EP4214104A1 - Lenksäule mit toleranzausgleichselement - Google Patents

Lenksäule mit toleranzausgleichselement

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EP4214104A1
EP4214104A1 EP21777657.4A EP21777657A EP4214104A1 EP 4214104 A1 EP4214104 A1 EP 4214104A1 EP 21777657 A EP21777657 A EP 21777657A EP 4214104 A1 EP4214104 A1 EP 4214104A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
steering
steering column
compensation element
steering shaft
tolerance compensation
Prior art date
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Pending
Application number
EP21777657.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Sebastian Huber
Benno Künz
Remo Lampert
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ThyssenKrupp AG
ThyssenKrupp Presta AG
Original Assignee
ThyssenKrupp AG
ThyssenKrupp Presta AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ThyssenKrupp AG, ThyssenKrupp Presta AG filed Critical ThyssenKrupp AG
Publication of EP4214104A1 publication Critical patent/EP4214104A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D1/00—Steering controls, i.e. means for initiating a change of direction of the vehicle
    • B62D1/02—Steering controls, i.e. means for initiating a change of direction of the vehicle vehicle-mounted
    • B62D1/16—Steering columns
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C19/00—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • F16C19/02—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows
    • F16C19/14—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for both radial and axial load
    • F16C19/16—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for both radial and axial load with a single row of balls
    • F16C19/163—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for both radial and axial load with a single row of balls with angular contact
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C25/00—Bearings for exclusively rotary movement adjustable for wear or play
    • F16C25/06—Ball or roller bearings
    • F16C25/08—Ball or roller bearings self-adjusting
    • F16C25/083—Ball or roller bearings self-adjusting with resilient means acting axially on a race ring to preload the bearing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C3/00—Shafts; Axles; Cranks; Eccentrics
    • F16C3/02—Shafts; Axles
    • F16C3/03—Shafts; Axles telescopic
    • F16C3/035—Shafts; Axles telescopic with built-in bearings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/30—Parts of ball or roller bearings
    • F16C33/58—Raceways; Race rings
    • F16C33/588—Races of sheet metal
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16C35/00—Rigid support of bearing units; Housings, e.g. caps, covers
    • F16C35/04—Rigid support of bearing units; Housings, e.g. caps, covers in the case of ball or roller bearings
    • F16C35/06—Mounting or dismounting of ball or roller bearings; Fixing them onto shaft or in housing
    • F16C35/07—Fixing them on the shaft or housing with interposition of an element
    • F16C35/073—Fixing them on the shaft or housing with interposition of an element between shaft and inner race ring
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2326/00—Articles relating to transporting
    • F16C2326/20—Land vehicles
    • F16C2326/24—Steering systems, e.g. steering rods or columns

Definitions

  • the invention relates to a steering column for a motor vehicle, having a steering shaft bearing unit in which a steering spindle is accommodated via a roller bearing, the steering shaft bearing unit having an inner lateral surface.
  • Adjustable steering columns allow the position of the steering wheel to be adjusted to the seating position of the driver in order to set a steering position that is comfortable for the motor vehicle driver and are known in various embodiments.
  • the vertical tilt of the steering column (height adjustment) and the distance from the steering wheel to the driver (lengthwise adjustment) can be adjusted over a certain range, often motorized.
  • the steering column comprises a support tube in which a column tube is held so that it can be displaced in the longitudinal adjustment direction by means of a first adjusting drive, with a steering spindle being rotatably mounted in the column tube serving as a steering shaft bearing unit, and with the support tube being pivotable directly on a body of the motor vehicle or indirectly connectable console is attached, wherein the pivoting causes an adjustment of the steering column tube and the steering shaft relative to the support unit in the height adjustment direction.
  • the tolerance deviations between the inner peripheral surface of the steering shaft bearing unit and the roller bearing arranged between the steering spindle and the steering shaft bearing unit are too large, the operating properties of the bearing system may be inadequate, which is not only reflected in the undesirable occurrence of radial forces that affect durability, which arise during one revolution of the bearing, results, but also manifests itself in an undesirably high degree of rolling friction fluctuations.
  • the inner lateral surface has to be mechanically reworked in a complex manner, for example by using machining manufacturing processes. This additional machining step complicates the manufacturing process and thus increases the cost of manufacturing the steering column.
  • the invention is therefore based on the object of proposing a steering column that can be manufactured inexpensively and easily and in particular effectively reduces the occurrence of rolling friction fluctuations and radial forces.
  • the proposed solution provides a steering column with a steering shaft bearing unit in which a steering spindle is accommodated via a roller bearing, the steering shaft bearing unit having an inner lateral surface and a tolerance compensation element being arranged between the inner lateral surface of the steering shaft bearing unit and the roller bearing, which element has an annular base body and at least a compensating element extending in the axial direction of the base body and connected to the base body, wherein the at least one compensating element is resiliently prestressed in the radial direction of the tolerance compensation element for clearance-free bridging of a radial distance between the inner lateral surface and the roller bearing.
  • a tolerance compensation element is advantageously arranged between the inner lateral surface of the steering shaft bearing unit and the roller bearing, as a result of which the roller bearing adapts itself to the bearing seat provided by the steering shaft bearing unit when the roller bearing is pressed in.
  • the steering column has a support tube in which a jacket tube serving as a steering shaft bearing unit is advantageously held so that it can be displaced in the longitudinal adjustment direction by means of the first adjustment drive.
  • the steering spindle is rotatably mounted in the tubular steering shaft bearing unit.
  • the support tube is also advantageously pivotably attached to a console that can be connected to a body of the motor vehicle, with the pivoting advantageously causing an adjustment of the jacket tube and the steering spindle relative to the support unit in the height adjustment direction, so that two-dimensional adjustability, once in the X direction and once in Z -direction, is given.
  • a particular advantage of this steering column is that a tolerance compensation element is arranged between the inner lateral surface of the steering shaft bearing unit and the roller bearing.
  • This has an annular base body and at least one compensation element, which extends in the axial direction of the base body and is connected to the base body.
  • This at least one compensating element is a backlash-free bridging of a radial distance between the in the radial direction of the tolerance compensation element inner lateral surface of the steering shaft bearing unit and the rolling bearing supporting the steering shaft provided by the compensating element between the inner lateral surface of the steering shaft bearing unit and the steering shaft is resiliently prestressed.
  • a tolerance compensation element advantageously ensures that potential tolerance deviations between the inner lateral surface of the steering shaft bearing unit and the roller bearing arranged between the steering spindle and the steering shaft bearing unit are compensated for, so that this not only minimizes the radial forces that occur when the steering column is used or adjusted and that affect durability be, but also the degree of fluctuation of the rolling friction is advantageously reduced.
  • the steering column according to the invention makes a complex mechanical post-processing step superfluous, as a result of which production can be carried out more easily and more cost-effectively.
  • an electromotive adjustment drive can be provided, which is arranged between the support tube and the bracket.
  • the electromotive adjustment drive is designed in such a way that, during operation, it brings about the pivoting of the support tube relative to the console.
  • the ring-shaped base body has a circumferential raceway section that extends radially into the interior of the ring-shaped base body.
  • the raceway section is geometrically designed in such a way that it serves as an outer roller body raceway.
  • the at least one compensating element has an undercut.
  • This undercut is advantageously supported on the end face of the steering shaft bearing unit.
  • the at least one compensating element has at least two spring tongues.
  • the spring tongues are spring-elastic compensating elements that are easy to produce and are designed in particular to bridge a radial distance between the inner lateral surface and the roller bearing without play, in that the spring tongues are designed to be radially flexible, ie resilient.
  • the play-free bridging of the distance ensures that the roller bearing can function optimally and the inner and outer ring of the roller bearing are separated from one another without play by rolling elements rolling on them.
  • the transition of the spring tongues preferably has a radius in the region of the rolling body track of the bearing outer ring, so that the spring tongues advantageously transition into the track.
  • the spring tongues are trapezoidal, since this geometry of the spring tongues is particularly advantageous in terms of weight, but nevertheless represents a durable geometry.
  • the spring tongues are circumferentially evenly distributed.
  • the clamping of the rolling bodies by the two rings, inner and outer ring, caused by the at least one compensating element, as well as the desired tolerance compensation between the inner lateral surface and the rolling bearing takes place as uniformly as possible viewed over the circumference. This contributes to an improvement in the running properties of the rolling bearing.
  • the tolerance compensation element is made from a metallic material. This further improves the use of the tolerance compensation element as part of the roller bearing, which is regularly subjected to high mechanical loads.
  • the inner lateral surface of the steering shaft bearing unit is mechanically unmachined in a section in which the roller bearing is arranged.
  • mechanically unprocessed means in particular that no separating or machining manufacturing processes are used.
  • Drawn tubes, which can be produced particularly inexpensively, are advantageously used as the steering shaft bearing unit.
  • the inner lateral surface of the steering shaft bearing unit has an offset that serves as an axial stop for the tolerance compensation element. In this way, a simple and positionally secure assembly of the tolerance compensation element is advantageously made possible.
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view of a steering column known from the prior art without a tolerance compensation element
  • FIG. 2 shows a schematic sectional view of an exemplary embodiment of a steering column designed according to the invention with a tolerance compensation element
  • FIG. 3 shows a perspective view of a further exemplary embodiment of a steering column designed according to the invention with longitudinal and vertical adjustability
  • FIG. 4 shows an exploded view of an exemplary embodiment of an arrangement of a tolerance compensation element designed according to the invention with a roller bearing, the tolerance compensation element serving as the outer ring of a roller bearing,
  • FIG. 5 shows a perspective view of an exemplary embodiment of a tolerance compensation element designed according to the invention with the elements according to FIG. 4;
  • FIG. 6 shows a schematic sectional view of a further exemplary embodiment of a steering column designed according to the invention with a tolerance compensation element, the inner lateral surface of the steering shaft bearing unit having an offset which serves as a stop for the tolerance compensation element, and the at least one compensation element having an undercut.
  • a plurality of roller bodies 7, possibly spaced apart by a roller body cage, are regularly arranged. This configuration of the inner ring 6 and the outer ring 4 together with the rolling bodies 7 defines the rolling bearing 5 .
  • the problem with such a steering column 1 is that the requirement for the surface finish of the steering shaft bearing unit 2, in particular with regard to the desired minimum roughness of the inside 3, makes it impossible to use inexpensively manufactured, regularly deep-drawn tubes as the steering shaft bearing unit 2 without the inner lateral surface or inside 3 of the steering shaft bearing unit 2 in a portion in which the roller bearing 5 is arranged to leave mechanically unmachined. Rather, a sufficient minimization of the surface roughness is only achieved after the use of cost-intensive and complex machining or separating manufacturing processes.
  • FIG. 2 an exemplary embodiment of a steering column 1 designed according to the invention is shown in FIG. 2, also in a sectional view.
  • this has a tolerance compensation element 11, which bridges a radial distance between the inner lateral surface and the roller bearing 5, with at least one compensation element 12 being resiliently prestressed in the radial direction of the tolerance compensation element 11, and a play-free Seat of the roller bearing 5 ensures.
  • the tolerance compensation element 11 has an annular base body 13 and at least one compensation element 12 which extends in the axial direction of the base body 13 and is connected to the base body 13 and which can be designed in particular as a spring tongue.
  • Such compensating elements 12, in particular spring tongues, are preferably distributed evenly around the circumference, in particular at an angular distance of 60 degrees or 45 degrees, so that the clamping of the rolling elements 7 caused by the compensating elements 12 by the two rings, inner ring 4 and outer ring 6, as well as the desired Compensation of tolerances between the inner lateral surface or inner side 3 and roller bearing 5 takes place as uniformly as possible over the circumference. This advantageously contributes to an improvement in the running properties of the roller bearing 5 .
  • FIG. 3 shows an exemplary embodiment of a steering column 1 designed according to the invention, which has a support unit that can be connected to the chassis of a motor vehicle (not shown here) and includes a bracket 14 on which an adjusting unit 15 is adjustably held.
  • the console 14 can on the chassis of the motor vehicle, for example Mounting holes, can be fixed.
  • the actuating unit 15 comprises a jacket tube 16 which serves as a steering shaft bearing unit 2 and in which a steering spindle 10 is rotatably mounted.
  • a steering wheel, not shown in FIG. 3, can be fastened to the end 17 of the steering spindle 10 on the steering wheel side.
  • the steering spindle 10 serves to transmit a steering torque applied by a driver via the steering wheel to the steering spindle 10 in a known manner to a steerable wheel, not shown in FIG.
  • the steering spindle 10 can transfer the steering movement from the steering wheel to the steerable wheel with the interposition of a steering gear, possibly with the aid of a power assistance system.
  • the jacket tube 16 is held in a support tube 18 such that it can be displaced in a longitudinal adjustment direction X, the longitudinal adjustment direction X extending in the axial direction of the steering spindle 10 .
  • a longitudinal adjustment of the steering spindle 10 and thus the steering wheel, not shown can be achieved to adapt the position of the steering wheel to the seating position of a driver of the motor vehicle.
  • the support tube 18 is attached to the console 14 in a pivotable manner and can be pivoted about a pivot axis relative to the console 14 .
  • Adjustability of the adjusting unit 15 in a height adjustment direction Z is made possible by the fact that the jacket tube 16 is held on the bracket 14 via a pivoting mechanism 19 .
  • FIG. 4 shows an exploded view of an advantageous exemplary embodiment of an arrangement of a tolerance compensation element 12 designed according to the invention with a roller bearing 5 , with the tolerance compensation element 11 serving as an outer ring 4 of a roller bearing 5 .
  • the ring-shaped base body 13 of the tolerance compensation element 11 has a contact surface that serves as a raceway for the rolling elements 7 .
  • the inner track of the roller bearing 5 is pressed against the roller bodies 7 via a mediation ring 20 which rests on the steering spindle 10 via an inner tolerance ring 21 in order to form a roller bearing 5 which is free of play.
  • the tolerance compensation element 11 takes over the function of the outer ring 4 of a roller bearing 5, so that using this tolerance compensation element 12 a particularly inexpensive and improved in terms of weight steering column 1 can be realized.
  • FIG. 5 shows an assembled configuration of the rings according to the exploded view from FIG.
  • Figure 6 shows a schematic sectional view of an exemplary embodiment of a steering column 1 designed according to the invention with a tolerance compensation element 11, with the inner lateral surface 3 of the steering shaft bearing unit 2 having an offset 22 which serves as a stop for the tolerance compensation element 11, and with the at least one compensation element 12 having a
  • Undercut 23 has.
  • the undercut 23 makes it possible to form a captive structural unit.
  • the offset 22 of the inner lateral surface leads to a simpler and more secure installation of the tolerance compensation element 11.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lenksäule (1) für ein Kraftfahrzeug, aufweisend eine Lenkwellenlagereinheit (2), in der über ein Wälzlager (5) eine Lenkspindel (10) aufgenommen ist, wobei die Lenkwellenlagereinheit (2) eine innere Mantelfläche (3) aufweist, wobei zwischen der inneren Mantelfläche (3) der Lenkwellenlagereinheit (2) und dem Wälzlager (5) ein Toleranzausgleichselement (11) angeordnet ist, welches einen ringförmigen Grundkörper (13) und mindestens ein sich in axiale Richtung des Grundkörpers (13) erstreckendes an den Grundkörper (13) angeschlossenes Ausgleichselement (12) umfasst, wobei das mindestens eine Ausgleichselement (12) in radiale Richtung des Toleranzausgleichselements (11) zur spielfreien Überbrückung eines radialen Abstandes zwischen der inneren Mantelfläche (3) und dem Wälzlager (5) federelastisch vorgespannt ist.

Description

Lenksäule mit Toleranzausgleichselement
Die Erfindung betrifft eine Lenksäule für ein Kraftfahrzeug, aufweisend eine Lenkwellenlagereinheit, in der über ein Wälzlager eine Lenkspindel aufgenommen ist, wobei die Lenkwellenlagereinheit eine innere Mantelfläche aufweist.
Moderne Lenksäulen sind regelmäßig als verstellbare Lenksäulen ausgebildet. Verstellbare Lenksäulen erlauben zur Einstellung einer für den Kraftfahrzeugfahrer komfortablen Lenkposition die Anpassung der Position des Lenkrades an die Sitzposition des Fahrers und sind in unterschiedlichen Ausführungsformen bekannt. In vielen Kraftfahrzeugen kann die vertikale Neigung der Lenksäule (Höhenverstellung) und der Abstand des Lenkrades zum Fahrer (Längsverstellung) über einen gewissen Bereich, oftmals motorisiert, eingestellt werden.
Eine Möglichkeit zur Realisierung einer vorstehend beschriebenen verstellbaren Lenksäule ist aus WO 2020/099362 Al bekannt. Gemäß dieser Offenbarung umfasst die Lenksäule ein Tragrohr, in dem ein Mantelrohr in der Längsverstellrichtung mittels eines ersten Verstellantriebs verschiebbar gehalten ist, wobei eine Lenkspindel in dem als Lenkwellenlagereinheit dienenden Mantelrohr drehbar gelagert ist, und wobei das Tragrohr verschwenkbar an einer mit einer Karosserie des Kraftfahrzeugs direkt oder indirekt verbindbaren Konsole befestigt ist, wobei die Verschwenkung eine Verstellung des Mantelrohrs und der Lenkspindel gegenüber der Trageinheit in Höhenverstellrichtung bewirkt.
Bei zu großen Toleranzabweichungen zwischen der inneren Mantelfläche der Lenkwellenlagereinheit und des zwischen Lenkspindel und der Lenkwellenlagereinheit angeordneten Wälzlagers kann es zu ungenügenden Betriebseigenschaften des Lagersystems kommen, was nicht nur in dem unerwünschten Auftreten von die Haltbarkeit beeinträchtigenden radialen Kräften, die während einer Umdrehung des Lagers entstehen, resultiert, sondern sich zudem in einem unerwünscht hohen Maß an Rollreibungsschwankungen manifestiert. Aus diesem Grund muss bei vorbekannten Lenksäulen die innere Mantelfläche aufwendig mechanisch nachbearbeitet werden, beispielsweise durch den Einsatz zerspanender Fertigungsverfahren. Dieser zusätzliche Bearbeitungsschritt verkompliziert den Herstellungsprozess und treibt somit die Herstellungskosten der Lenksäulen in die Höhe.
Ausgehend von dem vorbeschriebenen Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, eine Lenksäule vorzuschlagen, die kostengünstig und einfach hergestellt werden kann und dabei insbesondere das Auftreten von Rollreibungsschwankungen und radialen Kräften effektiv verringert.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Lenksäule gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung beschrieben sowie in den Figuren dargestellt.
Die vorgeschlagene Lösung sieht eine Lenksäule mit einer Lenkwellenlagereinheit, in der über ein Wälzlager eine Lenkspindel aufgenommen ist, vor, wobei die Lenkwellenlagereinheit eine innere Mantelfläche aufweist und zwischen der inneren Mantelfläche der Lenkwellenlagereinheit und dem Wälzlager ein Toleranzausgleichselement angeordnet ist, welches einen ringförmigen Grundkörper und mindestens ein sich in axiale Richtung des Grundkörpers erstreckendes an den Grundkörper angeschlossenes Ausgleichselement umfasst, wobei das mindestens eine Ausgleichselement in radiale Richtung des Toleranzausgleichselements zur spielfreien Überbrückung eines radialen Abstandes zwischen der inneren Mantelfläche und dem Wälzlager federelastisch vorgespannt ist.
Bei einer solchen Lenksäule ist vorteilhafterweise zwischen der inneren Mantelfläche der Lenkwellenlagereinheit und dem Wälzlager ein Toleranzausgleichselement angeordnet, wodurch sich beim Einpressen des Wälzlagers das Wälzlager in den durch die Lenkwellenlagereinheit bereitgestellten Lagersitz anpasst. Insbesondere weist die Lenksäule ein Tragrohr auf, in dem ein als Lenkwellenlagereinheit dienendes Mantelrohr vorteilhafterweise in der Längsverstellrichtung mittels des ersten Verstellantriebs verschiebbar gehalten ist. Dabei ist die Lenkspindel in der rohrförmigen Lenkwellenlagereinheit drehbar gelagert. Das Tragrohr ist weiter vorteilhaft verschwenkbar an einer mit einer Karosserie des Kraftfahrzeugs verbindbaren Konsole befestigt, wobei die Verschwenkung, vorteilhafterweise eine Verstellung des Mantelrohrs und der Lenkspindel gegenüber der Trageinheit in Höhenverstellrichtung bewirkt, sodass eine zweidimensionale Verstellbarkeit, einmal in X-Richtung und einmal in Z-Richtung, gegeben ist.
Besonders vorteilhaft bei dieser Lenksäule ist, dass zwischen der inneren Mantelfläche der Lenkwellenlagereinheit und dem Wälzlager ein Toleranzausgleichselement angeordnet ist. Dieses weist einen ringförmigen Grundkörper und mindestens ein sich in axiale Richtung des Grundkörpers erstreckendes an den Grundkörper angeschlossenes Ausgleichselement auf.
Durch dieses mindestens eine Ausgleichselement wird in radiale Richtung des Toleranzausgleichselements eine spielfreie Überbrückung eines radialen Abstandes zwischen der inneren Mantelfläche der Lenkwellenlagereinheit und dem die Lenkspindel lagernden Wälzlager bereitgestellt, indem das Ausgleichselement zwischen der inneren Mantelfläche der Lenkwellenlagereinheit und dem die Lenkspindel federelastisch vorgespannt ist. Durch ein solches Toleranzausgleichselement wird vorteilhafterweise erreicht, dass potentielle Toleranzabweichungen zwischen der inneren Mantelfläche der Lenkwellenlagereinheit und des zwischen Lenkspindel und der Lenkwellenlagereinheit angeordneten Wälzlagers ausgeglichen werden, sodass hierdurch nicht nur die bei der Verwendung beziehungsweise Verstellung der Lenksäule auftretenden, die Haltbarkeit beeinträchtigenden, radialen Kräften minimiert werden, sondern zudem das Maß der Schwankung der Rollreibung vorteilhafterweise verringert wird. Damit wird im Vergleich zu vorbekannten Lenksäulen durch die erfindungsgemäße Lenksäule ein aufwendiger mechanischer Nachbearbeitungsschritt überflüssig gemacht, wodurch die Herstellung einfacher und kostengünstiger durchführbar wird.
In einer vorteilhaften Weiterbildung kann ein elektromotorischer Verstellantrieb vorgesehen sein, der zwischen dem Tragrohr und der Konsole angeordnet ist. Der elektromotorische Verstellantrieb ist derart ausgebildet, dass dieser im Betrieb die Verschwenkung des Tragrohrs relativ zur Konsole herbeiführt.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorgeschlagenen Lenksäule weist der ringförmige Grundkörper einen sich radial in das Innere des ringförmigen Grundkörpers erstreckenden umlaufenden Laufbahnabschnitt auf. Dabei ist der Laufbahnabschnitt geometrisch so ausgebildet ist, dass er als äußere Wälzkörperlaufbahn dient. Hierdurch kann das erfindungsgemäße Toleranzausgleichselement auf besonders vorteilhafte, kostengünstige und einfache Art und Weise realisiert werden. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung dieser Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lenksäule kann der der Innenring des Wälzlagers durch eine umlaufende Nut in der Lenkspindel gebildet werden, wodurch der Innenring des Wälzlagers besonders kostengünstig und leicht realisiert werden kann.
In einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lenksäule weist das mindestens eine Ausgleichselement eine Hinterschneidung auf. Diese Hinterschneidung stützt sich vorteilhafterweise an der Stirnseite der Lenkwellenlagereinheit ab. Hierdurch wird eine einfache und positionssichere Montage des Toleranzausgleichselementes ermöglicht. Ferner erlaubt dieses das Ausbilden einer unverlierbaren Baueinheit. Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung der vorgeschlagenen Lenksäule weist das mindestens eine Ausgleichselement mindestens zwei Federzungen auf. Die Federzungen stellen einfach herstellbare federelastische Ausgleichselemente dar, die insbesondere dazu ausgebildet sind, einen radialen Abstand zwischen der inneren Mantelfläche und dem Wälzlager spielfrei zu überbrücken, indem die Federzungen radial nachgiebig, also federnd, ausgebildet sind. Durch die spielfreie Überbrückung des Abstandes wird erreicht, dass das Wälzlager optimal funktionieren kann und Innen- sowie Außenring des Wälzlagers durch an ihnen abwälzende Wälzkörpern voneinander spielfrei getrennt sind. Bevorzugt weist der Übergang der Federzungen im Bereich der Wälzkörperlaufbahn des Lageraußenringes einen Radius auf, sodass die Federzungen vorteilhafterweise in die Laufbahn überleiten.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die Federzungen trapezförmig ausgebildet sind, da diese Geometrie der Federzungen besonders vorteilhaft im Hinblick auf das Gewicht ist, aber dennoch eine haltbare Geometrie darstellt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die Federzungen umfänglich gleichmäßig verteilt. Auf diese Weise wird vorteilhafterweise erreicht, dass die durch das mindestens eine Ausgleichselement bewirkte Einspannung der Wälzkörper durch die beiden Ringe, Innen- und Außenring, sowie der angestrebte Toleranzausgleich zwischen innerer Mantelfläche und Wälzlager über den Umfang betrachtet möglichst gleichmäßig erfolgt. Dieses trägt zu einer Verbesserung der Laufeigenschaften des Wälzlagers bei.
Gemäß einer besonders haltbaren Ausgestaltung der vorgeschlagenen Lenksäule ist das Toleranzausgleichselement aus einem metallischen Werkstoff gefertigt. Hierdurch wird der Einsatz des Toleranzausgleichselementes als Teil des regelmäßig mechanisch stark beanspruchten Wälzlagers weiter verbessert.
In einer besonders kostengünstigen und einfach herstellbaren Ausgestaltung der vorgeschlagenen Lenksäule ist die innere Mantelfläche der Lenkwellenlagereinheit in einem Abschnitt, in dem das Wälzlager angeordnet ist, mechanisch unbearbeitet. Als mechanisch unbearbeitet ist im Sinne dieser Erfindung insbesondere zu verstehen, dass keine trennenden oder zerspanenden Fertigungsverfahren zum Einsatz kommen. Vorteilhafterweise kommen besonders kostengünstig herstellbare gezogene Rohre als Lenkwellenlagereinheit zum Einsatz. Gemäß einer besonders einfach zu montierenden Ausgestaltung der vorgeschlagenen Lenksäule weist die innere Mantelfläche der Lenkwellenlagereinheit einen Versatz auf, der als axialer Anschlag für das Toleranzausgleichselement dient. Hierdurch wird vorteilhafterweise eine einfache und positionssichere Montage des Toleranzausgleichselementes ermöglicht.
Nachfolgend ist die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben. Dabei zeigt
Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung einer aus dem Stand der Technik vorbekannten Lenksäule ohne Toleranzausgleichselement,
Fig. 2 eine schematische Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäß ausgebildete Lenksäule mit Toleranzausgleichselement,
Fig. 3 in einer perspektivischen Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäß ausgebildete Lenksäule mit Längs- und Höhenverstellbarkeit,
Fig. 4 eine Explosivdarstellung ein Ausführungsbeispiel für eine Anordnung eines erfindungsgemäß ausgebildeten Toleranzausgleichselementes mit Wälzlager, wobei das Toleranzausgleichselement als Außenring eines Wälzlagers dient,
Fig. 5 in einer perspektivischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäß ausgebildetes Toleranzausgleichselement mit den Elementen gemäß Fig. 4; und
Fig. 6 eine schematische Schnittdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäß ausgebildete Lenksäule mit Toleranzausgleichselement, wobei die innere Mantelfläche der Lenkwellenlagereinheit einen Versatz aufweist, der als Anschlag für das Toleranzausgleichselement dient, und wobei das mindestens eine Ausgleichselement eine Hinterschneidung aufweist.
In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt beziehungsweise erwähnt.
Eine in Fig. 1 im Schnitt dargestellte vorbekannte Lenksäule 1 weist eine hohlzylindrisch geformte Lenkwellenlagereinheit 2 auf, die mit ihrer Innenseite 3 eine räumliche Begrenzung für den an ihrer Innenseite 3 anliegenden Außenring 4 eines Wälzlagers 5 bereitstellt. Zwischen dem Innenring 6 und Außenring 4 des Wälzlagers 5 sind regelmäßig mehrere, eventuell über einen Wälzkörperkäfig beabstandete, Wälzkörper 7 angeordnet. Diese Konfiguration des Innenrings 6 und des Außenrings 4 zusammen mit den Wälzkörpern 7 definiert das Wälzlager 5. Die Innenseite des Wälzlagers 5 liegt an der Mantelfläche 8 der sich um die Rotationsachse 9 drehbaren Lenkspindel 10 an. Problematisch bei einer solche Lenksäule 1 ist, dass der Anforderung an die Oberflächenbeschaffenheit der Lenkwellenlagereinheit 2, insbesondere hinsichtlich der gewünschten minimalen Rauheit der Innenseite 3, den Einsatz von kostengünstig hergestellten, regelmäßig tiefgezogenen Rohren als Lenkwellenlagereinheit 2 nicht möglich macht, ohne die innere Mantelfläche beziehungsweise Innenseite 3 der Lenkwellenlagereinheit 2 in einem Abschnitt, in dem das Wälzlager 5 angeordnet ist, mechanisch unbearbeitet zu lassen. Vielmehr wird eine ausreichende Minimierung der Oberflächenrauheit erst nach dem Einsatz kostenintensiver und aufwendiger zerspanender oder trennender Fertigungsverfahren erreicht.
Demgegenüber ist in Fig. 2, ebenfalls in Schnittdarstellung, ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäß ausgebildete Lenksäule 1 dargestellt. Dieses weist im Unterschied zu der in Fig. 1 dargestellten Lenksäule 1 ein Toleranzausgleichselement 11 auf, welches einen radialen Abstand zwischen der inneren Mantelfläche und dem Wälzlager 5 überbrückt, wobei mindestens ein Ausgleichselement 12 in radiale Richtung des Toleranzausgleichselements 11 federelastisch vorgespannt ist, und einen spielfreien Sitz des Wälzlagers 5 sicherstellt. Dazu verfügt das Toleranzausgleichselement 11 über einen ringförmigen Grundkörper 13 und mindestens ein sich in axiale Richtung des Grundkörpers 13 erstreckendes an den Grundkörper 13 angeschlossenes Ausgleichselement 12, welches insbesondere als Federzunge ausgebildet sein kann. Solche Ausgleichselemente 12, insbesondere Federzungen, sind vorzugsweise umfänglich gleichmäßig verteilt angeordnet, insbesondere in einem Winkelabstand von 60 Grad oder 45 Grad, damit die durch die Ausgleichselemente 12 bewirkte Einspannung der Wälzkörper 7 durch die beiden Ringe, Innenring 4 und Außenring 6, sowie der angestrebte Toleranzausgleich zwischen innerer Mantelfläche beziehungsweise Innenseite 3 und Wälzlager 5 über den Umfang betrachtet möglichst gleichmäßig erfolgt. Dieses trägt vorteilhafterweise zu einer Verbesserung der Laufeigenschaften des Wälzlagers 5 bei.
Des Weiteren ist in Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäß ausgebildete Lenksäule 1 gezeigt, welche eine mit dem Chassis eines hier nicht gezeigten Kraftfahrzeugs verbindbare eine Konsole 14 umfassende Trageinheit aufweist, an welcher eine Stelleinheit 15 verstellbar gehalten ist. Die Konsole 14 kann am Chassis des Kraftfahrzeugs, beispielsweise über Befestigungsbohrungen, befestigt werden kann. Die Stelleinheit 15 umfasst ein als Lenkwellenlagereinheit 2 dienendes Mantelrohr 16, in welchem eine Lenkspindel 10 drehbar gelagert ist. Am lenkradseitigen Ende 17 der Lenkspindel 10 kann ein in Fig. 3 nicht gezeigtes Lenkrad befestigt werden. Die Lenkspindel 10 dient dazu, ein von einem Fahrer über das Lenkrad auf die Lenkspindel 10 eingebrachtes Lenkmoment in bekannter Weise auf ein in Fig. 3 nicht gezeigtes, lenkbares Rad zu übertragen. Die Lenkspindel 10 kann dabei die Lenkbewegung von dem Lenkrad auf das lenkbare Rad unter Zwischenschaltung eines Lenkgetriebes, gegebenenfalls unter Zuhilfenahme einer Hilfskraftunterstützung, übertragen.
Das Mantelrohr 16 ist in einem Tragrohr 18 in einer Längsverstellrichtung X verschiebbar gehalten, wobei sich die Längsverstellrichtung X in Achsenrichtung der Lenkspindel 10 erstreckt. Durch eine Verstellung des Mantelrohrs 16 gegenüber dem Tragrohr 18 kann eine Längsverstellung der Lenkspindel 10 und damit des nicht dargestellten Lenkrades zur Anpassung der Position des Lenkrades an die Sitzposition eines Fahrers des Kraftfahrzeugs erreicht werden. Das Tragrohr 18 ist verschwenkbar an der Konsole 14 befestigt und kann um eine Schwenkachse gegenüber der Konsole 14 verschwenkt werden. Eine Verstellbarkeit der Stelleinheit 15 in einer Höhenverstellrichtung Z, die im Wesentlichen senkrecht zur Längsverstellrichtung X orientiert ist, wird darüber ermöglicht, dass das Mantelrohr 16 über einen Verschwenkmechanismus 19 an der Konsole 14 gehalten ist. Damit ergibt sich eine Verschwenkbarkeit des Mantelrohrs 16 und der Lenkspindel 10 gegenüber der Trageinheit und insbesondere gegenüber der Konsole 14 um die Schwenkachse derart, dass auch eine Höhenverstellung des in Fig. 3 nicht gezeigten und an der Lenkspindel 10 angeordneten Lenkrades erreicht wird, um auch auf diese Weise eine Anpassung der Position des Lenkrades an die Sitzposition des Fahrers zu erreichen.
Fig. 4 zeigt eine Explosivdarstellung eines vorteilhaften Ausführungsbeispiels für eine Anordnung eines erfindungsgemäß ausgebildeten Toleranzausgleichselementes 12 mit Wälzlager 5, wobei das Toleranzausgleichselement 11 als Außenring 4 eines Wälzlagers 5 dient. Dazu weist der ringförmige Grundkörper 13 des Toleranzausgleichselementes 11 eine Anlagefläche auf, die als Laufbahn für die Wälzkörper 7 dient. Die innere Laufbahn des Wälzlagers 5 wird über einen Vermittlungsring 20, der über einen inneren Toleranzring 21 an der Lenkspindel 10 anliegt, an die Wälzkörper 7 gedrückt, um eine spielfreies Wälzlager 5 zu bilden. Bei dieser bevorzugten Ausgestaltung ist übernimmt das Toleranzausgleichselement 11 die Funktion des Außenrings 4 eines Wälzlagers 5, sodass unter Verwendung dieses Toleranzausgleichselementes 12 eine besonders kostengünstige und bezüglich des Gewichts verbesserte Lenksäule 1 realisiert werden kann.
Zur Veranschaulichung der Zusammenbaustellung ist in Figur 5 eine zusammengesetzte Konfiguration der Ringe gemäß der Explosivdarstellung aus Figur 4 gezeigt.
Figur 6 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäß ausgebildete Lenksäule 1 mit Toleranzausgleichselement 11, wobei die innere Mantelfläche 3 der Lenkwellenlagereinheit 2 einen Versatz 22 aufweist, der als Anschlag für das Toleranzausgleichselement 11 dient, und wobei das mindestens eine Ausgleichselement 12 eine
Hinterschneidung 23 aufweist. Durch die Hinterschneidung 23 wird das Ausbilden einer unverlierbaren Baueinheit ermöglicht. Der Versatz 22 der inneren Mantelfläche führt zu einer einfacheren und positionssicheren Montage des Toleranzausgleichselementes 11.
Bezugszeichenliste
1 Lenksäule
2 Lenkwellenlagereinheit
3 Innenseite
4 Außenring
5 Wälzlager
6 Innenring
7 Wälzkörper
8 Mantelfläche
9 Rotationsachse
10 Lenkspindel
11 Toleranzausgleichselement
12 Ausgleichselement
13 Grundkörper
14 Konsole
15 Stelleinheit
16 Mantelrohr
17 lenkradseitiges Ende
18 Tragrohr
19 Verschwenkmechanismus
20 Vermittlungsring
21 Toleranzring
22 Versatz
23 Hinterschneidung

Claims

Ansprüche
1. Lenksäule (1) für ein Kraftfahrzeug, aufweisend eine Lenkwellenlagereinheit (2), in der über ein Wälzlager (5) eine Lenkspindel (10) aufgenommen ist, wobei die Lenkwellenlagereinheit (2) eine innere Mantelfläche (3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der inneren Mantelfläche (3) der Lenkwellenlagereinheit (2) und dem Wälzlager (5) ein Toleranzausgleichselement (11) angeordnet ist, welches einen ringförmigen Grundkörper (13) und mindestens ein sich in axiale Richtung des Grundkörpers (13) erstreckendes an den Grundkörper (13) angeschlossenes Ausgleichselement (12) umfasst, wobei das mindestens eine Ausgleichselement (12) in radiale Richtung des Toleranzausgleichselements (11) zur spielfreien Überbrückung eines radialen Abstandes zwischen der inneren Mantelfläche (3) und dem Wälzlager (5) federelastisch vorgespannt ist.
2. Lenksäule (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige Grundkörper (13) einen sich radial in das Innere des ringförmigen Grundkörpers (13) erstreckenden umlaufenden Laufbahnabschnitt aufweist, wobei der Laufbahnabschnitt geometrisch so ausgebildet ist, dass er als äußere Wälzkörperlaufbahn dient.
3. Lenksäule (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Ausgleichselement (12) eine Hinterschneidung (23) aufweist.
4. Lenksäule (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Ausgleichselement (12) mindestens zwei Federzungen aufweist.
5. Lenksäule (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Federzungen trapezförmig sind.
6. Lenksäule (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Federzungen umfänglich gleichmäßig verteilt sind.
7. Lenksäule (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Toleranzausgleichselement (11) aus einem metallischen Werkstoff gefertigt ist.
8. Lenksäule (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Mantelfläche (3) der Lenkwellenlagereinheit (2) in einem Abschnitt, in dem das Wälzlager (5) angeordnet ist, mechanisch unbearbeitet ist.
9. Lenksäule (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Mantelfläche (3) der Lenkwellenlagereinheit (2) einen Versatz (22) aufweist, der als Anschlag für das Toleranzausgleichselement (11) dient.
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