DE4034710C2 - Lagerung für ein Mantelrohr einer Lenksäule eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Lagerung für ein Mantelrohr einer Lenksäule eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Personen­ kraftwagens, mit einem das Mantelrohr umschließenden, U-förmi­ gen Klemmelement, das mit Hilfe einer Spanneinrichtung radial zusammenziehbar und um eine rechtwinklig, aber in Abstand zu der Längsachse des Mantelrohres verlaufende Achse schwenkbar angeordnet ist.

Die Anordnung und der Aufbau einer Lenksäule in einem Kraft­ fahrzeug unterliegen Vorschriften, die die Sicherheit eines Fahrers bei einem Unfall gewährleisten sollen. Die Lenksäule darf einerseits bei einem Frontalaufprall des Fahrzeugs nicht in den Fahrzeuginnenraum dringen. Andererseits darf die Lenk­ säule sich auch bei einem Aufprall eines Körpers auf das Lenkrad nicht axial in Richtung des Lenkgetriebes verschieben. Diese auf die Lenksäule wirkenden Axialbeanspruchungen müssen von der Lagerung des Mantelrohrs aufgenommen werden können. Weiterhin ist es häufig wünschenswert, die Lenksäule entsprechend einer individuellen Fahrerposition verstellbar zu halten. Auch eine solche Verstellbarkeit der Lenksäule muß bei einer Lagerung des Mantelrohrs berücksichtigt werden.

Es ist eine Lagerung für ein Mantelrohr einer Lenksäule eines Kraftfahrzeuges bekannt (DE 33 08 788 A1), bei der das Mantelrohr mit Hilfe einer Stütze an einem Fahrzeugteil höhenverstellbar gelagert ist. Dazu weist die Stütze zwei vom Fahrzeugteil nach unten ragende Schenkel auf, zwischen denen ein U-förmiges Klemmstück mit Hilfe eines Nockenspannzeugs gehalten ist. Das Klemmstück ist lotrecht zur Längsachse des Mantelrohrs aus­ gerichtet und umschließt dieses. Das Klemmstück liegt dabei nicht direkt auf dem Mantelrohr an, sondern umspannt eine auf dem Mantelrohr sitzende geschlitzte Büchse. Zur zusätzlichen Arretierung des Klemmstücks in der Stütze ist ein mit Stütze und Klemmstück verbundener Riegel vorgesehen. Das Nockenspann­ zeug weist eine Welle auf, die die beiden Schenkel der Stütze und die beiden U-Schenkel des Klemmstücks durchdringt. An einem Ende der Welle ist ein Hebel vorgesehen und die Ausgestaltung ist so getroffen, daß bei einem Verdrehen der Welle ein Zusam­ menziehen der beiden Schenkel der Stütze und damit der beiden U-Schenkel des Klemmstücks erreicht wird. Dadurch wird die Büchse um das Mantelrohr gespannt und klemmt dieses. Um bei einem Aufprall des Fahrzeugs ein Hineinschieben des Mantelrohrs in den Fahrzeuginnenraum zu vermeiden, sind am Mantelrohr Anschläge zur Begrenzung des axialen Verschiebeweges des Mantelrohrs befestigt. Diese Lösung ist verhältnismäßig aufwendig und kann auch, da sie nur durch Reibungsschluß hält, nach längerer Betriebszeit wegen des auftretenden Verschleißes dazu führen, daß die geförderten Axialbelastungen nicht mehr aufgenommen werden können.

Aus der DE 29 04 205 C2 ist eine Lagerung der eingangs genannten Art bekannt, bei der das Mantelrohr einer Lenksäule eines Kraftfahrzeugs von einem U-förmigen Klemmbügel umschlossen ist. Die beiden Schenkelenden des U-förmigen Klemmbügels sind mittels eines Feststellhebels gegeneinander zusammenziehbar, wodurch sie das Mantelrohr der Lenksäule radial klemmen. Der Klemmbügel ist um die Achse des Feststellhebels schwenkbar gelagert, so daß eine axiale Belastung auf das Mantelrohr zu einer Schrägstellung des Klemmbügels auf dem Mantelrohr führt und damit eine Verkantung des Klemmbügels auf dem Mantelrohr bewirkt. Eine Verkantung wird jedoch erst nach dem Verschieben des Mantelrohres um einen bestimmten axialen Weg erzielt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Lagerung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der eine axiale Verschiebung des Mantelrohres bei einem Unfall in jedem Fall vollständig vermieden wird.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Klemmelement um eine im wesentlichen ringförmige, nach innen ballige Innenkontur aufweist und mittels eines Vorspannmechanismus in einer auf dem Mantelrohr klemmenden, schräggestellten Schwenkposition gehalten ist.

Da sich die Schwenkachse in Abstand zur Längsachse des Mantel­ rohrs befindet, bewirken Axialkräfte auf das Mantelrohr ein Drehmoment auf das Klemmelement und damit eine Verkantung des­ selben auf dem Mantelrohr. Durch die Schrägstellung des Klemmelements wird die Klemmwirkung auf das Mantelrohr bis zu einer Verformung desselben verstärkt, so daß - wegen des teilweise erreichbaren Formschlusses - auch hohe axiale Kräfte auf das Mantelrohr durch die Lagerung aufgenommen werden können, ohne daß sich das Mantelrohr axial verschiebt. Durch die nach innen ballige Kontur wird das Mantelrohr trotz der Schrägstellung und Verkantung des Klemmelements nicht wesentlich beschädigt, da keine spitzen Kanten in die Außenwandung des Mantelrohres dringen können.

In Ausgestaltung der Erfindung ist eine Sicherungsvorrichtung zum Halten des Klemmelementes bei gelöster Spanneinrichtung in einer zum Mantelrohr rechtwinkligen Verstellposition vorgesehen. In der gelösten Position der Spanneinrichtung, in der eine Längsverstellung der Lenksäule möglich ist, wird daher das Klemmelement durch die Sicherungsvorrichtung in einer Position gehalten, in der sich zwischen dem Mantelrohr und der Innenkontur des Klemmelementes das größtmögliche Spiel befindet. Dadurch wird verhindert, daß das Klemmelement eine Längsverstellung des Mantelrohrs behindert.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist am Klemmelement ein über die Achse hinausragender Positionsschenkel vorgesehen, der an einem parallel zur Längsachse des Mantelrohrs elastisch ver­ schiebbaren Anschlagbolzen anliegt. Zudem ist eine auf den An­ schlagbolzen wirkende Feder vorgesehen, die ihn gegen den Positionsschenkel drückt. Weiterhin ist eine entgegengesetzt zur Feder auf den Positionsschenkel wirkende Feder vorgesehen. Durch diese Merkmale hält die Sicherungsvorrichtung den Positionsschenkel und damit das Klemmelement bei gelöster Spanneinrichtung in seiner zum Mantelrohr rechtwinkligen Verstell­ position. Die Federn sind so ausgelegt, daß sie bei der Längs­ verstellung des Mantelrohrs und dabei auftretenden Reibkräften zwischen dem Klemmelement und dem Mantelrohr das Klemmelement in seiner Verstellposition halten und gegen ein Kippen oder Verkanten sichern. Dadurch wird eine gleichmäßige Längsver­ stellung des Mantelrohrs ohne großen Kraftaufwand ermöglicht.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das in den Zeichnungen dargestellt ist.

Fig. 1 zeigt in geschnittener Darstellung eine Frontansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lagerung, die ein ein Mantelrohr umschließendes U-förmiges Klemmelement aufweist, das mit Hilfe einer Spannein­ richtung um das Mantelrohr spannbar ist und

Fig. 2 in geschnittener Darstellung eine Seitenansicht der Lagerung nach Fig. 1, bei der insbesondere ein auf einen Fortsatz des Klemmelementes wirkender Vorspannmechanismus dargestellt ist.

Eine Lenksäule eines Kraftfahrzeugs weist eine Lenkwelle (23) auf, an deren in den Fahrzeuginnenraum ragendem, nicht dar­ gestelltem Stirnende ein Lenkrad vorgesehen ist. Die Lenkwelle (23) steht mit einem nicht gezeigten Lenkgetriebe zur Ansteue­ rung der Vorderräder des Kraftfahrzeugs in Verbindung. Die Lenkwelle (23) ist in einem Mantelrohr (1) drehbar gelagert. Um bei einem Aufprall des Fahrzeugs eine Verschiebung der Lenk­ welle (23) und des Mantelrohrs (1) in den Fahrzeuginnenraum zu vermeiden, ist die Lenkwelle (23) mit Hilfe einer nicht ge­ zeigten Sicherheitseinrichtung, beispielsweise einem Gitter­ rohr, an das Lenkgetriebe angeschlossen.

Das Mantelrohr ist mittels zweier Lagerungen an der Karosserie des Fahrzeugs befestigt. Eine untere, nicht dargestellte Lage­ rung ist beispielsweise im Bereich eines Stirnwandquerträgers des Fahrzeugs angeordnet, eine andere, obere Lagerung (3) nach Fig. 1 ist im Bereich einer nicht dargestellten Armaturentafel des Fahrzeuginnenraums mit dem Mantelrohr (1) verbunden. Auf das Mantelrohr (1) können bei einem Unfall axiale Belastungen aufgrund von Kräften auf das Lenkrad in Richtung des Pfeils (29) nach Fig. 2 und Belastungen vom Lenkgetriebe her in Richtung des Pfeils (28) auftreten.

Die Lagerung (3) ist mit Hilfe von Schraubverbindungen (15) an einem Trägerteil (4) des Kraftfahrzeugs befestigt. Die Lagerung (3) ist aus Metallblech gebogen und weist zwei in der Zeichnung nach unten abragende Schenkel auf. Die beiden Schenkel enden einander gegenüberliegend zu beiden Seiten des Mantelrohrs (1). Die beiden Schenkel sind mit zwei in einer zu einer Längsachse (1a) des Mantelrohrs (1) lotrechten Ebene angeordnete, mitein­ ander fluchtenden Öffnungen versehen. Durch diese Öffnungen ragt eine zur Längsachse (1a) des Mantelrohrs (1) lotrechte, aber im Abstand zu dieser verlaufende Welle (5), die an einem Stirnende mit einer Spanneinrichtung (12) versehen ist, mit Hilfe der die beiden Schenkel der Lagerung (3) elastisch zusammengedrückt werden können. Das Prinzip einer solchen Spanneinrichtung (12) ist an sich bekannt, die Ausführung im vorliegenden Beispiel wird nachfolgend jedoch noch erläutert.

Das Mantelrohr (1) wird von einem U-förmigen Klemmelement (2) umschlossen, das in der Zeichnung mit zwei nach oben abragenden U-Schenkeln versehen ist, zwischen denen sich ein Schlitz (9) befindet. Die beiden U-Schenkel des Klemmelementes (2) werden ebenfalls von der Welle (5) durchdrungen und sind ebenfalls mit Hilfe der Spanneinrichtung (12) in noch zu beschreibender Weise elastisch gegeneinander drückbar. Das Klemmelement (2) sitzt mit Spiel auf der Welle (5), so daß es in ungespanntem Zustand der Spanneinrichtung (12) um eine durch die Welle (5) definier­ te Achse (5a) schwenkbar gelagert ist. Durch ein Spannen der Spanneinrichtung (12) werden die beiden Schenkel der Lagerung (3) jeweils von außen gegen die beiden U-Schenkel des Klemmele­ mentes (2) gedrückt, wodurch das Klemmelement (2) um das Man­ telrohr (1) gespannt wird.

Das Klemmelement (2) umschließt das Mantelrohr (1) im wesentli­ chen ringförmig. Lediglich im Bereich des Schlitzes (9), der die elastische Verspannbarkeit der beiden U-Schenkel ermöglicht, wird das Mantelrohr (1) nicht von dem Klemmelement (2) um­ schlossen. Der Querschnitt des Klemmelementes (2) ist so ge­ staltet, daß sich an der Innenseite (21) des Klemmelementes (2), wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, eine ballige Kontur ergibt. Dadurch entsteht eine Art Linienberührung zwischen der Innenseite (21) und der Außenseite des Mantelrohrs (1).

Auf beiden Seiten des U-förmigen Klemmelementes (2) sind im Be­ reich der Welle (5) auf dieser laschenartige Ansätze einer Halterung (8) gelagert, die auf dem Mantelrohr (1) mittels einer Spielpassung geführt ist. Die Welle (5) ist außerdem in zwei Lagerbuchsen (11) drehbar gelagert, die starr mit dem Klemmelement (2) und den Ansätzen der Halterung (8) verbunden sind. Auf beiden Seiten der Halterung (8) sind die Lagerbuchsen (11) mit Flanschen versehen, die an elastischen Distanzscheiben (10) anliegen. Die elastischen Distanzscheiben (10) begrenzen die Vorspannung und damit die Handhebelkraft. Außerdem werden Toleranzen ausgeglichen. An diese Distanzscheiben (10) schließen sich die beiden Schenkel der Lagerung (3) an.

In dem der Spanneinrichtung (12) gegenüberliegenden Schenkel der Lagerung (3) ist die Welle (5) mit Hilfe einer Unterlag­ scheibe (9) und einer Sechskantmutter (6) gesichert. Der andere Schenkel der Lagerung (3) weist auf seiner der Spanneinrichtung (12) zugewandten Seite im Bereich seiner Öffnung einen zur Spanneinrichtung (12) hin gerichteten, umlaufenden Bund auf. Auf diesem Bund sitzt eines der beiden ringförmigen Nocken­ elemente der Spanneinrichtung (12), das beispielsweise mit dem Schenkel verschweißt ist. Die Welle (5) durchdringt dieses Nockenelement vollständig und ist stirnseitig mit einem Gegen­ nocken versehen, der mit Hilfe einer Verschraubung (16) an der Welle (5) befestigt ist. Der Gegennocken der Spanneinrichtung liegt mit entsprechenden Gegenflächen (14) an schrägen Flächen des an dem Schenkel starr angeordneten Nockenelementes an. Diese Flächen (14) bilden in Drehrichtung des Pfeils (26) schiefe Ebenen, durch die bei einer Drehung der Welle die Schenkel der Lagerung (3) und des Klemmelementes (2) in der geschilderten Weise zusammengedrückt werden. Um eine Drehung der Welle (5) zu erleichtern, ist an ihr ein Spannhebel (13) befestigt.

In Fig. 1 befindet sich die Spanneinrichtung (12) in ihrer ge­ lösten Stellung. Das Mantelrohr (1) kann daher axial verschoben werden. Jeder Fahrer kann somit die Lenksäule individuell für sich einstellen.

In Verlängerung eines U-Schenkels des Klemmelementes (2) ist oberhalb der Welle (5) ein mit dem U-Schenkel einstückiger laschenartiger Fortsatz, ein sogenannter Positionsschenkel (7) , vorgesehen, der einen Hebel zur Verschwenkung des Klemmelemen­ tes (2) um die Achse (5a) der Welle (5) bildet. Parallel zur Längsachse (1a) des Mantelrohrs (1) greift an diesem Positions­ schenkel (7) eine Sicherungsvorrichtung an, durch die das Klemmelement (2) um die Achse (5a) der Welle (5) bei gelöster Spanneinrichtung (12) in einer zum Mantelrohr lotrechten Verstellposition, einer sogenannten "O-Stellung", gesichert ist.

Die Sicherungsvorrichtung ist mittels einer Schraubverbindung (20) auf der Halterung (8) befestigt. Diese Halterung (8) be­ sitzt einen rohrförmigen Abschnitt, der das Mantelrohr (1) mit Spielsitz umgibt. Im einzelnen ist im Bereich des Positions­ schenkels (7) auf der Halterung (8) ein Lagerbock (22) mittels einer Schraube (20) befestigt. Dieser Lagerbock (22) lagert einen Anschlagbolzen (17), der zur Längsachse (1a) des Mantel­ rohrs (1) parallel verschiebbar ist. Auf seiner dem Positions­ schenkel (7) zugewandten Stirnseite ist der Anschlagbolzen (17) mit einem Kolben versehen, der an einer Verdickung des Positionsschenkels (7) anliegt. Bei gelöster Spanneinrichtung (12) wird daher das Klemmelement durch die Sicherungsvorrich­ tung in einer das Mantelrohr (1) für eine Längsverstellung freigebenden Verstellposition gehalten.

An seinem dem Kolben gegenüberliegenden Stirnende ist der Anschlagbolzen (17) mit einem Sicherungsring (19) versehen, der als Anschlag für den axialen Verschiebeweg des Anschlagkolbens (17) dient und das Klemmelement (2) in seiner "O"-Stellung positioniert. Die Position des Sicherungsrings (19) und damit die Position des Anschlagbolzens (17) ist so gewählt, daß im gelösten Zustand der Spanneinrichtung (12) das Klemmelement (2) lotrecht zum Mantelrohr (1) gehalten ist und damit eine axiale Verschiebung und Einstellung des Mantelrohrs (1) in einfacher Weise möglich ist. Durch diesen Sicherungsring (19) wird mithin verhindert, daß das Klemmelement (2) bei gelöster Spannein­ richtung (12) noch durch die Feder (24) gegen das Mantelrohr (1) verklemmt wird.

Um im gelösten Zustand der Spanneinrichtung (12) ein unge­ wolltes Verkanten des Klemmelementes (2) auf dem Mantelrohr (1) während einer axialen Verstellung des Mantelrohrs (1) durch einen Fahrer in Richtung des Pfeiles (29) und ein dadurch bewirktes Moment auf das Klemmelement (2) zu verhindern, greift am Positionsschenkel (7) eine zur Feder (24) entgegengerichtet wirkende Feder (18) an, die sich an einer rückseitigen Wandung des Lagerbocks (22) abstützt. Die beiden Federn (18) und (24) sind so ausgelegt, daß durch die bei der axialen Verstellung des Mantelrohrs (1) auftretenden Reibungskräfte bewirkte Momente aufgenommen werden, ohne ein Kippen des Klemmelementes (2) zuzulassen. Dadurch wird in gelöstem Zustand der Spannein­ richtung (12) die definierte Schwenk- und Verstellposition des Klemmelementes (2) bei axialen Verstellungen des Mantelrohrs (1) gesichert.

Kommen nun Belastungen in Richtung des Pfeiles (29) auf das Lenkrad, beispielsweise durch das Aufprallen eines Körpers, so bewirken die daraus resultierenden axialen Kräfte in Rich­ tung des Pfeiles (29) ein Verklemmen durch Verkanten des Klemm­ elementes (2) auf dem Mantelrohr (1). Dabei ergibt sich ein teilweiser Formschluß zwischen Klemmelement (2) und Mantelrohr (1), der bis zu größeren Verformungen von diesem führen kann. Ein Durchrutschen des Mantelrohrs (1) wird in jedem Fall, auch bei maximalen Kräften, verhindert. In gleicher Weise werden Belastungen in Richtung des Pfeiles (28) aufgefangen.

Die auf das Mantelrohr (1) maximal auftretenden axialen Kräfte sind in manchen Ländern durch Sicherheitsvorschriften, aber auch durch Erfahrungswerte festgelegt. Sicherheitsvorschriften fordern, daß sich das Mantelrohr beim Aufprall eines Prüf­ körpers auf das Lenkrad mit einer Kraft von etwa 11000 N in axialer Richtung nicht verschiebt. Nach Erfahrungswerten treten bei einem Frontalaufprall des Fahrzeugs auf das Mantelrohr in der umgekehrten Axialrichtung in den Fahrzeuginnenraum hinein Kräfte von etwa 4000 N bis 5000 N auf. Der übrige Teil der Frontalaufprallbelastungen wird durch die Deformation des Git­ terrohrs oder einer ähnlichen Sicherheitseinrichtung aufgenom­ men.

Claims (8)

1. Lagerung für ein Mantelrohr einer Lenksäule eines Kraft­ fahrzeugs, insbesondere eines Personenkraftwagens, mit einem das Mantelrohr umschließenden, U-förmigen Klemmelement, das mit Hilfe einer Spanneinrichtung radial zusammenziehbar und um eine rechtwinklig, aber in Abstand zu der Längsachse des Mantelrohrs verlaufende Achse schwenkbar angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Klemmelement (2) eine im wesentlichen ringförmige, nach innen ballige Innenkontur (21) aufweist und mittels eines Vorspannmechanismus in einer auf dem Mantelrohr (1) klemmenden, schräggestellten Schwenkposition gehalten ist.

2. Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (5a) in Abstand zur Außenkontur des Mantelrohrs (1) angeordnet ist.

3. Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (5a) einer Spannwelle (5) der Spanneinrichtung (12) als Schwenkachse dient.

4. Lagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Sicherungsvorrichtung zum Halten des Klemmelementes (2) bei gelöster Spanneinrichtung (12) in einer zur Längsachse (1a) des Mantelrohrs (1) rechtwinkligen Verstellposition vorgesehen ist.

5. Lagerung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß am Klemmelement (2) ein über die Achse (5) hinausragen­ der Positionsschenkel (7) vorgesehen ist, der an einem parallel zur Längsachse (1a) des Mantelrohrs (1) elastisch verschieb­ baren Anschlagbolzen (17) anliegt.

6. Lagerung nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine auf den Anschlagbolzen (17) wirkende Feder (24) vorgesehen ist, die ihn gegen den Positionsschenkel (7) drückt.

7. Lagerung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß am Anschlagbolzen (17) ein seinen axialen Verschiebeweg begrenzender Sicherungsring (19) angeordnet ist.

8. Lagerung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine entgegengesetzt zur Feder (24) auf den Positions­ schenkel (7) wirkende Feder (18) vorgesehen ist.