive und dem Verstellzustand gemäß 1. In den einzelnen 3a, b, c, d und e sind einzelne Teilabschnitte der Mantelrohre 31, 32, 33 aufgeschnitten und weggelassen und geben einen jeweils weiteren Blick ins Innere der Manteleinheit 3 frei.
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In 3b ist das Außenmantelrohr 31 teilweise weggelassen. Darin ist erkennbar, dass koaxial zwischen den Mantelrohren 31 und 32 eine Wälzlagereinheit 7 angeordnet ist, die relativ dazu teleskopierend in Längsrichtung verlagerbar ist und ein Zwischenelement im Sinne der Erfindung darstellt. Die Wälzlagereinheit 7 weist einen hülsenförmigen Wälzkörperkäfig 71 auf, der im gezeigten Beispiel als Rollenkäfig ausgebildet ist, in dem als Wälzkörper jeweils eine Mehrzahl von Rollen 72 jeweils in zur Längsachse L achsparallelen Reihen positioniert, drehbar gehalten sind. Die Rollen 72 rollen außen auf dem Außenmantelrohr 31, also auf einer Innenfläche des Außenmantelrohrs 31, und innen auf dem Zwischenmantelrohr 32, also auf einer Außenfläche des Zwischenmantelrohrs 32, ab, so dass zwischen den Mantelrohren 31 und 32 eine lineare Wälzlagerung in Längsrichtung gebildet ist.
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In 3c ist die Wälzlagereinheit 7 teilweise aufgeschnitten und weggelassen und gibt einen Blick frei auf die in 3b von dem Wälzkörperkäfig 71 verdeckte Außenseite des Zwischenmantelrohrs 32 mit dem Führungsschlitz 83.
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In 3d ist das Zwischenmantelrohr 32 teilweise weggelassen. Darin ist erkennbar, dass koaxial zwischen den Zwischenmantelrohr 32 und dem Innenmantelrohr 33 eine zweite Wälzlagereinheit 70 angeordnet ist, die im Prinzip wie die Wälzlagereinheit 7 ausgestaltet ist und ein relativ zu den Mantelrohren 32 und 33 teleskopierend in Längsrichtung verlagerbares Zwischenelement im Sinne der Erfindung darstellt. Die Wälzlagereinheit 70 weist einen hülsenförmigen Wälzkörperkäfig 73 auf, in dem als Wälzkörper jeweils eine Mehrzahl von Rollen 72 jeweils in zur Längsachse L achsparallelen Reihen positioniert, drehbar gehalten sind. Die Rollen 72 rollen außen auf dem Zwischenmantelrohr 32, also auf einer Innenfläche des Zwischenmantelrohrs 32, und innen auf dem Innenmantelrohr 33, also auf einer Außenfläche des Innenmantelrohrs 33, ab, so dass zwischen den Mantelrohren 32 und 33 eine lineare Wälzlagerung in Längsrichtung gebildet ist.
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In 3f ist die Wälzlagereinheit 70 teilweise weggelassen und gibt einen Blick frei auf die in 3d von dem Wälzkörperkäfig 73 verdeckte Außenseite des Innenmantelrohrs 33.
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In den 4a bis 4e ist die Manteleinheit 3 in derselben Perspektive wie in den 3a bis 3e in zusammen gefahrenem Verstellzustand gezeigt, welcher der Verstauposition entspricht, in der das Innenmantelrohr 33 maximal - in der Zeichnung nach links - in das Zwischenmantelrohr 32 eintaucht, und dieses in dem Außenmantelrohr 31 versenkt ist. Dadurch ist die Manteleinheit 3 und somit die Lenksäule 1 maximal in Längsrichtung verkürzt, so dass das Lenkrad - beispielsweise im autonomen Fahrbetrieb - außerhalb des Bedienbereichs verstaut sein kann.
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Beim teleskopierenden Einfahren aus der in 3a - 3e gezeigten Betriebsposition in die in den 4a - 4e gezeigten Verstauposition werden die Mantelrohre 31, 32, 33 und die Wälzkörperkäfige 71, 73 der Wälzlagereinheiten 7, 70 in Längsrichtung teleskopierend relativ zueinander bewegt, so dass diese auch zusammenfassend als Teleskopelemente 31, 32, 33, 7, 70 bezeichnet werden können, wobei das Zwsichenmantelrohr 32 und die Wälzlagereinheit 7 und 70 Zwischenelemente im Sinne der Erfindung sind.
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Eine erfindungsgemäße Positioniereinrichtung 8 weist als langgestreckte Führungsbahnen radial bezüglich der Längsachse L offene, durchgehende Führungsschlitze 81, 82, 83, 84, 85 auf, wobei der Führungsschlitz 81 in dem Außenmantelrohr 31 angeordnet ist, der Führungsschlitz 82 in der Wälzkörperkäfig 71 der Wälzlagereinheit 7, der Führungsschlitz 83 in dem Zwischenmantelrohr 32, der Führungsschlitz 84 in der Wälzkörperkäfig 73 der Wälzlagereinheit 70, und der Führungsschlitz 85 in dem Innenmantelrohr 32. Ein Führungsstift 86 bildet einen Führungskörper, der sämtliche sich durch sämtliche Führungsschlitze 81, 82, 83, 84, 85 erstreckt, d.h. diese in radialer Richtung, quer zur Längsachse L durchsetzt. Dabei ist der Führungsstift 86 in Richtung der Längserstreckung in den Führungsschlitze 81, 82, 83, 84, 85 gleitend verschiebbar gelagert, und dabei radial in den Schlitzöffnungen gehalten und radial gesichert. Der Führungsstift 86 ist damit bezüglich jedem der Teleskopelemente 31, 32, 33, 7, 70 schwimmend gelagert.
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Die Anordnung und Ausrichtung der Führungsschlitze 81, 82, 83, 84, 85 ist in 5 in einem auseinander gezogenen Verstellzustand in einer Betriebsposition schematisch verdeutlicht, wobei die Mantelrohre 31, 32, 33 schematisch durchscheinend dargestellt, und die Wälzlagerkäfige 71, 73 bis auf die darin ausgebildeten Führungsschlitze 82, 84 unsichtbar sind, damit die Übersichtlichkeit aufrecht erhalten werden kann. 6 zeigt in derselben Ansicht die zusammen geschobene Verstauposition.
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Der Führungsschlitz 81 ist länger und flacher gegen die Längsachse L geneigt als der Führungsschlitz 82, der wiederum flacher geneigt ist als der denkrecht zur Längsachse L stehende Führungsschlitz 83 in dem Zwischenmantelrohr 32. Die Führungsschlitze 84 und 85 sind relativ zu den Führungsschlitzen 82 und 81 spiegelbildlich, mit umgekehrtem Vorzeichen der Neigung relativ zur Längsachse L angeordnet.
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Sämtliche Führungsschlitze 81, 82, 83, 84, 85 schneiden bzw. überlappen sich in einem gemeinsamen Überlagerungsabschnitt, wo sie gemeinsam von dem Führungsstift 86 durchsetzt werden. Der Führungsstift 86 bildet mit jedem der Führungsschlitze 81, 82, 83, 84, 85 eine Kulissenführung. Diese Kulissenführungen sich durch den gemeinsamen Führungsstift 86 miteinander zwangsgekoppelt, d.h. der Führungsstift 86 kann sich nur gleichzeitig relativ zu sämtlichen Führungsschlitzen 81, 82, 83, 84, 85 bewegen. Dadurch sind die Mantelrohre 31, 32, 33 und die Wälzlagereinheiten 7, 70 in Längsrichtung in jeder beim Verstellen durchlaufenen Verstellposition eindeutig relativ zueinander zwangspositioniert. Entsprechend wird eine synchronisierte lineare Bewegung erzeugt.
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Wird aus der in 5 gezeigten Betriebsposition das Innenmantelrohr 33 in Richtung auf das Außenmantelrohr 31 zu verstellt, um es in Längsrichtung in die in 6 gezeigte Verstauposition einzufahren, gleitet der Führungsstift 86 in allen Führungsschlitzen 81, 82, 83, 84, 85 entlang, wie in 5 mit den Pfeilen angedeutet. Während der Verstellens ist die relative Positionierung in jeder durchlaufenen Verstellposition eindeutig definiert, bis die Verstauposition erreicht ist, in der der Führungsstift 86 im gezeigten Beispiel am anderen Ende der Führungsschlitze 81, 82, 83, 84, 85 anschlägt.
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7 und 8 zeigen eine abgewandelte Bauform, bei welcher anstelle des Führungsschlitzes 81 innen an dem Außenmantelrohr 31 zwei parallele, nach innen vorstehende Führungsvorsprünge 87 ausgebildet sind, beispielsweise durch angeformte Stege oder eingeformte Sicken, zwischen denen eine langgestreckte Führungsnut 88 als Führungsbahn gebildet wird. In dieser Führungsnut 88 wird der aus dem Führungsschlitz 82 der Wälzlagereinheit 7 radial nach außen vorstehende Führungsstift 86 linear gleitend geführt. Abgesehen davon, dass die Führungsnut 88 keine durchgehende Öffnung hat wie der Führungsschlitz 82 der ersten Ausführung, kann die Ausgestaltung und Funktionsweise identisch bzw. analog zur ersten Ausführung sein.
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Weiterhin kann ein motorischer Stellantrieb 60 vorgesehen sein, der ähnlich wie der Stellantrieb 6 als Spindeltrieb ausgebildet sein kann, und zwischen der Manteleinheit 3 und der Trageinheit 5 angeordnet ist, so dass eine Verstellung in Höhenrichtung H ermöglicht ist, wie in 2 erkennbar ist.
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In den gezeigten Beispielen sind zwei Positioniereinheiten 8 relativ zur Längsachse L auf gegenüberliegenden Seiten der Manteleinheit 3 angeordnet. Die Führungsschlitze 81, 82, 83, 84, 85, 88 können dabei bezüglich der Längsachse L spiegelbildlich angeordnet sein.
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Die erfindungsgemäße Positioniereinrichtung 8 kann auch realisiert sein, wenn keine Wälzlagereinheiten 7, 70 vorgesehen sin, so dass die Mantelrohre 31, 32, 33 direkt teleskopierend ineinander gleiten.
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Es ist auch möglich zwischen dem Außenmantelrohr 31 und dem Innenmantelrohr 33 mehr als ein Zwischenmantelrohr 32 anzuordnen, beispielsweise zwei, drei oder mehr. Dabei können dazwischen Wälzlagereinheiten 7 eingesetzt sein.
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Anstelle der Wälzlagereinheiten 7, 70 können auch hier nicht dargestellte Gleiteinheiten realisiert sein, welche anstelle der Wälzkörper 72 Gleitkörper aufweisen können, beispielsweise anstelle des Wälzkörperkäfigs 71 eine Gleithülse aus Kunststoff oder dergleichen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lenksäule
- 2
- Stelleinheit
- 3
- Manteleinheit
- 31
- Außenmantelrohr
- 32
- Zwischenmantelrohr
- 33
- Innenmantelrohr
- 4
- Lenkspindel
- 41
- Anschlussabschnitt
- 5
- Trageinheit
- 51
- Befestigungsmittel
- 6, 60
- Verstellantrieb
- 61
- Spindelmutter
- 62
- Gewindespindel
- 63
- Motor
- 7, 70
- Wälzlagereinheit
- 71
- Wälzkörperkäfig
- 72
- Rollen
- 8
- Positioniereinrichtung
- 81
- Führungsschlitz
- 82
- Führungsschlitz
- 83
- Führungsschlitz
- 84
- Führungsschlitz
- 85
- Führungsschlitz
- 86
- Führungsstift
- 87
- Führungsvorsprung
- 88
- Führungsnut
- L
- Längsachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017221004 A1 [0006, 0007]
- DE 102015216326 A1 [0010]
