Lagervorrichtung, Verstellvorrichtung, verstellbare Lenksäule, Verfahren zum Herstellen einer Verstellvorrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lagervorrichtung für einen
Verstellantrieb einer Lenksäule.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Verstellvorrichtung für eine Lenksäule für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein Antriebselement, welches in einer Lageröffnung einer Lagervorrichtung drehbar um eine Drehachse gelagert ist, wobei die Lagervorrichtung in einem Lagersitz eines
Getriebegehäuses aufgenommen ist, wobei die Lagervorrichtung einen Stützabschnitt aufweist, der mit dem Lagersitz derart zusammenwirkt, dass der Stützabschnitt vorgespannt ist.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine verstellbare Lenksäule für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine mit einem Chassis eines
Kraftfahrzeugs verbindbare Trageinheit und eine an dieser gehaltenen Stelleinheit, welche eine Lenkspindel drehbar lagert, wobei die Position der Stelleinheit gegenüber der Trageinheit verstellbar ist, umfassend eine Verstellvorrichtung zum Wandeln einer Antriebsbewegung in eine auf die Stelleinheit übertragbare Verstell beweg ung, wobei die Verstellvorrichtung wirkmäßig mit der Trageinheit und der Stelleinheit verbunden ist.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Verstellvorrichtung für eine Lenksäule für ein Kraftfahrzeug.
Lenksäulen der eingangs genannten Art sind bekannt, welche eine mit dem Chassis des Kraftfahrzeugs verbindbare Trageinheit, beispielsweise in Form von Konsolenteilen, und eine an dieser Trageinheit gehaltene und gegenüber dieser Trageinheit verstellbare Stelleinheit umfassen. Die
Stelleinheit lagert eine Lenkspindel, welche zum Einleiten einer
Lenkbewegung von einem Lenkrad in ein Lenksystem zur Übertragung der Lenkbewegung auf ein lenkbares Rad dient.
Es ist bekannt, eine solche Stelleinheit gegenüber der Trageinheit mittels einer Verstellvorrichtung nach der eingangs genannten Art verstellbar auszulegen, um die Position eines an der Lenkspindel gehaltenen
Lenkrades an die jeweilige Sitzposition eines Fahrers des Kraftfahrzeuges anpassen zu können. Dabei ist es bekannt, eine Verstellbarkeit der Stelleinheit in Achsenrichtung bezüglich der Lenkspindel bereitzustellen, um eine Längsverstellung der Lenksäule zu erreichen. Weiterhin ist es bekannt, eine Höhenverstellung des Lenkrades durch ein Verschwenken der Stelleinheit gegenüber der Trageinheit zu ermöglichen.
Bekannte Verstellvorrichtungen nach der eingangs genannten Art werden typischerweise durch einen Elektromotor angetrieben, mittels welchen eine komfortable Verstellung der Stelleinheit gegenüber der Trageinheit erreicht werden kann und welche auch das wiederholte Anfahren vorgespeicherter Positionen ermöglichen, wenn mehrere Fahrer das Kraftfahrzeug bedienen.
Bei elektrisch verstellbaren Lenksäulen für Kraftfahrzeuge ist es notwendig, die Rotation des Antriebselements, also zum Beispiel die einer Motorwelle des Elektromotors, in eine translatorische Verstell beweg ung zum Verstellen der Stelleinheit gegenüber der Trageinheit zu erreichen. Sprich, es ist notwendig, eine Drehbewegung in eine translatorische Bewegung umzuwandeln. Dies erfolgt üblicherweise durch einen Gewindespindelantrieb einer Verstellvorrichtung der eingangs genannten Art, welcher ein auf einer
Motorwelle des Elektromotors angeordnetes Getrieberad sowie eine Spindelmutter und eine Spindel umfasst.
In einer Ausführungsform ist die Gewindespindel von dem Getrieberad bzw. der Motorwelle um ihre Gewindespindelachse drehend antreibbar, indem die Gewindespiel unverdrehbar mit einem mit dem Getrieberad der Motorwelle in Eingriff stehenden zweiten Getrieberad verbunden ist, und greift in die Spindelmutter ein, die an der Trageinheit oder alternativ an der Stelleinheit bezüglich einer Drehung um die Gewindespindelachse feststehend angebracht ist. In Richtung einer Gewindespindelachse stützt sich die Gewindespindel dabei an der Trageinheit oder der Stelleinheit ab, und die Spindelmutter entsprechend an der Stelleinheit oder alternativ an der Trageinheit, so dass ein rotatorischer Antrieb der Gewindespindel eine Verstell beweg ung der Spindelmutter hervorruft, wobei die Verstell beweg ung eine
translatorische Verstellung von Trageinheit und Stelleinheit relativ zueinander in Richtung der Gewindespindelachse bewirkt. Diese
Ausführung wird daher auch als Rotationsspindelantrieb bezeichnet. Das Getrieberad der Motorwelle kann dabei zum Beispiel als Schnecke
(Schneckenwelle) ausgestaltet sein, welche in ein Schneckenrad eingreift, mit welchem die Gewindespindel drehfest verbunden ist.
In einer alternativen Ausführungsform ist die Gewindespindel bezüglich einer Drehung um ihre Gewindespindelachse unverdrehbar mit der Trageinheit oder alternativ mit der Stelleinheit gekoppelt und die
Spindelmutter ist drehbar, aber in Richtung der Gewindespindelachse feststehend entsprechend an der Stelleinheit oder alternativ an der Trageinheit gelagert. Wie in der ersten Ausführungsform stützt sich in Richtung der Gewindespindelachse die Gewindespindel an der
Trageinheit oder an der Stelleinheit ab, und die Spindelmutter
entsprechend an der Stelleinheit oder an der Trageinheit, so dass die Gewindespindel in Richtung der Gewindespindelachse translatorisch verschiebbar ist, indem die Spindelmutter von dem Getrieberad bzw. der Motorwelle um die Gewindespindelachse drehend angetrieben wird. Diese Ausführung wird auch als Tauchspindelantrieb bezeichnet. Die
Spindelmutter, welche mit der Gewindespindel in Eingriff steht, kann dabei an ihrer Außenseite als Schneckenrad ausgebildet sein, in dessen
Verzahnung das als Schnecke ausgebildete Getrieberad der Motorwelle eingreift.
Eine Verstellvorrichtung der eingangs genannten ist zum Beispiel aus der DE 10 2017 206 551 A1 bekannt, bei der eine Schnecke, die auf einer Motorwelle befestigt ist, in ein Schneckenrad eingreift, also ein
Schneckengetriebe gebildet ist, so dass ein Tauchspindelantrieb oder ein Rotationsspindelantrieb durch eine Drehung der Motorwelle bzw. der Schnecke angetrieben wird, also die Drehbewegung der Motorwelle in eine lineare Verstellbewegung umgewandelt wird. Eine bekannte
Lagervorrichtung umfasst danach einen Gehäusedeckel, in dem die Motorwelle gelagert ist. Ein Nachteil des Stands der Technik äußert sich darin, dass bei einem Wechsel der Drehrichtung der Motorwelle bzw. der Schnecke, zum
Beispiel, wenn durch einen Fahrzeuglenker eine gewünschte Position der Stelleinheit iterativ ermittelt wird, indem die Stelleinheit durch Antreiben der bekannten Verstellvorrichtung vor- und sodann zurückbewegt und dies mehrere Male wiederholt wird, dies eine Auslenkung der Motorwelle von einer für den Antrieb der Verstellvorrichtung vorgegebenen, weil vorteilhaften Anordnung der Motorwelle sowie akustische Störgeräusche zur Folge hat. Sprich, die Lagerung der Motorwelle ist nachteilig.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Lagervorrichtung der eingangs genannten Art, eine Verstellvorrichtung der eingangs genannte Art, eine verstellbare Lenksäule der eingangs genannten Art und ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, durch die die Nachteile des Stands der Technik umgangen werden.
Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale der unabhängigen
Patentansprüche 1 , 10, 11 und 12. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe hinsichtlich der Lagervorrichtung gelöst, dass die Lagervorrichtung ein erstes Ende und ein diesem gegenüberliegendes zweites Ende, eine Lageröffnung zur drehbaren Lagerung eines Antriebselements des Verstellantriebs, die sich
ausgehend vom ersten Ende in die Lagervorrichtung hinein erstreckt zur Bildung eines Lagerabschnitts, umfasst, wobei eine Ausnehmung vorgesehen ist, die sich ausgehend vom zweiten Ende in die
Lagervorrichtung hinein erstreckt zur Bildung eines Stützabschnitts, wobei dieser mit dem Lagerabschnitt verbunden ist. Bevorzugt ist die
erfindungsgemäß Lagervorrichtung dabei als Lagerbüchse mit einem bevorzugt runden Querschnitt ausgebildet. Vorzugweise ist der
Querschnitt orthogonal zu einer Drehachse des Antriebselements angeordnet oder anordenbar,
Die erfindungsgemäße Lagervorrichtung ist insbesondere unter dem Aspekt vorteilhaft, dass das Antriebselement, zum Beispiel eine
Motorwelle eines Elektromotors, insbesondere eine solche Motorwelle mit einem Getrieberad, insbesondere einer Schnecke, gegenüber Störungen, wie zum Beispiel auf eine Verstellvorrichtung und/oder eine verstellbare Lenksäule, mit der die erfindungsgemäße Lagervorrichtung wirkmäßig
verbunden sein kann oder ist, wirkende Erschütterungen und/oder
Vibrationen, und/oder solchen Störungen, die bei einem Wechsel Richtung der Antriebsbewegung auftreten, robust gelagert ist. Denn, indem das Antriebselement dadurch insbesondere in dem angetriebenen Zustand vorgespannt gelagert ist, wird eine einer Auslenkung des
Antriebselements entgegenwirkende Lagerung bereitgestellt, so dass zum Beispiel ein vorgegebener, weil optimaler Eingriff des Antriebselements in ein Getriebeelement eines Spindeltriebs (Rotationsspindeltrieb und/oder Tauschspindelantrieb) in einer Vielzahl von Betriebszuständen erhalten bleibt, zum Beispiel, weil eine entsprechend große Vorspannkraft die genannte Auslenkung vollkommen oder nahezu vollkommen unterdrückt. Als Auslenkungen, denen auf diese Weise entgegengewirkt werden kann, kommen im Falle einer Ausgestaltung des Antriebselements als Welle, insbesondere eine Welle mit einem Getrieberad, wie zum Beispiel einer Schnecke, axiale und/oder radiale Auslenkungen in Betracht,
vorzugsweise axiale Auslenkungen, also Auslenkungen längs der
Längsachse der Welle, insbesondere einer Motorwelle. Bevorzugt wirkt die Vorspannkraft der axialen und/oder der radialen Auslenkung entgegen. Mit anderen Worten wirkt die Vorspannkraft in eine axiale Richtung und/oder in eine radiale Richtung bezogen auf der Längsachse der Welle, sprich in Richtung der Längsachse der Welle und/oder in eine Richtung orthogonal zur Längsachse/Rotationsachse der Welle.
Mit dem Begriff„angetriebener Zustand“ ist insbesondere gemeint, dass das Antriebselement durch ein Antriebsmittel, zum Beispiel einen
Elektromotor, insbesondere einen Stellmotor, angetrieben wird, also, dass es im Falle einer Ausgestaltung als Motorwelle eine Drehbewegung um eine entsprechende Wellenachse ausführt, also die Längsachse der Welle.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lagervorrichtung weist der Lagerabschnitt einen Bodenabschnitt auf. Bevorzugt weist der Bodenabschnitt einen Vorsprung auf, besonders bevorzugt einen konzentrischen Vorsprung. Dies ist vorteilhaft, weil das Antriebselement in einem angetriebenen Zustand den Bodenabschnitt über den Vorsprung kontaktierend ist, wonach sich ein dementsprechend mittlerer Reibdurchmesser reduziert, so dass die Reibung zwischen dem Antriebselement und der Lagervorrichtung reduziert wird. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn die Lagervorrichtung axial gegen das Antriebselement vorgespannt gelagert ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lagervorrichtung ist die Ausnehmung ringförmig ausgebildet.
Vorzugsweise umgibt die Ausnehmung danach die Lageröffnung ringförmig, bevorzugt sind die Ausnehmung und die Lageröffnung konzentrisch angeordnet oder anordenbar. Besonders bevorzugt ist die Ausnehmung derart ausgeformt, dass die Lagervorrichtung in einem Längsschnitt, zum Beispiel entlang einer Drehachse des
Antriebselements, W-förmig ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lagervorrichtung weist sie eine Wandstärke (s) auf, wobei die
Ausnehmung ein Volumen aufweist, dessen Wert größer ist als die kubische Wandstärke. Die kubische Wandstärke ist der Wert der Wandstärke dreimal mit sich selbst multipliziert. Vorzugsweise ist die Wandstärke eine maximale Wandstärke oder eine mittlere Wandstärke, besonders bevorzugt ist die Wandstärke eine minimale Wandstärke der Lagervorrichtung.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lagervorrichtung weist der Stützabschnitt zumindest einen Vorsprung auf.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lagervorrichtung sind die Projektion der Lageröffnung und der
Ausnehmung in eine Projektionsebene überdeckungsfrei zueinander. Mit anderen Worten: die projizierten Kanten der Ausnehmung und der Lageröffnung schneiden sich nicht und ragen nicht ineinander.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lagervorrichtung weist der Lagerabschnitt zumindest eine Vertiefung auf. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lagervorrichtung umfasst sie einen Kunststoff.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lagervorrichtung ist sie ein einstückiges integrales Bauteil.
Die Aufgabe wird hinsichtlich der eingangs genannten Verstellvorrichtung nach einem der beigefügten Ansprüche und/oder hier offenbarten
Ausführungsformen ausgebildet ist. Dies ist vorteilhaft, weil eine geräuscharme sowie präzise Umwandlung, zum Beispiel einer
Drehbewegung des Antriebselements, insbesondere im Falle einer Ausgestaltung als Motorwelle eines Elektromotors. Vorzugsweise ist das Antriebselement durch die erfindungsgemäße Lagervorrichtung elastisch vorgespannt gelagert. Indem das
Antriebselement elastisch vorgespannt gelagert ist, zum Beispiel durch ein Rückstellmittel, insbesondere ein Federelement, wird in vorteilhafterweise eine gegenüber einer Form- und/oder Gestaltänderung des
Antriebselements nachgiebige Lagerung des Antriebselements
bereitgestellt, so dass auch im Falle einer Form- und/oder
Gestaltänderung das Antriebselement durch eine durch eine elastische Vorspannung hervorgerufene Lagerkraft gelagert ist, bevorzugt durch eine radiale und/oder axiale Vorspannung hervorgerufene Lagerkraft gelagert ist. Sprich, das Antriebselement ist in einem gewissen Bereich hinsichtlich einer Form- und/oder Gestaltänderung des Antriebselements adaptiv gelagert, so eine sichere Lagerung für eine Vielzahl von Fällen
gewährleistet ist. Darüber hinaus werden mechanische Spannungen in dem Antriebselement bei einer Vergrößerung einer räumlichen
Ausdehnung des Antriebselements, zum Beispiel durch eine
Wärmeausdehnung, reduziert oder sogar vermieden. Mit Form- und/oder Gestaltänderung des Antriebselements ist insbesondere, aber nicht abschließend eine Form- und/oder Gestaltänderung aufgrund von
Feuchtigkeit und/oder Wärmeausdehnung und/oder Wärmeschrumpfung und/oder einer elastischen/plastischen/elastisch-plastischen Verformung und/oder eines Abriebs des Antriebselements gemeint.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das Antriebselement gegen eine
Auslenkung des Antriebselements rückstellend und/oder entgegenwirkend durch ein Rückstellmittel gelagert ist, insbesondere ein Federelement, insbesondere an und/oder in einem von dem Antriebsmittel beabstandeten Abschnitt des Antriebselements, also zum Beispiel einem motorfernen Abschnitt. Als Auslenkungen, denen auf diese Weise entgegengewirkt werden kann oder die sogar rückgestellt werden können, kommen im Falle einer Ausgestaltung des Antriebselements als Welle, insbesondere eine Welle mit einem Getrieberad, wie zum Beispiel einer Schnecke, axiale und/oder radiale Auslenkungen in Betracht, vorzugsweise axiale
Auslenkungen, also Auslenkungen längs der Längsachse der Welle, insbesondere einer Motorwelle.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Antriebsbewegung eine Drehbewegung um eine gedachte Drehachse und die Lagervorrichtung zum vorgespannten Lagern des Antriebselements längs der Drehachse ausgestaltet. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn das Antriebselement als Welle ausgestaltet ist, insbesondere eine Motowelle, weil dann einer Abweichung, insbesondere einer Auslenkung, vorzugsweise einer translatorischen Auslenkung, besonders bevorzugt einer axialen translatorischen Auslenkung, von der Drehbewegung in axialer Richtung entgegengewirkt wird. Insbesondere ist das Antriebselement nach dieser Maßnahme druckvorgespannt, vorzugsweise elastisch druckvorgespannt. Noch vorteilhafter ist es, wenn das Antriebselement derart vorgespannt, elastisch vorgespannt oder elastisch druckvorgespannt durch die erfindungsgemäße Lagervorrichtung gelagert ist, dass es gegen das Antriebsmittel, vorzugsweise einen Stellmotor, in dem angetriebenen Zustand gepresst (gedrückt) wird. Vorzugsweise befindet sich das
Antriebselement danach in einem im Wesentlichen axialen Druckzustand längs der Drehachse. Die Drehachse kann auch als Rotationsachse des Antriebselements bezeichnet werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform bildet der Lagerabschnitt der Lagervorrichtung ein Lagermittel zum gleitenden Lagern des
Antriebselements, insbesondere ein als Radiallager ausgestaltetes Lagermittel zum gleitenden Lagern des Antriebselements. Dies ist vorteilhaft, weil durch diese Maßnahme zum Beispiel ein wälzkörperfreies Radiallager, insbesondere ein Gleitlager, bereitgestellt wird, welches im Falle einer Ausgestaltung des Antriebselements als Welle, einer radialen Auslenkung durch einen Formschluss mit der Welle, vorzugsweise eine Motorwelle eines Elektromotors, realisiert werden kann, zum Beispiel ist ein die Welle lagernder Abschnitt oder Bereich eines Gleitlagers als eine
die Welle dort räumlich-körperlich umgebende Hülse und/oder Buchse ausgestaltet, also vorzugsweise als Hohlzylinder oder als Napf mit einem Bodenabschnitt und einem Sackloch.
Es kommen insbesondere Gleitlager zur Festkörperreibung,
Flüssigkeitsreibung oder einer entsprechenden Mischreibung in Betracht. Als Material(ien) für ein solches als Gleitlager ausgebildeten
Lagervorrichtung kommen insbesondere ein oder mehrere Kunststoffe in Betracht, aber auch ergänzend oder alternativ eine oder mehrere
Keramiken und/oder Graphit und/oder ein oder mehrere Sintermetalle. Besonders bevorzugt ist die Lagervorrichtung aus einem Kunststoff gebildet. Insbesondere handelt es sich bei der Lagervorrichtung um ein Spritzgussteil.
In vorteilhafter Weiterbildung ist die Lagervorrichtung kraftschlüssig gegenüber dem Antriebselement anordenbar, insbesondere in einem die Lagervorrichtung zumindest teilweise aufnehmenden Lagersitz eines von der Verstellvorrichtung umfassten Gehäuses, so dass das
Antriebselement zusätzlich und/oder ergänzend aufgrund einer
entsprechenden Reibkraft durch die Lagervorrichtung gegen eine
Auslenkung von einer vorgegebenen Position des Antriebselements entgegenwirkend oder zumindest demgegenüber hemmend gelagert ist. Dies wird vor allem durch den Stützabschnitt der Lagervorrichtung realisiert. Danach lässt sich ferner die Lagervorrichtung von dem genannten Gehäuse, welches dem Getriebegehäuse entspricht, umfassten Lagersitz ohne weitere Maßnahmen zum Zusammenwirken mit dem Antriebselement anordnen, also montieren. Indem die
Lagervorrichtung kraftschlüssig gegenüber dem Antriebselement anordenbar ist, ist das Antriebselement insoweit auch beweglich gelagert, insbesondere im Falle einer Ausgestaltung des Antriebselements als
Motorwelle. Bevorzugt ist der Lagersitz als Öffnung, besonders bevorzugt als zumindest abschnittweise kreiszylindrische Öffnung bzw. Bohrung ausgebildet.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist die Lagervorrichtung elastisch verformbar, insbesondere der Stützabschnitt, so dass es sich im Wesentlichen elastisch reversibel in dem genannten Lagersitz lagern lässt. Danach lässt sich beispielsweise die Lagervorrichtung zum Beispiel in radialer Richtung elastisch Vorspannen, so dass die Lagervorrichtung in einem montierten Zustand durch eine entsprechende, die elastische Verformung zurückstellende Kraft, zum Beispiel gegen eine
Innenwandung eines für die Montage die Lagervorrichtung vorgesehenen Lagersitzes gepresst wird. Daran ist ferner vorteilhaft, dass die
Lagervorrichtung in dem Lagersitz gegenüber dem als Motorwelle ausgestalteten Antriebselement in radialer Richtung selbstzentrierend ist bzw. selbstzentrierend ausgestaltet ist.
In einer alternativen Ausführungsform ist die Lagervorrichtung zum
Versorgen eines zwischen der Lagervorrichtung und dem Antriebselement gebildeten Kontaktbereichs mit Schmiermittel ausgestaltet ist. Danach weist die Lagervorrichtung in einem zum Lagern des Antriebselements vorgesehenen Abschnitt vorzugsweise eine oder mehrere Ausnehmungen auf, insbesondere weist der Lagerabschnitt danach die beschriebene Vertiefung auf, vorzugsweise kanalförmige Ausnehmungen, insbesondere eine oder mehrere Nuten oder Taschen, zur Bevorratung und/oder zum Transport von Schmiermittel an und/oder in dem Kontaktbereich auf, so dass der Kontaktbereich bei der Ausführung der Antriebsbewegung mit Schmiermittel versorgt wird, was einen reibungsarmen und damit wartungs- und verschleißarmen Betrieb der erfindungsgemäßen
Lagervorrichtung in vorteilhafterweise zur Folge hat. Danach kann der
Lagerabschnitt auch sogenannte Schmiertaschen aufweisen. Bevorzugt ist das Schmiermittel als Fett ausgebildet.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Lagervorrichtung gegen das Antriebselement vorspannbar gelagert. Dies ist vorteilhaft, weil dadurch das Antriebselement in dem angetriebenen Zustand durch und/oder über die Lagervorrichtung vorgespannt gelagert ist, so dass das Antriebselement durch Aufbringen einer entsprechenden Vorspannkraft weiterhin durch die Lagervorrichtung, insbesondere reibungsarm gelagert ist. Vorzugsweise ist die Lagervorrichtung dabei in axialer Richtung gegen das als Motorwelle ausgestaltete Antriebselement gelagert, so dass es besonders bevorzugt gegen eine Stirnseite einer solchen Welle an einem von dem Antriebsmittel, insbesondere einem Stellmotor, beabstandeten (fernen) Abschnitt der Motorwelle gepresst wird. Vorzugsweise ist die Lagervorrichtung dabei elastisch vorspannbar gelagert, also im Sinne einer Feder, in dem der Stützabschnitt durch das Fügen in den Lagersitz vorgespannt ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist ein elastisch
vorspannbares Spannmittel zum Vorspannen der Lagervorrichtung gegen das Antriebselement auf. Dies ist vorteilhaft, weil dadurch einerseits eine für die Lagerung des Antriebselements geeignete Lagerung vorgesehen werden kann und andererseits durch das Spannmittel ein für das
Entgegenwirken gegen eine Auslenkung des Antriebselements
angepasste und damit optimierte Maßnahme vorgesehen werden kann, nämlich durch eine entsprechende Ausgestaltung des Spannmittels.
Bevorzugt ist das Spannmittel ringförmig, zum Beispiel als Vorspannring oder Haltering, oder scheibenförmig, zum Beispiel als Vorspannscheibe oder Haltescheibe, ausgeformt. Dies ist vor allem dann vorteilhaft, wenn das Spannmittel mit der Lagervorrichtung Zusammenwirken soll.
Es ist ferner vorteilhaft, wenn das Spannmittel mindestens eine
Auswölbung aufweist. Die Auswölbung wirkt dabei in besonders
vorteilhafterweise wie ein Federelement, durch das eine Vorspannkraft auf das Antriebselement ausgeübt werden kann, zum Beispiel im Sinne einer Tellerfeder. Darüber hinaus können über eine elastische Verformung der Auswölbung besonders gut Längenänderungen des Antriebselements kompensiert werden, insbesondere in axialer Richtung im Falle einer Ausgestaltung des Antriebselements als Motorwelle. Es ist insbesondere vorteilhaft, wenn die Auswölbung das Antriebselement und/oder die Lagervorrichtung mit einer durch die Form der Auswölbung definierten konvexen Seite kontaktiert bzw. kontaktierend anordenbar ist. Alternativ oder zusätzlich kann bevorzugt das Spannmittel als zungenartige
Vorsprünge ausgebildet sein oder solche umfassen, die beim Fügen in den Lagersitz elastisch vorgespannt werden. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das Spannmittel selbstarretierend ausgestaltet. Dies ist vorteilhaft, weil das Spannmittel zum Beispiel in einem Lagersitz zum Aufbringen einer Vorspannkraft in einer vorgegebenen Position anordenbar ist, ohne dass konstruktive oder sonstige Maßnahmen hinsichtlich des Lagersitzes vorgesehen werden müssen, um das Spannmittel dort zu montieren. Dies wird zum Beispiel dadurch realisiert, dass das Spannmittel quer zu einer Richtung, entlang der die Vorspannkraft aufgebracht werden soll bzw. aufbringbar ist, zum Beispiel eine Vorspannkraft für einen axial-elastisch Druckzustand des Antriebselements im Falle einer Ausgestaltung als Motorwelle,
kraftschlüssig angeordnet bzw. anordenbar ist und/oder aufgrund einer Oberflächenstruktur des Spannmittels mit dem genannten Lagersitz mechanisch verankert ist bzw. mechanisch verankerbar ist. Eine mechanische Verankerung ist dadurch realisierbar, dass das Spannmittel
in einem montierten Zustand aufgrund einer sich zurückstellenden elastischen Verformung des Spannmittels gegen einen Lagersitz gepresst wird, insbesondere radial, wobei es insbesondere vorteilhaft ist, wenn das Spannmittel zum Beispiel aufgrund einer entsprechenden Materialwahl und/oder radialen Vorspannkraft teilweise in eine Innenwandung des Lagersitzes eindringt, also wenn das Spannmittel zumindest in einem für die Montage in dem Lagersitz vorgesehenen Bereich eine höhere Härte (zum Beispiel nach Vickers) aufweist als ein korrespondierender Bereich des Lagersitzes. Eine für ein solches Verkrallen und/oder Verankern besonders gut geeignete Oberflächenstruktur des Spannmittels ist mäanderförmig. Diese Ausführungsform ist insbesondere unter dem Aspekt vorteilhaft, dass das Spannmittel als Ring oder Scheibe
ausgeformt und der genannte Lagersitz hohlzylindrisch ausgeformt ist. Alternativ kann das Spannmittel radial vorstehende Haltezungen aufweisen, die radial vorgespannt sind, wenn das Spannmittel in den Lagersitz aufgenommen ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Lagervorrichtung einen Kontaktabschnitt zum kraftschlüssigen Kontaktieren mit einem zum Lagern der Lagervorrichtung vorgesehenen Stützabschnitt auf, wobei an einem Außenumfang des Kontaktabschnitts mindestens ein Vorsprung vorgesehen ist. Dies ist vorteilhaft, weil sich die Lagervorrichtung zum Beispiel in einem von einem Gehäuse, dem Getriebegehäuse, umfassten Lagersitz ohne weitere Maßnahmen zum Zusammenwirken mit dem Antriebselement anordnen lässt, also insbesondere montieren lässt.
Ferner lässt sich die Lagervorrichtung danach erst ab dem Überschreiten einer auf Grund des vorhandenen Übermaßes vorgegebenen Reibkraft in eine axiale Richtung bezüglich einer Auslenkung des Antriebselements verschieben, insbesondere, wenn das Antriebselement als Motorwelle
eines Elektromotors ausgestaltet ist. Der Vorsprung oder die Vorsprünge können dabei insbesondere durch ein in und/oder an dem Außenumfang gedrehtes Gewinde mit einem oder mehreren Gewindegängen und/oder durch eine Rändelung, insbesondere im Falle eines als Radiallager, insbesondere Gleitlager, ausgestalteten Lagermittels eine entsprechende Längsrändelung (in axiale Richtung des Radiallagers erstreckend) und/oder Querrändelung (in Umfangsrichtung des Radiallagers erstreckend), gebildet sein oder durch eine Kombination davon. Alternativ und/oder ergänzend können der Vorsprung oder die Vorsprünge auch noppenartig ausgeformt sein. Ein Vorteil der beschriebenen Vorsprünge (Gewinde und/oder Rändelung und/oder noppenartig) besteht darin, dass die Lagervorrichtung zum Beispiel mit einer konstanten Kraft verschoben werden kann, insbesondere in axiale Richtung bezüglich des als
Motorwelle ausgestalteten Antriebselements, so dass ein Lagerspiel über eine entsprechende Kraftsteuerung eingestellt werden kann. Die genannten Vorsprünge können sich insbesondere teilweise oder vollständig elastisch, plastisch oder elastisch-plastisch im montierten Zustand der Lagervorrichtung verformen. Der Stützabschnitt kann insbesondere als Federbalken ausgeformt sein. Bevorzugt kann durch den Vorsprung oder die Vorsprünge eine radiale Vorspannkraft auf das Antriebselement bereitgestellt werden. Dank dem zumindest einen Vorsprung ist die Lagervorrichtung radial vorgespannt, wenn dieses in dem Lagersitz aufgenommen ist, wobei die
Lagervorrichtung einen Hüllkreisdurchmesser aufweist, der größer ist als der Durchmesser des Lagersitzes. Somit wird bevorzugt bei der Montage der Lagervorrichtung im Lagersitz das Lagermittel radial vorgespannt, so dass das Lagermittel ein Auslenken des Antriebselements in radialer Richtung entgegenwirkt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lagervorrichtung ist das Spannmittel in einem gespannten Zustand eine Vorspannkraft auf den Kontaktabschnitt ausübend. Dies ist vorteilhaft, weil dadurch eine durch die Vorspannkraft, insbesondere in axialer Richtung, hervorgerufene Reibkraft gegenüber dem Antriebselement reduziert wird, insbesondere im Falle einer Ausgestaltung des Antriebselements als Motorwelle.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann es vorgesehen sein, dass das Spannmittel so mit dem Stützabschnitt zusammenwirkt, dass eine Vorspannkraft in radialer Richtung und in axialer Richtung in die Lagervorrichtung eingetragen ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das Spannmittel in einem gespannten Zustand eine Vorspannkraft, bevorzugt eine radiale und/oder axiale Vorspannkraft, auf einen das Antriebselement zumindest teilweise aufnehmenden Stützabschnitt der Lagervorrichtung ausübend ist. Dies ist vorteilhaft, weil dadurch die effektiv auf das Antriebselement wirkende Vorspannkraft maximiert wird.
Die Aufgabe wird hinsichtlich der eingangs genannten verstellbaren Lenksäule dadurch gelöst, dass die Verstellvorrichtung eine Bauteilgruppe nach einem der beigefügten Ansprüche und/oder nach hier offenbarten Ausführungsformen ausgebildet ist. Dies ist vorteilhaft, weil eine
geräuscharme sowie präzise Umwandlung, zum Beispiel einer
Drehbewegung des Antriebselements, insbesondere im Falle einer Ausgestaltung als Motorwelle eines Elektromotors, auf die Stelleinheit realisiert wird, so dass die Verstellbewegung in verbesserter Weise auf die Stelleinheit durch Bedienen der Verstellvorrichtung übertragen wird, was den Bedienkomfort der Lenksäule insgesamt erhöht.
Die Aufgabe wird hinsichtlich des eingangs genannten Verfahrens dadurch gelöst, dass zumindest die folgenden Schritte durchgeführt werden: a) Bereitstellen eines zur Ausführung der Antriebsbewegung antreibbaren Antriebselement; b) Bereitstellen einer Lagervorrichtung zum vorgespannten Lagern des Antriebselements nach einem der beigefügten Ansprüche und/oder hier offenbarten Ausführungsformen; c) Bereitstellen eines Getriebegehäuses, umfassend einen Lagersitz; d) Positionieren des Antriebselements relativ zum Lagersitz und Fügen der Lagervorrichtung in den Lagersitz, so dass das Antriebselement durch die Lagervorrichtung vorgespannt gelagert wird.. Dies ist vorteilhaft, weil dadurch eine
Verstellvorrichtung hergestellt wird, zum Beispiel bestehend aus einer Motorwelle und einer erfindungsgemäßen Lagervorrichtung, wobei das Antriebselement, insbesondere im Falle einer Ausgestaltung als
Motorwelle eines Elektromotors, gegenüber einer Auslenkung des
Antriebselements entgegenwirkend gelagert ist, insbesondere für den Fall, dass das Antriebselement in dem angetriebenen Zustand befindlich ist.
Die Schritte a) und b) können selbstverständlich in beliebiger Reihenfolge durchgeführt werden. Vorzugsweise wird in Schritt d) ein kraftgesteuertes Vorspannen durchgeführt. Vorzugsweise wird in Schritt d) ein Spannring dazu verwendet, dass die Lagervorrichtung gegen das Antriebselement vorgespannt gelagert wird, indem der Spannring in dem Lagersitz derart angeordnet ist, dass er eine axiale Vorspannkraft auf ein Ende der
Lagervorrichtung in Richtung auf das Antriebselement zu ausübt.
Wird das Antriebselement zudem elastisch vorgespannt, wird in
vorteilhafterweise eine gegenüber einer Gestalt- und/oder Formänderung des Antriebselements nachgiebige Lagerung hergestellt. Ferner wird
durch diese Maßnahme eine einer Auslenkung des Antriebselements zurückstellende Lagerung bereitgestellt.
Vorzugsweise wird das Antriebselement in Schritt d) bezüglich der Antriebsbewegung, die zum Beispiel eine Drehbewegung um eine gedachte Drehachse ist, längs der Drehachse vorgespannt, besonders bevorzugt elastisch vorgespannt gelagert, noch bevorzugter
druckvorgespannt bzw. elastisch druckvorgespannt wird. Noch
vorteilhafter ist es, wenn das Antriebselement derart vorgespannt gelagert wird, dass es elastisch vorgespannt oder elastisch druckvorgespannt gelagert ist, dass es gegen das Antriebsmittel, vorzugsweise einen Stellmotor, in dem angetriebenen Zustand gepresst (gedrückt) wird.
Vorzugsweise befindet sich das Antriebselement während und/oder nach Schritt b) in einem im Wesentlichen axialen Druckzustand längs der Drehachse. In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens wird die Lagervorrichtung in Schritt b) mit einem zum gleitenden Lagern des Antriebselements vorgesehene Lagervorrichtung bereitgestellt und das Antriebselement in Schritt d) durch die
Lagervorrichtung gelagert. Nach dieser Maßnahme wird eine
Lagervorrichtung in und/oder an dem Antriebselement, zum Beispiel, wenn das Antriebselement als Motorwelle eines Elektromotors
ausgestaltet ist, an einem vom Elektromotor beabstandeten Ende der Motorwelle positioniert, so dass die Lagervorrichtung einen entsprechend zu lagernden Abschnitt des Antriebselements lagernd aufnimmt.
Vorzugsweise wird die Lagervorrichtung dabei kraftschlüssig angeordnet, so dass es im Falle eines Überschreitens einer Auslenkung des
Antriebselements über einen vorgegebenen Wert hinaus beweglich gelagert wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in Schritt b) die Lagervorrichtung mit einem elastisch vorspannbaren Spannmittel bereitgestellt und in Schritt d) das Vorspannen durch ein Spannen des Spannmittels gegen die Lagervorrichtung durchgeführt. Dies ist vorteilhaft, weil eine Verstellvorrichtung derart hergestellt wird, dass in dem Lagersitz, der das Antriebselement räumlich zumindest teilweise umschließt, zuerst die Lagervorrichtung an dem Antriebselement zum Lagern des Antriebselements positioniert wird und sodann das Spannmittel in dem Lagersitz positioniert wird, und sodann, vorzugsweise kraftgesteuert, vorgespannt wird, sodass die
Lagervorrichtung gegen das Antriebselement elastisch vorgespannt wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in Schritt d) das Antriebselement angetrieben. Dies ist vorteilhaft, weil in vorteilhafterweise ein an den angetriebenen Zustand des Antriebselements angepasstes Lagerspiel eingestellt werden kann. Vorzugsweise wird das Antriebselement durch einen Elektromotor angetrieben.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in Schritt d) das (weitere) Vorspannen beendet, wenn eine Betriebsgröße eines Antriebsmittels einen vorgegebenen Wert erreicht Bei dem vorgegebenen Wert der Betriebsgröße kann es sich um eine elektrische Stromstärke und/oder eine elektrische Spannung und/oder ein Bremsmoment eines Elektromotors, insbesondere eines Stellmotors, handeln. Damit wird in vorteilhafterweise ein an den angetriebenen Zustand des Antriebselements angepasstes Lagerspiel eingestellt.
Die Aufgabe wird hinsichtlich der Verstellvorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Lagervorrichtung nach einem der beigefügten Ansprüche und/oder der hier offenbarten Ausführungsformen ausgebildet ist. . Die Verstellvorrichtung umfasst also eine
erfindungsgemäße Lagervorrichtung und ein Antriebselement,
insbesondere eine Motorwelle eines Elektromotors. Dadurch wird in vorteilhafterweise eine Verstellvorrichtung mit einer verbesserten
Lagerung des Antriebselements bereitgestellt. Vorzugsweise umfasst die erfindungsgemäße Verstellvorrichtung einen oder mehrere Wälzkörper, wobei der oder die Wälzkörper zwischen dem Lagerabschnitt und dem Antriebselement angeordnet sind. Die Wälzkörper sind somit zumindest teilweise innerhalb der Lageröffnung angeordnet. Bevorzugt sind die Wälzkörper in einem Käfig aufgenommen. Die Wälzkörper sind bevorzugt als Nadeln oder als Zylinderrollen ausgebildet. Alternativ können auch Kugeln als Wälzkörper zum Einsatz kommen.
Die Erfindung wird in einer bevorzugten Ausführungsform unter
Bezugnahme auf eine Zeichnung beispielhaft beschrieben, wobei weitere vorteilhafte Einzelheiten den Figuren der Zeichnung zu entnehmen sind.
Funktionsmäßig gleiche Teile sind dabei mit denselben Bezugszeichen versehen.
Die Figuren der Zeichnung zeigen im Einzelnen:
Figur 1 : eine schematische perspektivische Darstellung einer
erfindungsgemäßen Lenksäule;
Figur 2: die Lenksäule aus Figur 1 in einer schematischen
perspektivischen Seitenansicht;
Figur 3: die Lenksäule aus Figur 1 in einer weiteren schematischen perspektivischen Seitenansicht;
Figur 4: eine erfindungsgemäße Verstellvorrichtung der
erfindungsgemäßen Lenksäule gemäß den Figuren 1 bis 3; Figur 5: die Verstellvorrichtung gemäß Figur 4 in einer teilweisen
Explosionsdarstellung;
Figur 6: die Verstellvorrichtung gemäß Figur 4 in einer teilweise
unterbrochenen Ansicht;
Figur 7: einen Querschnitt durch die Verstellvorrichtung gemäß Figur 4; Figur 8: eine erfindungsgemäße Lagervorrichtung in einer
perspektivischen Darstellung nach einer ersten
Ausführungsform des Gleitlagers;
Figur 9: die Lagervorrichtung gemäß Figur 8 in Draufsicht von vorne gemäß der Darstellung in Figur 8; Figur 10: einen Querschnitt durch die Lagervorrichtung gemäß Figur 8;
Figur 11 : einen Querschnitt durch eineerfindungsgemäßen
Lagervorrichtung in einer zweiten Ausführungsform;
Figur 12: eine erfindungsgemäße Lagervorrichtung in einer
perspektivischen Darstellung in einer dritten Ausführungsform; Figur 13: einen Querschnitt durch die Lagervorrichtung gemäß Figur 12;
Figur 14: einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße
Verstellvorrichtung der erfindungsgemäßen Lenksäule gemäß
den Figuren 1 bis 3 bei der eine erfindungsgemäße
Lagervorrichtung nach einer weiteren Ausführungsform montiert ist;
Figur 15: einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße
Lagervorrichtung nach einer vierten Ausführungsform;
Figur 16: einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße
Lagervorrichtung nach einer fünften Ausführungsform;
Figur 17: einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße
Lagervorrichtung nach einer sechsten Ausführungsform.
Figur 1 zeigt eine Lenksäule 1 nach der Erfindung in einer schematischen perspektivischen Ansicht von oben rechts schräg auf das hintere Ende, bezogen auf die Fahrtrichtung eines nicht dargestellten Fahrzeugs, wo ein hier nicht dargestelltes Lenkrad im Bedienungsbereich gehalten wird. Figuren 2 und 3 zeigen die Lenksäule 1 nach der Erfindung in
verschiedenen perspektivischen Seitenansichten.
Die Lenksäule 1 nach der Erfindung umfasst eine Trageinheit 100, welche als Konsole ausgebildet ist, die Befestigungsmittel 102 in Form von Befestigungsbohrungen aufweist zur Anbringung an einer nicht
dargestellten Fahrzeug-Karosserie. Von der Trageinheit 100 wird eine Stelleinheit 16 gehalten, die in einer Manteleinheit 104 - auch als
Führungskasten oder Kastenschwinge bezeichnet - aufgenommen ist.
Die Stelleinheit 16 weist ein Mantelrohr 12 auf, in dem eine
Lenkspindel 14 um eine Längsachse L drehbar gelagert ist, die sich axial in Längsrichtung, d.h. in Richtung der Längsachse L, erstreckt. Am hinteren Ende ist an der Lenkspindel 14 ein Befestigungsabschnitt 141
ausgebildet, an dem ein nicht dargestelltes Lenkrad anbringbar ist. Am vorderen Ende ist die Lenkspindel 14 mit einer Gabel eines
Universalgelenks 35 drehmomentenschlüssig verbunden.
Die Stelleinheit 16 ist zur Realisierung einer Längsverstellung in der Manteleinheit 104 in Richtung der Längsachse L teleskopartig
verschiebbar aufgenommen, um das mit der Lenkspindel 14 verbundene Lenkrad relativ zur Trageinheit 100 in Längsrichtung vor und zurück positionieren zu können, wie mit dem Doppelpfeil Y parallel zur
Längsachse L angedeutet. Die Manteleinheit 104 ist in ihrem vorderen Endbereich um eine quer zur Längsachse L liegende, horizontale Schwenkachse 106 verschwenkbar in einem Schwenklager 22 an der Trageinheit 100 gelagert. Im hinteren Bereich ist die Manteleinheit 104 über einen drehbaren Stellhebel 181 mit der Trageinheit 100 verbunden. Durch eine Drehbewegung des
Stellhebels 181 mittels einer dargestellten Verstellvorrichtung 2’ nach der Erfindung (siehe Seitenansichten der Figuren 2 und 3) kann die
Manteleinheit 104 relativ zur Trageinheit 100 um die im Einbauzustand waagerecht liegende Schwenkachse 106 verschwenkt werden, wodurch eine Verstellung eines an dem Befestigungsabschnitt 141 angebrachten Lenkrads in Höhenrichtung Z vorgenommen werden kann, was mit dem Doppelpfeil Z angedeutet ist.
Eine erste Verstellvorrichtung 2 nach der Erfindung zur Längsverstellung der Stelleinheit 16 relativ zur Manteleinheit 104 in Richtung der
Längsachse L weist einen Spindeltrieb mit einer Spindelmutter 51 mit einem Innengewinde auf, in das eine sich längs der Gewindespindelachse Gewindespindel 4 eingreift, also mit ihrem Außengewinde in das korrespondierende Innengewinde der Spindelmutter 51 eingeschraubt ist.
Die Gewindespindelachse der Gewindespindel 4 verläuft im Wesentlichen parallel zur Längsachse L.
Die Spindelmutter 51 ist um die Gewindespindelachse in einem Getriebe drehbar in einem Getriebegehäuse 34 gelagert, welches fest mit der Manteleinheit 104 verbunden ist. In Richtung der Gewindespindelachse, die im Folgenden auch gleichbedeutend als Getriebeachse bezeichnet wird, ist die Spindelmutter 51 axial über das Getriebegehäuse 34 an der Manteleinheit 104 abgestützt, wie weiter unten noch näher erläutert wird.
Die Gewindespindel 4 ist mit einem an ihrem hinteren Ende ausgebildeten Befestigungselement 54 über ein Übertragungselement 120 mit der Stelleinheit 16 verbunden, und zwar fest in Richtung der
Gewindespindelachse bzw. der Längsachse L und feststehend bezüglich einer Drehung um die Gewindespindelachse. Durch die drehend antreibbare Spindelmutter 51 und die bezüglich einer Drehung
feststehende Gewindespindel 4 wird ein sogenannter Tauchspindelantrieb realisiert.
Das Übertragungselement 120 erstreckt sich von der Stelleinheit 16 durch eine schlitzförmige Durchgangsöffnung 110 in der Manteleinheit 104. Zur Verstellung der Lenksäule 1 nach der Erfindung in Längsrichtung kann das Übertragungselement 120 frei in der Durchgangsöffnung 110 in Längsrichtung entlangbewegt werden.
Die Verstellvorrichtung 2 nach der Erfindung weist einen elektrischen Stellmotor 20 auf, von dem die Spindelmutter 51 bezüglich der
Gewindespindelachse relativ zur in Rotationsrichtung feststehenden Gewindespindel 4 drehend antreibbar ist. Dadurch kann - je nach
Drehrichtung des Stellmotors 20 - die Gewindespindel 4 translatorisch relativ zur Spindelmutter 51 verlagert werden, so dass entsprechend die
mit der Gewindespindel 4 verbundene Stelleinrichtung 16 relativ zu der mit der Spindelmutter 51 verbundenen Manteleinheit 104 in Richtung der Längsachse L verstellt wird.
In den Figuren 2 und 3 ist besonders gut erkennbar, wie die zweite
Verstellvorrichtung 2’ nach der Erfindung zur Verstellung in
Höhenrichtung Z an der Lenksäule 1 nach der Erfindung angebracht ist. Diese Verstellvorrichtung 2’ nach der Erfindung umfasst eine
Spindelmutter 3’, in deren Innengewinde längs einer
Gewindespindelachse eine Gewindespindel 4’ eingreift. Die
Verstellvorrichtung 2‘ nach der Erfindung weist ein Getriebe auf, in dem die Gewindespindel 4’ in einem Getriebegehäuse 34’, welches an der Manteleinheit 104 befestigt ist, um eine entsprechende
Gewindespindelachse, drehbar gelagert und axial, in Richtung der
Gewindespindelachse, an der Manteleinheit 104 abgestützt ist. Von einem elektrischen Stellmotor 20’ ist die Gewindespindel 4’ wahlweise in beide Rotationsrichtungen um die Gewindespindelachse drehend antreibbar.
Die Spindelmutter 3’ ist bezüglich einer Drehung um die
Gewindespindelachse feststehend an einem Ende des zweiarmigen Stellhebels 181 angebracht, der um einen Verschwenkmechanismus 18 drehbar um eine Gelenkachse 183 an der Trageinheit 100 gelagert ist, und dessen anderer Arm mit dem anderen Ende mit der Manteleinheit 104 verbunden ist. Die Spindelmutter 3‘ ist dabei über ein Gelenk 182 mit einem Stellhebel 181 verbunden. Der Stellhebel 181 ist verschwenkbar in einer Gelenkachse 183 an der Manteleinheit 104 und in einer
Gelenkachse 184 an der Trageinheit 100 befestigt. Dadurch wird erreicht, dass über die Gewindespindel 4‘ eine entsprechende Verstellung auf den Verschwenkmechanismus 18 und damit auf die Stelleinheit 16 und der Manteleinheit 104 aufgebracht wird. Für einen erforderlichen
Längenausgleich ist in einem der Gelenke eine entsprechende
Ausgleichsfunktion integriert. Im Beispiel ist dies durch eine
Langlochaufnahme eines die Schwenkachse 106 bildenden Bolzens in dem Schwenklager 22 realisiert. Durch Drehung der Gewindespindel 4‘ kann - je nach Drehrichtung des Stellmotors 20‘ - die Spindelmutter 3’ in Richtung der
Gewindespindelachse translatorisch relativ zur Gewindespindel 4’ verlagert werden, so dass entsprechend die über den Stellhebel 181 mit der Spindelmutter 3’ verbundene Manteleinheit 104 samt der darin aufgenommenen Stelleinheit 16 relativ zu der Trageinheit 100 in
Höhenrichtung Z auf oder ab verstellt werden kann, wie mit dem
Doppelpfeil Z angedeutet und zwar ist die Stelleinheit 16 und die
Manteleinheit 104 um die Schwenkachse 106 relativ zur Trageinheit 100 verschwenkbar. Durch die drehend antreibbare Gewindespindel 4’ und die bezüglich einer Drehung feststehende Spindelmutter 3’ wird ein sogenannter Rotationsspindelantrieb realisiert.
Die Spindeln 4 und 4‘ weisen jeweils einen mechanischen Endanschlag 5 auf, um jeweils einen vordefinierten Verstellbereich sicherzustellen.
Die Verstellvorrichtungen 2 und 2‘ nach der Erfindung unterscheiden sich im Wesentlichen nur dadurch, dass in dem Getriebegehäuse 34 die
Spindelmutter 51 drehbar, in axialer Richtung fest gelagert ist, und in dem Getriebegehäuse 34‘ die Gewindespindel 4‘, um die entsprechende Gewindespindelachse drehbar, in axialer Richtung fest gelagert ist.
Im Folgenden werden anhand der Figuren 4 bis 14 die Merkmale der Verstellvorrichtung 2, die als Tauschspindelantrieb ausgebildet ist, nach der Erfindung sowie einer Lagervorrichtung nach der Erfindung erläutert, wobei die Merkmale auf die Ausgestaltung der als Rotationspindelantrieb
ausgebildeten Verstellvorrichtung 2‘ nach der Erfindung dadurch übertragen werden können, dass anstatt der Spindelmutter 51 die
Gewindespindel 4 drehend antreibbar angeordnet wird.
Figur 4 zeigt die Verstellvorrichtung 2 nach der Erfindung in einem von der Lenksäule 1 nach der Erfindung losgelösten Zustand. In Figur 5 sind erfindungswesentliche Funktionsteile einer Lagervorrichtung nach der Erfindung in einer Explosionsdarstellung auseinander gezogen gezeigt.
Die Anordnung und Funktion der im Folgenden näher erläuterten
Einzelteile der Lagervorrichtung nach der Erfindung kann aus den
Darstellungen in den Figuren in 6 und 7 entnommen werden.
Die Verstellvorrichtung 2 nach der Erfindung weist ein Gehäuse 921 auf. Das Gehäuse weist einen Lagersitz 200 auf, in dem ein als Schnecke 922 ausgebildetes Antriebsrad drehbar gelagert ist, welche auf einer
Antriebswelle 923 (vgl. dazu insbesondere die Querschnittdarstellung in Figur 7) befestigt ist. Die Schnecke 922 ist bevorzugt mittels eines
Querpressverbandes auf der Antriebswelle 923 befestigt. Dies bietet den Vorteil, dass keine hohen Aufpresskräfte wie bei einem
Längspressverband erforderlich sind. Bevorzugt wird die Schnecke 922 vor einer Fügeoperation zum Fügen mit der Antriebswelle 923 induktiv erwärmt und dann unter geringer Kraftaufbringung auf die
Antriebswelle 923 aufgeschoben, so dass die Schnecke 922 nach dem Erkalten auf der Antriebswelle 923 aufgeschrumpft ist. Alternativ kann die Schnecke 922 auch mittels eines Längspressverbandes auf der
Antriebswelle 923 befestigt werden, wobei dadurch ein Wärmeeintrag in die Schnecke vermieden werden kann, beispielsweise um ein Anlassen des Werkstoffes zu vermeiden. Die Antriebswelle 923 ist von dem
Stellmotor 20 drehend antreibbar, wobei dessen Motorwelle die
Antriebswelle 923 bilden kann oder zumindest drehmomentschlüssig mit
dieser gekuppelt ist. Der Stellmotor 20 ist an das Gehäuse 921
angeflanscht und mit diesem verbunden, wobei die Antriebswelle 923 an ihrem motorfernen Ende in einer als Gleitlager ausgebildeten
Lagervorrichtung 202 in dem Lagersitz 200 drehbar gelagert ist, und in ihrem motornahen Bereich in einem Motorlager 925, welches zusammen mit dem Stellmotor 20 ebenfalls in dem Gehäuse 921 fixiert ist. Die
Lagervorrichtung 202 wird durch einen Spannring 201 elastisch gegen die Antriebswelle 923 gedrückt, so dass die Antriebswelle 923 in axialer Richtung elastisch druckvorgespannt und zugleich an ihrem motorfernen Ende durch die Lagervorrichtung 202 radial gleitgelagert ist, insbesondere, wenn die Antriebswelle 923 durch den Stellmotor 20 angetrieben wird. Die Antriebswelle 923 weist eine Rotationsachse auf, wobei die axiale
Richtung gleichbedeutend mit der Richtung der Rotationsachse ist.
Lagervorrichtung 202 umfasst ein erstes Ende 220 und ein diesem gegenüberliegendes zweites Ende 222, eine Lageröffnung 208, die die Antriebswelle 923 des Verstellantriebs drehbar lagert und die sich ausgehend von dem ersten Ende 220 in die Lagervorrichtung 202 hinein erstreckt zur Bildung eines Lagerabschnitts 310, wobei eine Ausnehmung 306 vorgesehen ist, die sich ausgehend vom zweiten Ende 222 in die Lagervorrichtung hinein erstreckt zur Bildung eines Stützabschnitts 206, 214, wobei dieser mit dem Lagerabschnitt 310 verbunden ist.
Die Lagervorrichtung 202 weist an dem zweiten Ende 222 einen
Bodenabschnitt 311 auf. Ferner weist die Lagervorrichtng202 eine ringförmige Ausnehmung 306. Wie insbesondere aus Figur 7 ersichtlich ist, sind die Antriebswelle 923, die Schnecke 922, die Lagervorrichtung 202 und der Spannring 201 in einem Lagersitz 200 des Gehäuses 921 in axialer Richtung der
Antriebswelle 923 angeordnet, wobei die Antriebswelle 923 drehbar um
eine Drehachse X gelagert ist. Die Lagervorrichtung 202 bildet dabei eine erfindungsgemäße Lagervorrichtung. Die Lagervorrichtung 202, der Spannring 201 und die Antriebswelle 293 bilden dabei eine Bauteilgruppe. Der Spannring 921 stützt sich dabei gegen eine Wandung 203 des
Lagersitzes 200 ab, wobei er bezüglich der axialen Richtung der
Antriebswelle 923, also entlang der Längsachse der Antriebswelle, in radialer Richtung derart elastisch vorgespannt ist, so dass der
Spannring 201 in die Wandung 203 teilweise eindringt. Sprich, der
Spannring 201 ist gegenüber einer Verschiebung in axialer Richtung, insbesondere gegen eine Auslenkung der Lagervorrichtung 202 und damit der Motorwelle 923 in Richtung auf den Spannring 201 bis zu einer vorgegebenen axialen Kraft unverschiebbar in dem Lagersitz 200 montiert. Um eine bestimmte Vorspannkraft durch den Spannring 201 auf die Lagervorrichtung 202 und damit auf die Antriebswelle 923 durch den Spannring 201 aufbringen zu können, wird der Spannring 201 auf die Antriebswelle 923 bei der Montage des Spannrings 201 in dem Lagersitz 200 axial zubewegt, um die Spannkraft im Sinne einer vorgespannten Feder zu erhöhen, oder umgekehrt von der Antriebswelle 923 axial in einem größeren Abstand angeordnet, um die Vorspannkraft zu verringern. Indem die Antriebswelle 923 in ihrem motorfernen Ende in der
Lagervorrichtung 202 gelagert ist, wird die Antriebswelle 923 in radialer Richtung durch einen durch die Lagervorrichtung 203 mit der
Antriebswelle 923 gebildeten Formschluss gegenüber einer radialen Auslenkung der Antriebswelle 923 fixiert. Sprich, die Lagervorrichtung 202 wirkt als radiales Fixiermittel gegenüber der Antriebswelle 923. Die
Lagervorrichtung 202 ist in dem Lagersitz 203 gegenüber der Längsachse der Antriebswelle 923 durch den Stützabschnitt 206 radial elastisch vorgespannt gelagert, also kraftschlüssig, so dass es aufgrund einer entsprechenden Rückstellung einer elastischen Verformung in radialer
Richtung, sprich in einer Richtung orthogonal zur Rotationsachse der Antriebswelle 923, gegen die Wandung 203 abgestützt und durch eine vom elastischen Spannungszustand abhängige axiale Kraft, also eine entsprechende Reibkraft überwindende Kraft, in axialer Richtung beweglich gelagert ist, zum Beispiel im Falle einer Wärmeausdehnung der Antriebswelle 923 in axialer Richtung. In Figur 7 ist besonders gut ersichtlich, dass die Lagervorrichtung 202 einen Lagerabschnitt 310 aufweist, in welchem ein Abschnitt der Antriebswelle 923 aufgenommen ist. Ferner ist aus Figur 7 besonders gut ersichtlich, dass die Lagervorrichtung aufgrund der Ausnehmung 306 W-förmig ist. Die beschriebene Lagerung des motorfernen Endes des Antriebswelle 923 in dem durch den als Spannscheibe ausgebildeten Spannring 201 , der sich in einem
vorgespannten Zustand befindet, gegen die Antriebswelle 923 gepressten Lagervorrichtung 202, wobei dadurch die Antriebswelle 923 und die
Lagervorrichtung 202 elastisch vorgespannt gelagert sind, wird wie folgt hergestellt (siehe insbesondere die teilweise Explosionsdarstellung aus Figur 5): die Lagervorrichtung 202 wird in den Lagersitz 200 in radialer Richtung elastisch vorgespannt in axialer Richtung eingeführt, bis die Lagervorrichtung 202 zur Aufnahme des motorfernen Endes der
Antriebswelle 923 diese dort kontaktiert, sodann wird der Spannring 201 in den Lagersitz 200 in radialer Richtung elastisch vorgespannt in axialer Richtung eingeführt, bis der Spannring 201 an seinem insbesondere in Figur 7 ersichtlichen, in axialer Richtung bezüglich der Antriebswelle 923 ausgewölbten Bereich (Auswölbung) die Lagervorrichtung 202 kontaktiert, hier den Bodenabschnitt 311 des Lagerabschnitts kontaktiert, durch den der beschriebene Formschluss mit dem Antriebswelle 923 bereitgestellt wird. Je nachdem, welche Vorspannkraft durch den Spannring 201 in dem
Lagersitz 200 auf die Lagervorrichtung 202 und damit die Antriebswelle 923 durch den Spannring 201 aufgrund dessen elastisch verformten Zustands ausgeübt werden soll, wird der Spannring 201 näher (höhere Spannkraft) oder weiter entfernt (geringere Spannkraft) bezüglich des motorfernen Endes der Antriebswelle 923 in dem Lagersitz 200
angeordnet. Dabei kann die Antriebswelle 923 durch den Stellmotor 20 angetrieben werden, also eine Drehbewegung um ihre entsprechende Wellenachse (Längsachse) ausführen. Dem Fachmann ist dabei die elastische Rückfederung des Spannrings 202 bei Entlastung, also bei einem Beenden des beschriebenen Vorspannvorgangs, bekannt, was bei der beschriebenen Herstellung der Lagerung berücksichtigt werden kann.
Wie insbesondere aus Figur 7 ersichtlich ist, ist das Gehäuse 34 der Verstellvorrichtung 2 rohrförmig hohlzylindrisch koaxial zu der
Gewindespindel 4 ausgebildet. In dem Gehäuse 34 ist ein als
Schneckenrad 912 ausgebildetes Getrieberad drehbar gelagert. Das Schneckenrad 912 ist über ein zylindrisches Verbindungselement 204 drehfest mit der Spindelmutter 51 verbunden. Über einen Eingriff eines Schneckengewindes der Schnecke 922 in das Schneckenrad 912 wird letzteres durch die Antriebswelle 923 im Falle eines entsprechenden Betriebszustands des Stellmotors 20 drehend um die
Gewindespindelachse der Spindel 4 angetrieben und die entsprechende Drehbewegung über das Verbindungselement 204 auf die
Spindelmutter 205 übertragen. Das Gehäuse 34 umfasst einen
Anbindungsabschnitt 341 zur Kopplung mit einer Lenksäule 1. Der Anbindungsabschnitt 341 ist als ein nach außen gewölbter Vorsprung ausgebildet ist, der mittels einer Umformoperation in das Gehäuse 34 eingebracht ist. Der Anbindungsabschnitt 341 kann ein als Kappe ausgebildetes Pufferelement aus einem Kunststoff oder einem Elastomer
wie Gummi umfassen, wobei dieses zur Dämpfung zwischen der
Verstellvorrichtung 2 und der Lenksäule 1 dient.
Der Stellmotor 20 kann mit dem Gehäuse 921 mittels eines Presssitzes und zusätzlich einer Sicherung und Befestigung an einem Motorschild durch umgeformte Kunststoffpins oder Kunststoffbolzen verbunden werden, welche mittels Warmverstemmung, Heißverstemmung,
Ultraschallumformung, laserunterstützter Umformung oder ähnliches erzeugt werden, um zusätzliche Bauteile, wie etwa Schrauben oder Niete bei der entsprechenden Montage des Stellmotors 20 an dem
Gehäuse 921 zu vermeiden.
Aus Figur 7 ist ferner ersichtlich, dass die Lagervorrichtung 202 einen Stützabschnitt 206 aufweist, über den die Lagervorrichtung 202 in dem Lagersitz 200 radial vorgespannt gelagert ist. Der Stützabschnitt 206 ist mit dem Lagerabschnitt 310 verbunden, wobei dank der Ausnehmung 306 der Stützabschnitt 206 elastisch vorspannbar ist.
Die Figuren 8 und 9 zeigen die als Gleitlager ausgebildete
Lagervorrichtung in perspektivischer Ansicht bzw. in Draufsicht. An einer Oberfläche 207 der Lagervorrichtung 202, also die Fläche, die in dem montierten Zustand der Lagervorrichtung 202 der Wandung 203 des Lagersitzes zugewandt ist, weist die Lagervorrichtung 202 Pressrippen 205 auf, also Vorsprünge, so dass die Lagervorrichtung 202 durch eine elastisch oder elastisch-plastische Verformung der Pressrippen 205 durch Aufbringen einer relativ konstanten Verschiebekraft in den Lagersitz 200 eingeführt und dadurch montiert wird. Wird die Antriebswelle 923 während der Montage des Spannrings 201 in dem Lagersitz 200 durch den
Stellmotor 20 angetrieben, kann aufgrund der durch die Pressrippen 205 gegebenen konstanten Verschiebekraft der Lagervorrichtung 202
gegenüber der Wandung 203 ein Vorspannen des Spannrings 201 , sprich, ein Verschieben des Spannrings 201 gegen die Lagervorrichtung 203, so dass dieses gegen die Antriebswelle 203 am motorfernen Ende gepresst wird, bei einer vorgegebenen Spannkraft und damit durch eine
entsprechende, sogenannte Deltakraftabschaltung des Stellmotors 20 realisiert werden. Die Pressrippen 205 sind in dem montierten Zustand der Lagervorrichtung 202 entlang der Längsachse (Rotationsachse) der Antriebswelle 923 orientiert, also axial. Aus der Zusammenschau der Figuren 7 und 8 ist ersichtlich, dass sich der Lagerabschnitt 310
ausgehend von einem ersten Ende 220 der Lagervorrichtung 202 in Richtung des zweiten Endes 222 erstreckt.
Aus der Schnittdarstellung gemäß Figur 10 ist ersichtlich, dass die
Lagervorrichtung 202 einen als Federbalken ausgeformten, radial umlaufenden Kontaktabschnitt 206 aufweist, der wiederum die Oberfläche 207 aufweist. Sprich, die Lagervorrichtung 202 wird insbesondere durch eine sich rückstellende elastische Verformung gegen die Wandung 203 im montierten Zustand gepresst. Der Kontaktabschnitt 206 kann auch als Stützabschnitt 206 bezeichnet werden.
Aus den Figuren 8 und 9 sowie insbesondere der Schnittdarstellung gemäß Figur 10 ist ferner eine Lageröffnung 208 der Lagervorrichtung 203 ersichtlich, die um die Antriebswelle 923 im montierten Zustand, also wenn die Lagervorrichtung 203 gegen das motorferne Ende der
Antriebswelle 923 zu dessen axialer Fixierung gepresst ist, diese an dem motorfernen Ende räumlich-körperlich im Sinne einer Hülse umschließt. Indem der Kontaktbereich 206 als Federbalken oder als Kragen
ausgestaltet ist, wie insbesondere aus Figur 10 ersichtlich, ist die elastische Verformung 206 in dem geschilderten montierten Zustand der Lagervorrichtung (siehe dazu insbesondere Figur 7) lokalisiert, so dass die
Lageröffnung 208 nahezu keine radiale elastische Verformung erfährt, was sich positiv auf eine reibungsarme Lagerung der Antriebswelle 923 in der Lageröffnung 208 auswirkt. Mit anderen Worten ausgedrückt, die Lageröffnung 208 ist von dem Kontaktabschnitt 206 mechanisch entkoppelt bei einer Belastung in radialer Richtung. Die Lageröffnung 208 kann dabei topfförmig oder napfförmig ausgebildet sein. Bevorzugt weist die Antriebswelle 923 zu der Lageröffnung 208 eine Spielpassung auf, so dass sich die Antriebswelle 923 relativ zu der Lageröffnung 208
leichtgängig drehen kann, jedoch sich ausreichend steif in radialer Richtung an der Lageröffnung 208 abstützen kann. Aus Figur 10 ist ersichtlich, dass die Lagervorrichtung 202 im Bereich des Bodenabschnitts 311 eine Wandstärke s aufweist, wobei diese Wandstärke s die kleinste Wandstärke der Lagervorrichtung 202 ist.
Die Lageröffnung 208 kann alternativ auch eine Durchgangsöffnung aufweisen.
Aus der Schnittdarstellung gemäß Figur 11 ist eine Lagervorrichtung 209 einer weiteren erfindungsgemäßen Lagervorrichtung ersichtlich, welches im Unterschied zu dem Lagervorrichtung 203 in der Lageröffnung 208 radial angeordnete Ausnehmungen 210 zur Bevorratung und/oder zum Transport von Schmiermittel aufweist, so dass in dem in Figur 7
ersichtlichen montierten Zustand der Lagervorrichtung 202, welche auf die Lagervorrichtung 209 übertragbar ist, die Antriebwelle 923 bei ihrem Kontakt mit der Lageröffnung 208 bzw. dem Lagerabschnitt 310 mit Schmiermittel versorgt wird. Die Figuren 12 und 13 zeigen eine Lagervorrichtung 211 einer weiteren erfindungsgemäßen Lagervorrichtung. Die Lagervorrichtung 211 ist analog zu der Lagervorrichtung 203 ausgestaltet, bis auf, dass die Oberfläche
207 durch ein Gewinde 212 gebildete Vorsprünge aufweist.
Entsprechende Gewindegänge verlaufen in tangentialer Richtung bzw. quer zur Längsachse der Antriebswelle 923, in einem analog zu Figur 7 montierten Zustand der Lagervorrichtung 211. Eine solche
Lagervorrichtung 211 kann mittels einer Drehbewegung einfach und komfortabel in den Lagersitz gefügt werden.
Figur 14 zeigt einen Querschnitt durch die Verstellvorrichtung 2, wobei eine erfindungsgemäße Lagervorrichtung nach einer weiteren
Ausführungsform ersichtlich ist. Die Lagervorrichtung nach dieser
Ausführungsform weist eine Lagervorrichtung 213 als Lagermittel auf. Die Lagervorrichtung 213 ist dabei derart ausgeformt, dass der Spannring 201 einen als Federbalken ausgestalteten Kontaktabschnitt 214 kontaktiert. Dadurch wird die Lagervorrichtung 213 gegenüber zum Beispiel dem Gleitlager 202 noch stärker gegen die Wandung 203 gepresst, so dass die Lagervorrichtung 213 erst ab einer entsprechend höheren axialen Kraft längs der Längsachse der Antriebswelle 923 verschoben werden kann. Weiters kann in dieser Ausführung eine höhere radiale Vorspannung der Lagervorrichtung 213 bereitgestellt werden.
Figur 15 zeigt einen Querschnitt durch eine Lagervorrichtung400 einer weiteren erfindungsgemäßen Lagervorrichtung. Die Lagervorrichtung 400 ist analog zu der Lagervorrichtung 202 ausgestaltet, bis auf, dass es einen Vorsprung 312 aufweist, der in die Lageröffnung 208 hineinragt. In einem montierten Zustand kann die Lagervorrichtung 400 danach die
Antriebswelle 923 über den Vorsprung 312 in Richtung der Drehachse X kontaktieren.
Figur 16 zeigt einen Querschnitt durch eine Lagervorrichtung 400 einer weiteren erfindungsgemäßen Lagervorrichtung. Die Lagervorrichtung 400
ist analog zu der Lagervorrichtung 202 ausgestaltet, bis auf, dass es zylindrische Wälzkörper 500 aufweist, wobei die Wälzkörper 500 in der Lageröffnung 208 angeordnet sind, so dass die Antriebswelle 923 über die Wälzkörper 500 in dem Lagerabschnitt 310 gelagert ist. Figur 17 zeigt einen Querschnitt durch eine Lagervorrichtung 700 einer weiteren erfindungsgemäßen Lagervorrichtung. Die Lagervorrichtung 400 ist analog zu der Lagervorrichtung 202 ausgestaltet, bis auf, dass es den Vorsprung 312 und die Wälzkörper 500 aufweist.