DE10259596B3

DE10259596B3 - Lenksäulenanordnung

Info

Publication number: DE10259596B3
Application number: DE10259596A
Authority: DE
Inventors: Christian Dipl.-Ing. Born; Hans-Joachim Dipl.-Ing. Hurschler
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2002-12-19
Filing date: 2002-12-19
Publication date: 2004-05-13
Anticipated expiration: 2022-12-20
Also published as: JP4202325B2; EP1572520A1; WO2004056637A1; JP2006510527A; US20060169524A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Lenksäulenanordnung 1, bei der die Teleskopierspindel 5.1 über ein Crashelement 4 an dem inneren Mantelrohr 2.1 befestigt ist. Durch das Fixieren der Spindelmutter 5.6 am Crashelement 4 verfährt die Teleskopierspindel 5.1 in das Crashelement 4, was einen komprimierten Bauraum für die Teleskopierspindel 5.1 erlaubt. Zur Verbesserung der akustischen Entkopplung besteht die Spindelmutter 5.6 zumindest teilweise aus Kunststoff. Durch eine mechanische Entkopplung der Zug- und Druckkräfte der Teleskopierspindel 5.1 von dem an der Teleskopierspindel 5.1 wirkenden Drehmoment ist die Möglichkeit geschaffen, für eine Antriebswelle 5.4 der Teleskopierspindel 5.1 und für die Lager 5.7, 5.7' des Teleskopierantriebs 5.3 Kunststoff einzusetzen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Lenksäulenanordnung für ein Kraftfahrzeug mit einem äußeren Mantelrohr, einem teleskopierbaren inneren Mantelrohr und einem Teleskopierantrieb mit einer Spindelmutter, einer Teleskopierspindel, die über ein Crashelement am inneren Mantelrohr befestigt ist und einem Teleskopiermotor mit einem Untersetzungsgetriebe.

Es ist bereits eine Lenksäulenanordnung für ein Kraftfahrzeug mit einem äußeren, ortsfest angeordneten Mantelrohr sowie mit einem teleskopförmig in dem äußeren Mantelrohr verschiebbaren inneren Mantelrohr und mit einer zwischen den beiden Mantelrohren wirksamen Verstellvorrichtung zur Verschiebung des inneren Mantelrohres aus der DE 198 12 179 C1 bekannt. Die Lenksäulenanordnung weist ein am inneren Mantelrohr angreifendes längserstrecktes und achsparallel zur Längsachse ausgerichtetes Stellglied auf, wobei dem Stellglied Energieabsorptionsmittel zugeordnet sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lenksäulenanordnung derart auszubilden und anzuordnen, dass das Maß der aufnehmbaren Crashenergie erhöht, die Lenksäulenanordnung akustisch von der Karosserie entkoppelt und der Bauraum komprimiert ist.

Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass das Crashelement zumindest teilweise hohl ausgebildet ist und die Spindelmutter aufnimmt.

Hierdurch wird erreicht, dass die Teleskopierspindel beim Drehen in das Crashelement verfährt und somit der Bauraum in Bewegungsrichtung der Spindel hinter der Spindelmutter komprimiert ist.

Dadurch, dass die Spindelmutter im Crashelement angeordnet ist, wird zum Drehen der Teleskopierspindel eine Lösung bereitgestellt, die gegenüber dem konventionellen Antrieb einer Spindelmutter einen einfachen Antrieb ausbildet, da die Teleskopierspindel nämlich über eine ihrer Stirnseiten angetrieben wird. Mit dem relativ einfachen Antrieb der Teleskopierspindel ist die Möglichkeit einer akustischen Entkopplung des Teleskopierantriebs geschaffen, der nachstehend erläutert wird.

Es ist vorteilhaft, dass das Crashelement durch eine Hülse und einen koaxial zur Hülse positionierten Stift gebildet ist, der an einer Stirnseite der Hülse zumindest teilweise in die Hülse eingebracht und an der Hülse befestigt ist. Dieser Aufbau ermöglicht das Einbringen der Spindelmutter und weist die Eigenschaft auf, dass das Crashelement im Falle einer Kollision des Kraftfahrzeugs ineinander fährt und einen Teil der Crashenergie, die auf die Lenksäulenanordnung wirkt, aufnimmt beziehungsweise in Wärme- und Deformationsenergie umwandelt.

Das Crashelement, das praktisch die Teleskopierspindel verlängert, ist durch einen gegenüber der Spindel einfachen Werkstoff gebildet. Die Herstellung der Teleskopierspindel bedarf keiner Wärme- oder sonstiger, für Spindeln notwendigen Behandlung.

Eine zusätzliche Möglichkeit ist gemäß einer Weiterbildung, dass die Teleskopierspindel über eine flexible Antriebswelle mit einer Abtriebswelle des Untersetzungsgetriebes verbunden ist, wobei die Teleskopierspindel mit einer der Spindelmutter gegenüberliegenden Seite in einem vom Untersetzungsgetriebe baulich getrennten Lagerbock drehbar gelagert ist.

Die eingangs beschriebene Lösung eines einfachen Antriebs der Teleskopierspindel ermöglicht erst eine mechanische und somit akustische Entkopplung der Lenksäulenanordnung. Der größte Teil der Geräusche beim Verstellen der Lenksäulenanordnung wird durch Körperschall übertragen. Durch das Einbringen einer flexiblen Antriebswelle als Zwischenwelle zwischen Teleskopierspindel und Abtriebswelle des Untersetzungsgetriebes, lässt sich die Anordnung akustisch entkoppeln. Der wesentliche Teil des Körperschalls wird über die Antriebseinheit, bestehend aus Motor und Untersetzungsgetriebe, gebildet.

Zur akustischen Entkopplung wird Polymer-Kunststoff oder Gummi verwendet. Der Einsatz von Kunststoff setzt aber eine mechanische Entkopplung voraus, weil die betriebsbedingte Belastung für Kunststofflager und -wellen zu groß ist. Das Problem der mechanischen Entkopplung wird durch den Lagerbock gelöst, der an der Karosserie des Kraftfahrzeugs oder am äußeren Mantelrohr befestigt ist.

Hierzu ist es vorteilhaft, dass die beim Teleskopieren der Lenkspindel in Richtung einer Längsachse der Teleskopierspindel entstehenden Zug- und Druckkräfte direkt von der Teleskopierspindel über den Lagerbock in einen Teil der Karosserie geleitet werden. Die Zug- und Druckkräfte sind vom Antrieb der Teleskopierspindel, also vom Untersetzungsgetriebe und der Antriebseinheit mechanisch entkoppelt. Eine entsprechend der Zug- und Druckbelastung zu dimensionierende Lagerung der Antriebseinheit entfällt. Dadurch, dass die Antriebseinheit lediglich ein Drehmoment zum Drehen der Teleskopierspindel aufnehmen muss, ist die Antriebseinheit wesentlich leiser.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist schließlich vorgesehen, dass das äußere Mantelrohr durch einen Schwenkantrieb um eine y-Achse schwenkbar ist, der eine Spindelmutter, eine Spindel und eine flexible Antriebswelle aufweist, wobei die Spindel über die flexible Antriebswelle mit einer Abtriebswelle eines Untersetzungsgetriebes verbunden ist und die Spindel mit einer der Spindelmutter gegenüberliegenden Seite in einem vom Untersetzungsgetriebe baulich getrennten Lagerbock drehbar gelagert ist. Als Schwenkmotor ist ein zweiter Motor vorgesehen, der das Untersetzungsgetriebe antreibt.

Die hinsichtlich der Teleskopierspindel eingesetzte Lösung bietet für das Schwenken des äußeren Mantelrohrs den zusätzlichen Vorteil, dass die flexible Antriebswelle zum Übertragen eines Drehmoments auch gebogen oder gekrümmt sein kann. Durch das Festlegen der Antriebseinheit an der Karosserie wird die Spindel mit verschwenkt.

Hierzu ist es vorteilhaft, dass die Längsachse der Spindel und die Rotationsachse der Abtriebswelle des Untersetzungsgetriebes, die direkt mit der flexiblen Antriebswelle verbunden ist, einen Winkel zwischen 135° und 180° einschließen. Je nach Schwenkbereich des äußeren Mantelrohrs ist die Antriebswelle zum Übertragen eines Drehmoments entsprechend flexibel ausgebildet. Die flexiblen Antriebswellen innerhalb der Lenksäulenanordnung unterscheiden sich hinsichtlich ihrer Länge und hinsichtlich ihrer Torsionseigenschaften, weil die zum Teleskopieren oder Schwenken zu übertragenden Drehmomente unterschiedlich groß sind.

Hinsichtlich der Schwenkanordnung ist es vorteilhaft, dass die beim Schwenken des äußeren Mantelrohrs in Richtung einer Längsachse der Spindel entstehenden Zug- und Druckkräfte direkt von der Spindel über den Lagerbock in einen Teil der Karosserie ge leitet werden. Ebenso wie hinsichtlich des Teleskopierens wird erreicht, dass der Teleskopiermotor und das Untersetzungsgetriebe teilweise von der Teleskopierspindel mechanisch entkoppelt sind und nur durch ein Drehmoment belastet werden.

Im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ausbildung und Anordnung ist es von Vorteil, dass die mit der Teleskopierspindel oder mit der Spindel im Eingriff stehende Spindelmutter und die mit der Teleskopierspindel oder der Spindel verbundene flexible Antriebswelle zumindest teilweise aus Kunststoff gebildet sind.

Durch die teilweise mechanische Entkopplung der Antriebseinheit ist die als Zwischenwelle gebildete flexible Antriebswelle zur reinen Übertragung eines Drehmoments zumindest teilweise aus Kunststoff oder aus einem sonstigen Werkstoff gebildet, der hinsichtlich einer akustischen Entkopplung vorteilhaft ist. Ein sehr guter Lösungsansatz findet sich im Bereich von Bauteilen, die aus mehreren unterschiedlichen Materialien gebildet sind.

Durch den Kunststoff wird die Flexibilität der Antriebswelle erhöht und vor allem die Übertragung von Vibrationen und somit die Geräuschentwicklung vermindert. Dies wirkt sich in vorteilhafter Weise auch bei einer aus Kunststoff gebildeten Spindelmutter aus, die zudem bessere Eigenschaften einer Selbstschmierung aufweist.

Vorteilhaft ist es ferner, dass die flexible Antriebswelle abtriebsseitig mit der Teleskopierspindel oder mit der Spindel im Lagerbock und antriebsseitig mit der Abtriebswelle verbunden im Untersetzungsgetriebe gelagert ist. Der übrige Teil der flexiblen Antriebswelle liegt frei, damit ein störungsfreies Biegen ermöglicht wird. Zudem sind die Lager der flexiblen Antriebswelle innerhalb des Untersetzungsgetriebes und innerhalb des Lagerbocks geschmiert und entsprechend gegenüber der übrigen Antriebswelle abgedichtet. Die Lager der flexiblen Antriebs welle sind aus Metall und als konventionelles Wellenende an den Kunststoffbereichen befestigt.

Außerdem ist es vorteilhaft, dass das Untersetzungsgetriebe und/oder der Motor durch ein Lager an der Karosserie des Kraftfahrzeugs gelagert sind, das zumindest teilweise aus Kunststoff gebildet ist. Nicht nur die flexible Antriebswelle, sondern auch die Lagerung der Antriebseinheit trägt somit zur akustischen Entkopplung gegenüber der Karosserie bei. Der trotz der flexiblen Antriebswelle noch in die Antriebseinheit, also in das Untersetzungsgetriebe und in den Motor geleitete Körperschall wird durch die Kunststofflager abgebaut beziehungsweise gedämpft.

Die Umwandlung einer Drehbewegung in eine translatorische Bewegung auf der Antriebsseite durch Entkopplung der Zug- und Druckkräfte von den Drehmomenten bildet die Grundlage für die akustische Entkopplung mit Hilfe von Kunststoff und die Komprimierung des Bauraums der Spindeln.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind in den Patentansprüchen und in der Beschreibung erläutert und in den Figuren dargestellt.
Dabei zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht einer Lenksäulenanordnung;
2 eine Schnittansicht eines Crashelements.
In 1 ist eine Lenksäulenanordnung 1 perspektivisch dargestellt. Am Kopf 1.1 schließt ein nicht dargestelltes Lenkrad an. An der rechten Seite schließt ein nicht dargestellter Lenkmechanismus an.
Ein inneres Mantelrohr 2.1 überträgt die Drehbewegung vom Lenkrad auf ein äußeres Mantelrohr 2, das mit einer Klaue 3 an den Lenkmechanismus anschließt. Das innere Mantelrohr 2.1 ist in das äußere Mantelrohr 2 teleskopier- beziehungsweise verschiebbar. Hierzu ist an das innere Mantelrohr 2.1 ein Crashelement 4 angebracht. Das Crashelement 4 weist entsprechend 2 eine Hülse 4.1 und einen Stift 4.2 auf. Der Stift 4.2 ist in die Hülse 4.1 eingesteckt und durch eine Klemmverbindung mit dieser verbunden.
Das Crashelement 4 ist mit dem Stift 4.2 am inneren Mantelrohr 2.1 befestigt. An der gegenüberliegenden Seite des Crashelements 4 ist eine Spindelmutter 5.6 in die Hülse 4.1 eingebracht. Die Teleskopierspindel 5.1 greift mit einer Seite in die Spindelmutter 5.6 hinein. Mit ihrer gegenüberliegenden Seite ist die Teleskopierspindel 5.1 in einem Lagerbock 5.5 drehbar gelagert. Durch das Drehen der Teleskopierspindel 5.1 wird das Crashelement 4 und somit das innere Mantelrohr 2.1 in Richtung der Längsachse x bewegt. Somit wird die Lenksäulenanordnung 1 teleskopiert.
Die Teleskopierspindel 5.1 ist vor allem in Richtung der Längsachse x durch den Lagerbock 5.5 festgelegt. Der Lagerbock 5.5 ist an einer Konsole 8 befestigt, die die Lagerkräfte auf einen Teil der Karosserie überträgt.
Angetrieben wird die Teleskopierspindel 5.1 durch eine flexible Antriebswelle 5.4, mit der die Teleskopierspindel 5.1 innerhalb des Lagerbocks 5.5 in Wirkverbindung steht. Die flexible Antriebswelle 5.4 überträgt ein Antriebsmoment von einer Antriebseinheit. Die Antriebseinheit ist aus einem Teleskopiermotor 5.2 und einem Untersetzungsgetriebe 5.3 gebildet. Innerhalb des Untersetzungsgetriebes 5.3 ist eine nicht sichtbare Abtriebswelle mit einer Rotationsachse a angeordnet. Die Ab triebswelle ist direkt mit der flexiblen Antriebswelle 5.4 verbunden.
Die Antriebseinheit, beziehungsweise das Untersetzungsgetriebe 5.3 ist über mehrere Lager 5.7, 5.7' am äußeren Mantelrohr 2 gelagert. Durch die mechanische Entkopplung der Zug- und Druckkräfte von der Antriebseinheit überträgt die flexible Antriebswelle 5.4 nur ein Drehmoment. Dadurch ist die Möglichkeit geschaffen, die flexible Antriebswelle 5.4 zumindest zum Teil aus Kunststoff auszubilden und somit die Antriebseinheit auch akustisch zu entkoppeln. Um die akustische Entkopplung zu verstärken, sind zudem die Spindelmutter 5.6 und die Lager 5.7, 5.7' aus Kunststoff gebildet.
Neben der Teleskopierbarkeit des inneren Mantelrohrs 2.1 ist das äußere Mantelrohr 2 über einer Klaue 3 um eine y-Achse schwenkbar gelagert. Zum Schwenken ist am äußeren Mantelrohr 2 eine Hebelkinematik 7 angebracht, die eine Spindelmutter 6.6 aufnimmt. In die Spindelmutter 6.6 greift eine Spindel 6.1 ein, die in Richtung der Längsachse x' gegenüber der Spindelmutter 6.6 in einem Lagerbock 6.5 senkrecht zur Längsachse x' drehbar gelagert ist. Der Lagerbock 6.5 ist wiederum drehbar an der Konsole 8 gelagert. Beim Verschwenken des äußeren Mantelrohrs 2 verschwenkt die Spindel 6.1 um die Lagerachse 1 des Lagerbocks 6.5.
Die Spindel 6.1 wird über eine flexible Antriebswelle 6.4 angetrieben, die wiederum durch eine nicht sichtbare Abtriebswelle eines Untersetzungsgetriebes 6.3 angetrieben wird. Beim Verschwenken des äußeren Mantelrohrs 2 wird die flexible Antriebswelle 6.4 gebogen. Die Längsachse x' der Spindel 6.1 schließt dabei mit der Rotationsachse a' der Abtriebswelle einen Winkel α von 135 ein.
Durch diese Anordnung des Schwenkantriebs 6 wird die Antriebseinheit bestehend aus Schwenkmotor 6.2 und Untersetzungsgetriebe 6.3 mechanisch durch die in Richtung der Längsachse x' wirkenden Zug- und Druckkräfte entkoppelt. Die teilweise aus Kunststoff gebildete flexible Antriebswelle 6.4 wirkt dabei als akustische Entkopplung. Verstärkt wird die akustische Entkopplung dadurch, dass die Lager 6.7, 6.7' der Antriebseinheit und die Spindelmutter 6.6 auch aus Kunststoff gebildet sind.
Durch die Anlenkung des Lagerbocks 5.5 für die Teleskopierspindel 5.1 an der Konsole 8, wird die flexible Antriebswelle 5.4 beim Schwenken des äußeren Mantelrohrs 2 ebenfalls gebogen. Der Einsatz einer flexiblen Antriebswelle 5.4, 6.4 wird durch die mechanische Entkopplung der Zug- und Druckkräfte ermöglicht.
Die Entkopplung der Zug- und Druckkräfte von den Drehmomenten wird durch das Fixieren der Spindelmuttern 5.6, 6.6 und das Drehen der Spindeln 5.1, 6.1 ermöglicht.

1: Lenksäulenanordnung
1.1: Kopf
2: äußeres Mantelrohr
2.1: inneres Mantelrohr
3: Klaue
4: Crashelement
4.1: Hülse
4.2: Stift
5: Teleskopierantrieb
5.1: Teleskopierspindel, Spindel
5.2: Teleskopiermotor, Motor, Antriebseinheit
5.3: Untersetzungsgetriebe, Antriebseinheit
5.4: flexible Antriebswelle
5.5: Lagerbock
5.6: Spindelmutter
5.7: Lager
5.7': Lager
6: Schwenkantrieb
6.1: Spindel
6.2: Schwenkmotor, Motor, Antriebseinheit
6.3: Untersetzungsgetriebe, Antriebseinheit
6.4: flexible Antriebswelle
6.5: Lagerbock
6.6: Spindelmutter
6.7: Lager
6.7': Lager
7: Hebelkinematik
8: Konsole
a: Rotationsachse
a': Rotationsachse
x: Längsachse
x': Längsachse
l: Lagerachse

Claims

Lenksäulenanordnung (1) für ein Kraftfahrzeug mit einem äußeren Mantelrohr (2), einem teleskopierbaren inneren Mantelrohr (2.1) und einem Teleskopierantrieb (5) mit einer Spindelmutter (5.6), einer Teleskopierspindel (5.1), die über ein Crashelement (4) am inneren Mantelrohr (2.1) befestigt ist und einem Teleskopiermotor (5.2) mit einem Untersetzungsgetriebe (5.3), dadurch gekennzeichnet, dass das Crashelement (4) zumindest teilweise hohl ausgebildet ist und die Spindelmutter (5.6) aufnimmt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Crashelement (4) durch eine Hülse (4.1) und einen koaxial zur Hülse (4.1) positionierten Stift (4.2) gebildet ist, der an einer Stirnseite der Hülse (4.1) zumindest teilweise in die Hülse (4.1) eingebracht und an der Hülse (4.1) befestigt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Teleskopierspindel (5.1) über eine flexible Antriebswelle (5.4) mit einer Abtriebswelle des Untersetzungsgetriebes (5.3) verbunden ist, wobei die Teleskopierspindel (5.1) mit einer der Spindelmutter (5.6) gegenüberliegenden Seite in einem vom Untersetzungsgetriebe (5.3) baulich getrennten Lagerbock (5.5) drehbar gelagert ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beim Teleskopieren des inneren Mantelrohrs (2.1) in Richtung einer Längsachse (x) der Teleskopierspindel (5.1) entstehenden Zug- und Druckkräfte direkt von der Teleskopierspindel (5.1) über den Lagerbock (5.5) in einen Teil der Karosserie geleitet werden.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das äußere Mantelrohr (2) durch einen Schwenkantrieb (6) um eine y-Achse schwenkbar ist, der eine Spindelmutter (5.6), eine Spindel (6.1) und eine flexible Antriebswelle (6.4) aufweist, wobei die Spindel (6.1) über die flexible Antriebswelle (6.4) mit einer Abtriebswelle eines Untersetzungsgetriebes (6.3) verbunden ist und die Spindel (6.1) mit einer der Spindelmutter (5.6) gegenüberliegenden Seite in einem vom Untersetzungsgetriebe (5.3) baulich getrennten Lagerbock (6.5) drehbar gelagert ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachse (x, x') und die Rotationsachse (a) der Abtriebswelle des Untersetzungsgetriebes (5.3, 6.3), die direkt mit der flexiblen Antriebswelle (5.4, 6.4) verbunden ist, einen Winkel (α) zwischen 135° und 180° einschließen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beim Schwenken des äußeren Mantelrohrs (2) in Richtung einer Längsachse (x') der Spindel (6.1) entstehenden Zug- und Druckkräfte direkt von der Spindel (6.1) über den Lagerbock (6.5) in einen Teil der Karosserie geleitet werden.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mit der Teleskopierspindel (5.1) oder mit der Spindel (6.1) im Eingriff stehende Spindelmutter (5.6, 6.6) und die mit der Teleskopierspindel (5.1) oder der Spindel (6.1) verbundene flexible Antriebswelle (5.4, 6.4) zumindest teilweise aus Kunststoff gebildet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Antriebswelle (5.4, 6.4) abtriebsseitig mit der Teleskopierspindel (5.1) oder mit der Spindel (6.1) im Lagerbock (5.5, 6.5) und antriebsseitig mit der Abtriebswelle verbunden im Untersetzungsgetriebe (5.3, 6.3) gelagert ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Untersetzungsgetriebe (5.3, 6.3) und/oder der Motor (5.2, 6.2) durch ein Lager (5.7, 6.7) an der Karosserie des Kraftfahrzeugs gelagert ist, das zumindest teilweise aus Kunststoff gebildet ist.