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Die
Erfindung betrifft eine Lenkanlage für ein Kraftfahrzeug, mit einer
an ein Lenkgetriebe anschließenden
unteren Lenkspindelanordnung, die mittels wenigstens eines Gelenkes
mit einer oberen Lenkspindelanordnung verbunden ist, wobei die obere
Lenkspindelanordnung zwei teleskopförmig axial ineinanderschiebbare
Spindelteile aufweist, wobei das eine Spindelteil als Stützspindelteil
mittels eines Radiallagers axial stabil an einem Tragelement einer Tragstruktur
des Kraftfahrzeugs abgestützt
ist und das andere, mit einem Lenkrad versehene Spindelteil als
Lenkradspindelteil bei Auftreten einer Aufprallbelastung auf das
Lenkrad relativ zu dem Stützspindelteil
verschiebbar ist.
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Lenkanlagen,
die eine obere und eine untere Lenkspindelanordnung aufweisen, wobei
die obere Lenkspindelanordnung aus zwei teleskopförmig ineinanderschiebbaren
Spindelteilen besteht, sind aus Mercedes-Benz-Kraftfahrzeugen bekannt.
Dabei ist die obere Lenkspindelanordnung, d.h. die beiden teleskopförmig ineinanderschiebbaren
Spindelteile, in einem Mantelrohr gelagert, das stabil mit der Tragstruktur
des Kraftfahrzeugs verbunden ist.
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Aus
der DE-AS 16 30 376 ist ein Verfahren zum Herstellen einer Sicherheitslenkung
für Kraftfahrzeuge
bekannt, bei dem die Lenkspindelanordnung zwei teleskopförmig ineinanderschiebbare Spindelteile
aufweist.
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Es
ist auch bekannt (DE-OS 22 05 014), bei einer Lenkanlage eines Kraftfahrzeugs
eine obere und eine untere Lenkspindelanordnung vorzusehen, die
mittels eines Gelenkes miteinander verbunden sind. Dabei ist die
untere, an das Lenkgetriebe anschließende Lenkspindelanordnung
schräg
gestellt und derart an ihrem oberen und an ihrem unteren Ende angelenkt,
dass bei einem Frontalaufprall die obere Lenkspindelanordnung entgegen
der Aufprallbelastung in Fahrtrichtung, in gewissen Betrag nach vorne
gezogen wird. Dadurch wird der Überlebensraum
für einen
Fahrer des Kraftfahrzeugs im Bereich des Lenkrades vergrößert, da
das Lenkrad in Fahrtrichtung nach vorne verschoben wird.
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Weiterhin
ist aus der DE-OS 1 755 889 eine Lenksäule für Fahrzeuge entnehmbar, bei
der auf einem Lenkradspindelteil ein radiales Wälzlager axial fixiert angeordnet
ist, das in einem tragstrukturfeste gehaltenen Lagergehäuse axial
gesichert angeordnet ist. Das Lagergehäuse ist in Verschieberichtung des
Lenkradspindelteiles für
eine Freigabe des Wälzlagers
axial offen gestaltet.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Lenkanlage der eingangs genannten Art
zu schaffen, die ein gegenüber
bekannten Lenkanlagen wesentlich verringertes Gewicht bei gleich
bleibender Funktionstüchtigkeit
aufweist.
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Diese
Aufgabe wird dadurch gelöst,
daß auf dem
Lenkradspindelteil ein radiales Wälz- oder Gleitlager axial fixiert
angeordnet ist, das in einem tragstrukturfest gehaltenen Lagergehäuse axial
gesichert angeordnet ist, wobei die Sicherungskraft geringer als
eine definierte Aufprallbelastung auf das Lenkrad ist, und wobei
das Lagergehäuse
in Verschieberichtung des Lenkradspindelteiles für eine Freigabe des Wälz- oder
Gleitlagers axial offen gestaltet ist. Durch die erfindungsgemäße Lösung ist
es möglich,
ein Mantelrohr zur Lagerung der oberen Lenkspindelanordnung zu vermeiden
und dennoch beim Fahrzeugaufprall eine axiale Verschiebung des Lenkradspindelteiles
zu gewährleisten.
Durch die Vermeidung eines Mantelrohres wird das Gewicht der Lenkanlage
erheblich reduziert. Gemäß der Erfindung
weisen sowohl der Lagersitz des Radiallagers als auch das Lagergehäuse des
radialen Wälz- oder
Gleitlagers jeweils eine Gehäuseschale
auf, die mit axial aufeinander zuragenden und überlagert miteinander fixierbaren
Profilstegen versehen sind. Dadurch wird eine kompakte und einfach
aufbaubare Lageranordnung für
Lenkrad- und Stützspindelteil geschaffen.
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In
Ausgestaltung der Erfindung schließt an ein von dem Lenkrad abliegendes
Stirnende des Lenkradspindelteiles ein koaxial zu dem Stützspindelteil
angeordnetes Energieabsorberelement an, das sich gegenüberliegend
zu dem Stirnende des Lenkradspindelteiles auf Höhe des Radiallagers axial abstützt. Dadurch
wird bei einer Verschiebung der beiden Spindelteile relativ zueinander
ein Abbau von Aufprallenergie erzielt, wodurch die Lenkanlage insbesondere
USA/ECE-Forderungen
entspricht. Vorzugsweise wird das Energieabsorberelement erst bei einer
Aufprallbelastung verformt, die höher ist als die Sicherungskraft
für das
Lagergehäuse
des Lenkradspindelteiles. Durch das zusätzliche Vorsehen eines solchen
Energieabsorberelementes ist es daher möglich, die Lenkanlage in einfacher
Weise auf USA- oder ECE-Normen umzurüsten.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist dem Stützspindelteil ein Federelement
zugeordnet, das das Stützspindelteil
gegenüber
einem Lagersitz des Radiallagers vorspannt. Dadurch wird das Stützspindelteil
im Bereich des Lagersitzes in beiden axialen Richtungen spielfrei
und stabil gesichert.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind das Lenkradspindelteil,
das Stützspindelteil,
das Wälz-
oder Gleitlager, das Radiallager, das Energieabsorberelement, die Stützringe
und die Gehäuseschalen
zu einer Vormontageeinheit zusammengefügt. Dadurch wird ein wesentlich
vereinfachter Aufbau der Lenkanlage erzielt, da die Vormontageeinheit
getrennt von der Lenkanlage vormontierbar ist und anschließend als
kompakte Baueinheit in das Kraftfahrzeug einbaubar ist.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Gehäuseschalen
unter axialer Vorspannung der Vormontageeinheit durch die Profilstege
starr miteinander verbunden, insbesondere verschweißt. Die Verschweißung der
beiden Gehäuseschalen
unter Aufbringung von aufeinander zugerichteten, definierten Axialkräften auf
die Gehäuseschalen
bewirkt eine axiale Vorspannung, wodurch eine Spielfreiheit der Wälzlager
erzielt wird. Ein zusätzliches
Federelement zur Vor- spannung kann daher entfallen.
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Weitere
Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie
aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen
der Erfindung, die anhand der Zeichnungen dargestellt sind.
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1 zeigt
in einem Längsschnitt
eine Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Lenkanlage, die
unter Vermeidung eines Mantelrohres mit einer oberen und einer unteren
Lenkspindelanordnung versehen ist,
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2 in
vergrößerter Darstellung
einen ersten, lenkradnäheren
Lagersitz der oberen Lenkspindelanordnung auf Höhe des Bereiches II in 1,
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3 in
ebenfalls vergrößerter Schnittdarstellung
die obere Lenkspindelanordnung im Bereich III nach 1 auf
Höhe eines
zweiten, lenkradferneren Lagersitzes,
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4 in
einem Längsschnitt
eine weitere Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Lenkanlage,
bei der zwischen der oberen und der unteren Lenkspindel unter Zwischenschaltung
eines zweiten Gelenkpunktes eine mittlere Lenkspindel hinzugefügt ist,
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5 in
vergrößerter Darstellung
einen Ausschnitt der Lenkanlage nach 4 im Bereich
der oberen Lenkspindelanordnung, und
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6 in
vergrößerter perspektivischer
Darstellung eine Gehäuseschale
zur Lagerung der oberen Lenkspindelanordnung.
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Eine
Lenkanlage nach 1 ist für einen Personenkraftwagen
vorgesehen, der eine steife Tragstruktur aufweist. Die steife Tragstruktur
ist mit einem Windschutzscheibenquerträger (1) versehen, der
unterhalb einer Windschutzscheibe des Personenkraftwagens angeordnet
ist. An diesen Windschutzscheibenquerträger (1) schließt sich
nach unten eine Stirnwand (2) an, die in Abstand unterhalb des
Windschutzscheibenquerträgers
(1) mit einem Stirnwandquerträger (3) versehen ist.
Ebenfalls Teil der Tragstruktur ist ein im Innenraum des Personenkraftwagens
verlaufender Instrumentenquerträger (4),
der sich zwischen den beiden A-Säulen
der Tragstruktur erstreckt und zur Stützung des Cockpits des Personenkraftwagens
beiträgt.
Der Instrumentenquerträger
(4) weist einen kreisförmigen
Rohrquerschnitt auf. Die Lenkanlage selbst weist eine untere Lenkspindelanordnung
(5) auf, die mittels einer nicht näher gezeigten Kupplung an ein
nicht dargestelltes Lenkgetriebe im Bereich der Vorderradachsschenkel
anschließt.
Die untere Lenkspindelanordnung (5) ragt – in Fahrzeuglängsrichtung
gesehen – schräg nach hinten
und nach oben.
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An
ihrem oberen Stirnende ist die untere Lenkspindelanordnung (5)
mittels eines Kreuzgelenkes (6) mit einer oberen Lenkspindelanordnung
(7, 8) verbunden, die durch das Cockpit hindurch
in den Fahrzeuginnenraum ragt. Die obere Lenkspindelanordnung weist
ein an das Kreuzgelenk (6) anschließendes Stützspindelteil (7)
in Stabform sowie ein Lenkradspindelteil (8) in Form eines
Lenkspindelrohres auf, das koaxial zu dem Stützspindelteil (7)
angeordnet ist und dieses teilweise axial übergreift. An dem in den Fahrzeuginnenraum
ragenden Stirnende des Lenkradspindelteiles (8) ist eine
Kerbverzahnung (9) vorgesehen, auf die ein Lenkrad drehfest
mit dem Lenkradspindelteil (8) aufsetzbar ist. Um zu verhindern,
daß bei
einem Fahrzeugaufprall das Lenkrad den Überlebensraum des Fahrers einschränkt, ist das
Lenkradspindelteil (8) teleskopförmig auf das Stützspinddelteil
(7) bei Auftreten einer Aufprallbelastung in einer Verschieberichtung
(A) aufschiebbar. Gleichzeitig soll aber ver hindert werden, daß das Lenkradspindelteil
(8) durch eine Verschiebung von Hand oder im normalen Fahrbetrieb
sich auf das Stützspindelteil
(7) aufschiebt. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist daher die
axiale Sicherungskraft durch zwei Reibelemente in Form einer Reibhülse (15)
und eines Reibringes (16) (2) auf 3000N festgesetzt.
Die Reibhülse
(15) ist koaxial im Bereich eines unteren Stirnendes (14)
des Lenkradspindelteiles (8) zwischen dem Lenkradspindelteil
(8) und dem Stützspindelteil
(7) radial angeordnet, wobei sie das Stützspindelteil (7)
ummantelt und an einer Innenwandung des Lenkradspindelteiles (8)
anliegt. Funktionsgleich ist der Reibring (16) in eine
Ringnut des Stützspindelteiles
(7) im Bereich des von dem Kreuzgelenk (6) abliegenden
freien Stirnendes eingebettet und drückt radial gegen die Innenwandung
des Lenkradspindelteiles (8). Unmittelbar im Anschluß an den Reibring
(16) ist die Innenwandung des Lenkradspindelteiles (8)
radial nach innen abgestuft, wodurch ein Anschlag für den Reibring
(16) und damit eine Begrenzung des Verschiebeweges auf
dem Stützspindelteil
(7) erzielt wird. Die Reibkraft der beiden Reibelemente
ist auf die axiale Sicherungskraft von 3000N abgestimmt. Eine Verschiebung
des Lenkradspindelteiles (8) in Verschieberichtung (A)
ist daher erst nach Auftreten einer Aufprallbelastung auf das Lenkrad
von mehr als 3000N möglich.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel
ist die axiale Sicherungskraft durch ein zusätzliches hülsenförmiges Crashelement (13)
auf 5000N erhöht,
wodurch USA-Forderungen
entsprochen ist. Dazu ist eine glasfaserverstärkte Kunststoffhülse (13)
vorgesehen, die sich im Bereich des dem Kreuzgelenk (6)
zugewandten Endes des Stützspindelteiles
(7) an einem Stützring
(25) abstützt
und an ihrem gegenüberliegenden
Stirnende bündig
mit dem unteren Stirnende (14) des Lenkradspindelteiles
(8) abschließt.
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Die
obere Lenkspindelanordnung ist ohne den Einsatz eines Mantelrohres
an zwei zueinander beabstandeten Lagersitzen (10, 11)
drehbar gelagert und axial gesichert. Dabei ist ein oberer Lagersitz (10)
auf Höhe
des Instrumentenquerträgers
(4) vorgesehen. An dem Instrumentenquerträger (4)
mittels einer Schraub verbindung (20) befestigt ist ein
Lagergehäuse
(18, 19), das eine Blechkonstruktion darstellt
und das Lenkradspindelteil (8) umgibt. Auf Höhe des Lagergehäuses (18, 19)
ist auf dem Lenkradspindelteil (8) ein Radialwälzlager
(17) in Form eines Kugellagers mittels zweier nicht näher bezeichneter
Sicherungsringe befestigt. Das Lagergehäuse weist eine Radialplatte
(18) auf, die auf der zum Lenkrad hin gewandten Seite des
Wälzlagers
(17) angeordnet ist und das Wälzlager (17) in axialer
Richtung entgegen der Verschieberichtung (A) sichert. In Verschieberichtung
ist an die Radialplatte (18) ein Ringflansch (19)
angesetzt, der das Radialwälzlager
(17) radial nach außen
stützt.
In Verschieberichtung (A) ist das Lagergehäuse (18, 19)
offen, so daß das
Wälzlager (17)
bei einer Verschiebung des Lenkradspindelteiles (8) in
Verschieberichtung (A) aus dem Lagergehäuse (18, 19)
herausgeschoben werden kann.
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Für die obere
Lenkspindelanordnung (7, 8) ist außerdem unmittelbar
benachbart zu dem Kreuzgelenk (6) ein weiterer Lagersitz
(11) vorgesehen. Dazu ist auf das spindelförmige Stützspindelteil
(7) ein zylindrischer Stützring (25) aufgeschweißt, dessen
Außendurchmesser
etwa dem Außendurchmesser
des Lenkradspindelteiles (8) im Bereich seines Stirnendes
(14) entspricht. Auf dem Stützring (25) ist ein
Radialwälzlager
(23) vorgesehen, das auf dem Stützring (25) zum Lenkradspindelteil
(8) hindurch einen Sicherungsring und zum Kreuzgelenk (6)
hin durch eine Tellerfeder (24) axial gesichert ist, die
sich an einem zweiten, zum Kreuzgelenk (6) benachbarten
Sicherungsring abstützt.
Das Radialwälzlager (23)
ist mittels der Tellerfeder (24) in axialer Richtung entgegen
der Verschieberichtung (A) gegen den oberen Sicherungsring (nicht
näher bezeichnet)
vorgespannt. Dem Radialwälzlager
(23) ist ein stationäres Lagergehäuse (22)
zugeordnet, das das Radialwälzlager
(23) in beiden axialen Richtungen sichert. Das Lagergehäuse (22)
stellt ebenfalls eine Blechkonstruktion dar und ist aus zwei Halbschalen
zusammengesetzt, die mit Hilfe von Schraubverbindungen miteinander
verbunden sind. Eine obere Schraubverbindung (21) dient
zur Befestigung des Lagergehäuses (22)
an einer Tragstrebe (12), die starr mit dem Windschutzscheibenquerträger (1)
verbunden ist. Die Tragstrebe (12) ist V-förmig ausgeführt und
ausreichend versteift, um eine stationäre Anordnung des Lagergehäuses (22)
auch bei Auftreten einer Aufprallbelastung zu gewährleisten.
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Sobald
bei einem Aufprall des Personenkraftwagens auf das Lenkrad (8)
durch den Körper des
Fahrers eine axiale Kraft in Verschieberichtung (A) wirkt, die größer ist
als die axiale Sicherungskraft von 5000N, wird das Lenkradspindelteil
(8) in Verschieberichtung (A) teleskopförmig auf das Stützspindelteil
(7) aufgeschoben. Dabei wird das aus Kunststoff bestehende
Crashelement (13) verformt. Bei der Verschiebung des Lenkradspindelteiles
(8) wird das Radialwälzlager
(17) aus dem Lagersitz (10) herausgeschoben. Der
untere Lagersitz (11) hingegen übt seine Stützfunktion aus, indem das Radialwälzlager
(23) in dem Lagergehäuse
(12) stabil axial gehalten wird. Durch die Tellerfeder
(24) wird das Stützspindelteil
(7) ebenfalls in einer axial exakt definierten Position
relativ zu dem Radialwälzlager
(23) und damit auch relativ zu dem Lagergehäuse (22)
gehalten. Die axiale Sicherung erfolgt dabei aufgrund der Verwendung
der Tellerfeder (24) spielfrei.
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Eine
Lenkanlage nach den 4 bis 6 entspricht
insbesondere in funktioneller Hinsicht zum großen Teil der anhand der 1 bis 3 beschriebenen
Lenkanlage. Mit der nachfolgenden Beschreibung wird insbesondere
auf die Unterschiede und Modifizierungen dieser Lenkanlage gegenüber der zuvor
beschriebenen Lenkanlage eingegangen, ohne eine komplette, detaillierte
Beschreibung der Lenkanlage zu wiederholen. Für funktionsgleiche Bauteile
dieser Lenkanlage wird auf die Beschreibung zu der Lenkanlage gemäß den 1 bis 3 verwiesen.
Um den Vergleich mit dieser Lenkanlage zu erleichtern, sind funktionsgleiche
Bauteile mit den gleichen Bezugsziffern unter Hinzufügung eines Buchstaben „a" bezeichnet. Die
Lenkanlage weist entsprechend 4 eine untere
Lenkspindelanordnung (5a) auf, die mittels eines Kreuzgelenkes
(26) in einen unteren und einen mittleren Teil unterteilt
ist. Die untere Lenkspindelanordnung (5a) ist mittels ei nes
weiteren Kreuzgelenkes (6a) an eine obere Lenkspindelanordnung
(7a, 8a) angeschlossen, die durch das Cockpit
hindurch ins Fahrzeuginnere ragt. Diese obere Lenkspindelanordnung
weist ein Stützspindelteil
(7a) und ein Lenkradspindelteil (8a) auf, die
entsprechend der Ausführung
gemäß den 1 bis 3 teleskopförmig ineinanderschiebbar
sind.
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Die
obere Lenkspindelanordnung (7a, 8a) ist ohne das
Vorsehen eines Mantelrohres direkt in zwei zueinander beabstandeten
Lagersitzen (10a, 11a) gelagert, wobei der untere
Lagersitz (11a) tragstrukturfest über eine Tragstrebe (12a)
mit dem Windschutzscheibenquerträger
(1) verbunden ist. Die beiden Lagersitze (10a und 11a)
werden durch jeweils eine Gehäuseschale
(28a bzw. 28b) (5 und 6)
gebildet, die einander zu einem gemeinsamen Lagergehäuse ergänzen. Dazu
weist jede Gehäuseschale
(28a, 28b) axial nach vorne abragende Profilstege
(29a) auf, die so aufeinander abgestimmt sind, daß sie sich
in der zusammengefügten
Position gemäß 5 überlappend überlagern.
In der Gehäuseschale
(28a) sitzt ein Wälzlager
(17a, 19a), das entsprechend der Ausgestaltung
gemäß den 1 und 3 in
einer Verschieberichtung A (nicht dargestellt) offen gestaltet ist.
Ein Wälzlager
(22a) der anderen Gehäuseschale
(28b) ist entsprechend umgekehrt symmetrisch gestaltet
und in Richtung des Lenkradspindelteiles (8a) offen. Als
Energieabsorberelement dient bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den 4 und 5 eine
rohrförmige
Blechhülse
(13a), die den Stützspindelteil
(7a) sowie teilweise den Lenkradspindelteil (8a)
in radialem Abstand umschließt.
Diese Blechhülse
(13a) stützt
sich im Bereich des tragstrukturfesten Lagersitzes (11a)
an einem Stützring
(25a) ab, auf dem das Wälzlager
(22a) angeordnet ist. Mit ihrem gegenüberliegenden Stirnende stützt sich
die Blechhülse
(13a) an einem weiteren Stützring (14a) ab, der
auf dem Außenumfang des
Lenkradspindelteiles (8a) angeordnet ist und axial durch
einen radial abragenden Ringflansch (15a) des Lenkradspindelteiles
(8a) gesichert ist. Zur Montage des Lagergehäuses werden
die beiden Gehäuseschalen
(28a und 28b) gemäß 5 zusammengefügt und so
axial gegeneinander gedrückt,
daß die Wälzlager
(17a, 19a; 22a) unter Vorspannung gehalten
werden und somit spielfrei sind. Unter dieser axialen Krafteinwirkung
werden die korrespondierenden Profilstege (29a bzw. 29b)
der beiden Gehäuseschalen
(28a und 28b) durch Punktschweißen starr
miteinander verbunden. Somit ergibt sich für die obere Lenkspindelanordnung
(7a, 8a) ein stabiles Lagergehäuse, das mit einer flügelartigen
Trägerkonsole
(27) im Bereich der Befestigungspunkte (30) verschraubt wird.
Die flügelartige
Trägerkonsole
(27) ragt axial, d.h. zum einen ins Fahrzeuginnere und
zum anderen zum Motorraum hin, von einem Instrumentenquerträger (4a)
ab und ist auf diesem festgeschweißt.
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Bei
dieser Ausführungsform
gemäß den 4 bis 6 ist
somit die gesamte obere Lenkspindelanordnung vorab zu einer Vormontagebaueinheit
zusammenfügbar
und anschließend
komplett vormontiert auf die Trägerkonsole
(27) des Instrumentenquerträgers (4a) aufschraubbar.
Zur Vormontagebaueinheit gehören
dabei neben dem Stützspindelteil
(7a) und dem Lenkradspindelteil (8a) die Stützringe
(14a und 25a) sowie die zwischen diesen gehaltene,
energieabsorbierende Blechhülse
(13a), die Gehäuseschalen
(28a und 28b) einschließlich der einstückig angeformten
Profilstege (29a bzw. 29b) sowie die Wälzlager
(17a, 19a; 22a).