WO2019238574A1

WO2019238574A1 - Lenksäule mit feedback-aktuator

Info

Publication number: WO2019238574A1
Application number: PCT/EP2019/065006
Authority: WO
Inventors: Hannes Kurz; Hieronymus Schnitzer
Original assignee: Thyssenkrupp Presta Ag; Thyssenkrupp Ag
Priority date: 2018-06-11
Filing date: 2019-06-07
Publication date: 2019-12-19
Also published as: DE102018209236A1; EP3802278A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lenksäule (1) mit einem Feedback-Aktuator für ein Steer-by-wire-Lenksystem eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine in einer Manteleinheit (2) um eine Längsachse (L) drehbar gelagerte Lenkspindel (3) und eine Aktuatoreinheit (6), die eine von einem elektrischen Stellmotor (62) um eine Rotorachse (R) drehend antreibbare Aktuatorwelle (63) aufweist, die mit der Lenkspindel (3) drehmomentschlüssig verbunden ist. Um eine Lenksäule (1) mit einem verbesserten Feedback-Aktuator anzugeben, der mit geringerem Aufwand herstellbar und flexibel anpassbar ist, schlägt die Erfindung vor, dass die Aktuatorwelle (63) über eine versatzausgleichend ausgebildete Entkopplungseinrichtung (7) mit der Lenkspindel (3) drehmomentschlüssig verbunden ist.

Description

Lenksäule mit Feedback-Aktuator

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Lenksäule mit einem Feedback-Aktuator für ein Steer-by-wire- Lenksystem eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine in einer Manteleinheit um eine Längsach- se drehbar gelagerte Lenkspindel und eine Aktuatoreinheit, die eine von einem elektrischen Stellmotor um eine Rotorachse drehend antreibbare Aktuatorwelle aufweist, die mit der Lenkspindel drehmomentschlüssig verbunden ist.

Steer-by-wire-Lenksysteme für Kraftfahrzeuge nehmen manuelle Lenkbefehle des Fahrers wie konventionelle mechanische Lenkungen durch Drehung eines Lenkrads entgegen, wel- ches an der Lenksäule fahrerseitig an der Lenkspindel befestigt ist. Ein in die Lenkspindel eingebrachter Lenkbefehl wird mittels Drehwinkel- bzw. Drehmomentsensoren erfasst, und ein daraus erzeugtes elektrisches Steuersignal wird an einen Lenksteller abgeben, der mit- tels eines elektrischen Stellantriebs einen entsprechenden Lenkeinschlag der Räder einstellt.

Bei steer-by-wire-Systemen erhält der Fahrer von den gelenkten Rädern keine unmittelbare mechanische Rückmeldung über den Lenkstrang, welche bei konventionellen mechanisch gekoppelten Lenkungen als Reaktions- bzw. Rückstellmoment in Abhängigkeit von der Fahr- bahnbeschaffenheit, der Fahrzeuggeschwindigkeit, dem aktuellen Lenkwinkel und weiterer Betriebszustände zum Lenkrad zurückgemeldet wird. Eine fehlende haptische Rückmeldung erschwert dem Fahrer jedoch, aktuelle Fahrsituationen sicher zu erfassen und angemessene Lenkmanöver durchzuführen, wodurch die Fahrzeuglenkbarkeit und damit die Fahrsicherheit beeinträchtigt werden.

Zur Erzeugung eines realistischen Fahrgefühls ist es im Stand der Technik bekannt, aus einer tatsächlichen momentanen Fahrsituation Parameter wie Fahrzeuggeschwindigkeit, Lenkwinkel, Lenkungs-Reaktionsmoment und dergleichen zu erfassen oder in einer Simulati- on zu berechnen, und aus diesen Größen ein Rückkopplungs-Signal zu bilden, welches in einen Feedback-Aktuator eingespeist wird. Der Feedback-Aktuator ist in die Lenksäule inte- griert und weist eine Aktuatoreinheit auf, die einen als Handmoment- oder Lenkradsteller dienenden elektrischen Stellantrieb umfasst. Mittels eines Stellmotors koppelt dieser Stellan- trieb abhängig vom Rückkopplungs-Signal ein dem realen Reaktionsmoment entsprechen- des Rückstellmoment (Feedbackmoment) über die Lenkspindel in das Lenkrad ein. Derartige „Force-feedback“-Systeme geben dem Fahrer den Eindruck einer realen Fahrsituation wie bei einer konventionellen, mechanisch gekoppelten Lenkung, was eine intuitive Reaktion er- leichtert.

Im Stand der Technik ist aus der WO 2010/1 12512 A1 eine Lenksäule mit einem Feedback- Aktuator bekannt, der eine von einem elektrischen Stellmotor um eine Rotorachse drehend antreibbare Aktuatorwelle aufweist. Die Aktuatorwelle wird gebildet durch die Rotorwelle des Stellmotors, und ist einstückig mit der Lenkspindel ausgebildet.

Die bekannte Lösung erfordert durch die direkte Kopplung der Rotorwelle mit der Lenkspin- del zur Erzeugung eines definierten Rückstellmoments eine hochgenaue und aufwendige Motorsteuerung. Außerdem ist die integrierte Bauweise der Lenkspindel mit dem Rotor auf- wendig in Herstellung und Montage, und unflexibel bezüglich der Anpassung an unterschied- liche Bauformen von Steer-by-Wire-Lenksystemen.

Angesichts der vorangehend erläuterten Problematik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lenksäule mit einem verbesserten Feedback-Aktuator anzugeben, der mit geringerem Aufwand herstellbar und flexibel anpassbar ist.

Darstellung der Erfindung

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Lenksäule mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bei einer Lenksäule mit einem Feedback-Aktuator für ein Steer-by-wire-Lenksystem eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine in einer Manteleinheit um eine Längsachse drehbar gelager- te Lenkspindel und eine Aktuatoreinheit, die eine von einem elektrischen Stellmotor um eine Rotorachse drehend antreibbare Aktuatorwelle aufweist, die mit der Lenkspindel drehmo- mentschlüssig verbunden ist, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Aktuatorwelle über eine versatzausgleichend ausgebildete Entkopplungseinrichtung mit der Lenkspindel dreh- momentschlüssig verbunden ist.

Dadurch, dass die Lenkspindel von der Aktuatorwelle separat ausgebildet ist, wird eine vor- teilhafte, rationelle Fertigung und Montage ermöglicht, ähnlich wie bei einer konventionellen Lenksäule. Eine Lagerung der Lenkspindel in zwei Lagern, bevorzugt Wälzlagern, die in der Manteleinheit mit Abstand in Richtung der Längsachse angeordnet sind, ermöglicht eine Op- timierung der Steifigkeit und Resonanzfrequenz. Die Aktuatoreinheit kann unabhängig von dem im Bereich der Lenkspindel zur Verfügung stehenden Bauraum baulich gestaltet und dimensioniert werden. Dadurch ist eine flexible Anpassung an unterschiedlich ausgebildete Lenksäulen mit relativ geringem Aufwand mög- lich. Beispielsweise kann zwischen dem Stellmotor und der davon angetriebenen Aktuator- welle ein Getriebe eingesetzt sein, so dass ein kleiner bauender Stellmotor einsetzbar ist.

Für spezielle Anwendungen ist ein Direktantrieb der Aktuatorwelle ebenfalls denkbar.

Sowohl für die Fertigung, als auch für einen sicheren und verschleißarmen Dauerbetrieb ist es vorteilhaft, dass zwischen der Aktuatorwelle und der Lenkspindel eine versatzausglei- chend ausgebildete Entkopplungseinrichtung angeordnet ist. Über die Entkopplungseinrich- tung kann ein von dem Feedback-Aktuator erzeugtes Rückstellmoment von der Aktuatorein- heit auf die Lenkspindel übertragen werden. Dabei ist vorteilhaft, dass ein möglicher Achs- versatz zwischen der Rotorachse der Aktuatorwelle und der Längsachse der Lenkspindel, der aufgrund von Toleranzen bei der Montage der Aktuatoreinheit, oder auch bei extrem ho- hen Belastungen im Betrieb auftreten kann, beispielsweise ein Radial- und/oder Winkelver- satz, von der Entkopplungseinrichtung kompensiert werden kann. Dadurch sind die Aktuator- welle und die Lenkspindel bezüglich der Übertragung potentiell schädlicher Radial- und Axi- alkräfte wirksam voneinander entkoppelt. Im Betrieb auftretende Reibung, Geräuschbildung und Verschleiß werden dadurch reduziert.

Für die optimierte Konstruktion einer Lenksäule ist es vorteilhaft, dass eine räumlich eindeu- tig definierte Lagerung der Lenkspindel in zwei auf der Längsachse beabstandeten Lagern, und auch eine definierte Lagerung der Aktuatorwelle erfolgen kann, ohne dass eine überdefi- nierte Lagersituation auftritt, die zu problematischen Lagerbelastungen selbst bei geringem Achsversatz oder Fehlorientierung führen kann. Dank der erfindungsgemäßen Entkopplung können die Lageranordnungen der Aktuatoreinheit und der Lenkspindel weitgehend unab- hängig voneinander optimiert werden, wodurch das Schwingungsverhalten, die Steifigkeit, das Verschleißverhalten und die Betriebssicherheit verbessert werden können.

Die Aktuatorwelle kann etwa in einem Mittenabschnitt in der Aktuatoreinheit aufgenommen sein. Weiterhin ist es denkbar und möglich, dass die Aktuatorwelle länger ausgebildet ist und bis zum Rand näher zur Rotorachse hin reicht oder auch aus der Aktuatoreinheit hinausragt.

Die Entkopplungseinrichtung kann radial- und/oder Winkel- und/oder axialversatzausglei- chend ausgebildet sein. Dadurch kann die Aktuatoreinheit mit geringeren Toleranzanforde- rungen hinsichtlich der exakten koaxialen Ausrichtung von Rotor- und Längsachse an der Lenksäule befestigt werden, wodurch der Fertigungs- und Montageaufwand verringert wer- den kann. Besonders vorteilhaft ist es, dass die Entkopplungseinrichtung zum Ausgleich von Radial- und Winkelversatz ausgebildet ist, wodurch die Hauptursachen schädlicher Lagerlas- ten weitgehend vermieden werden.

Bevorzugt kann die Entkopplungseinrichtung an einem aktuatorseitigen Ende der Lenkspin- del angebracht sein. Bei dieser Ausführung sind die Lenkspindel und die Aktuatorwelle in Achsrichtung hintereinander angeordnet. Bis auf einen eventuellen Achsversatz, der durch die Entkopplungseinrichtung kompensiert werden kann, fluchten die Rotorachse und die Längsachse. Das aktuatorseitige Ende befindet sich bezogen auf die Fahrtrichtung des Fahr- zeugs am vorderen, dem Fahrer abgewandten Ende der Lenkspindel. Dort ist die Aktuator- einheit fahrzeugseitig angebracht.

An dem aktuatorfernen, fahrerseitigen Ende kann die Lenkspindel bevorzugt Befestigungs- mittel zur Anbringung eines Lenkrads aufweisen, beispielsweise in Form eines Befestigungs- abschnitts umfassend Formschluss- und/oder Kraftschlusselemente.

Die Entkopplungseinrichtung kann eine mit der Aktuatorwelle verbindbare Aktuatorkupplung und eine mit der Lenkspindel verbindbare Spindelkupplung aufweisen. Die Aktuatorkupplung bildet die Eingangskupplung, über die von der Aktuatorwelle ein Rückstellmoment in die Ent- kopplungseinrichtung eingebracht werden kann, und die Spindelkupplung bildet die Aus- gangskupplung zur Übertragung des Rückstellmoments von der Entkopplungseinrichtung auf die Lenkspindel. Die Aktuator- und Spindelkupplung können form-, kraft- und/oder reib- schlüssig zusammenwirkende Kupplungselemente aufweisen, welche mit korrespondieren- den Kupplungselementen an der Aktuatorwelle und der Lenkspindel Zusammenwirken.

Die Entkopplungseinrichtung kann ein elastisches Übertragungseiement aufweisen. Das Übertragungselement dient zur Übertragung der Rückstellmoments zwischen Aktuatorwelle und Lenkspindel, wobei es eine Querverformung zulässt, um einen möglichen Radial- und/oder Winkelversatz nachgiebig aufnehmen zu können. Das Übertragungselement kann ein oder mehrere Federelemente oder Elastomerkörper aufweisen, welche im Drehmoment- schluss angeordnet sind, beispielsweise zwischen einer Aktuatorkupplung und einer Spindel- kupplung der Entkopplungseinrichtung. Vorzugsweise hat das Übertragungselement eine vorgegebene, relativ hohe Torsionssteifigkeit, um ein Rückstellmoment reaktionsschnell und mit geringem Winkelverzug übertragen zu können. Die Biegesteifigkeit kann vorgegeben werden, dass für einen gegebenen maximal zulässigen Achsversatz die über das Übertra- gungselement zwischen Aktuatorwelle und Lenkspindel übertragenen Querkräfte unterhalb eines vorgegebenen Grenzwerts bleiben.

Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass das Übertragungselement mindestens einen Elastomerkörper aufweist. Der Elastomerkörper kann ein oder mehrere gummielas- tisch verformbare Elemente aufweisen, beispielsweise einen Gummikörper oder ein Stahlkis- sen, ein oder mehrere Federelemente, welche einen runden oder unrunden Innenquerschnitt aufweisen können, der als drehmomentübertragendes Element zwischen Aktuator- und Spin- delkupplung angebracht ist. Die Elastizität und Steifigkeit können gewählt werden, dass die torsionale Verformung bei der Drehmomentübertragung innerhalb vorgegebener Toleranzen bleibt, wobei der geforderte Ausgleich von Wellenversatz gewährleistet ist. Der Elastomer- körper kann mit einer Aktuatorkupplung und einer Spindelkupplung verbunden sein, bei- spielsweise mittels einer stoff- und/oder formschlüssigen Verbindung, die zur Übertragung des Rückstellmoments geeignet ist, beispielsweise einer Verklebung oder Verschweißung.

In einer vorteilhaften Ausführungsform kann das Elastomerelement rohrförmig, mit einer hohlzylindrischen Grundform ausgebildet sein. Die Spindelkupplung kann einen mit dem Elastomerkörper verbundenen Innenring umfassen, mit dem die Lenkspindel drehmoment- schlüssig verbindbar ist. Der Elastomerkörper kann zwischen dem Innenring und einem Aus- senring gebildet sein. Der rohrförmige Innenring kann in der Öffnung angebracht sein, und kann seinerseits einen unrunden Innenquerschnitt haben, in den das akuatorseitige Ende der Lenkspindel formschlüssig zur Übertragung des Rückstellmoments axial eingreifen kann. Dadurch kann eine Spindelkupplung gebildet werden. Beispielsweise kann der Innenquer- schnitt korrespondierend zum Außenquerschnitt der Lenkspindel mehreckig ausgebildet sein, oder ein sogenanntes Kleeblattprofil haben, welches gebildet wird aus einer zylindri- schen oder mehreckigen Grundprofil, welches bogenförmige radiale Aus- und/oder Einfor- mungen aufweist. Mit dem Elastomerkörper, der beispielsweise aus einem Gummimaterial besteht, kann der Innenring formschlüssig, und alternativ oder bevorzugt zusätzlich stoff- schlüssig verbunden sein, beispielsweise durch Verkleben, Verschweißen oder Vulkanisie- ren. Dadurch weist das Übertragungselement die Spindelkupplung auf.

Eine rohrförmige Spindelkupplung mit einem vorangehend beschriebenen unrunden Öff nungsquerschnitt, in die das aktuatorseitige Ende der Lenkspindel formschlüssig axial, in Richtung der Längsachse einsteckbar ist, hat weiterhin den Vorteil einer einfachen Montier- barkeit. Die Aktuatoreinheit kann einfach über eine geeignete Verbindung in axialer Richtung am aktuatorseitigen, in Fahrtrichtung vorderen Ende der Manteleinheit fixiert werden, wobei die Lenkspindel formschlüssig in die erfindungsgemäße Entkopplungseinrichtung eingreift. Möglicherweise bei dieser Verbindung auftretender Achsversatz zwischen der Aktuatorwelle und der Lenkspindel wird durch die Entkopplungseinrichtung ausgeglichen, und die Lenk- spindel ist gegen unerwünschte und potentiell beeinträchtigende Querlasten entkoppelt. Da- durch kann der Fertigungs- und Montageaufwand reduziert werden.

An dem Elastomerelement kann weiterhin ein Außenring angebracht sein, der mit der Aktua- torkupplung verbindbar ist. Beispielsweise kann an einem hohlzylindrischen Elastomerele- ment außen ein rohrförmiger Außenring stoff- und/oder formschlüssig festgelegt sein, der mit einer korrespondierenden Aufnahmeeinrichtung der Aktuatorwelle verbindbar ist.

Eine Ausführungsform kann vorsehen, dass das Übertragungselement mindestens ein star- res Verstärkungselement aufweist. Mittels eines oder mehrerer Verstärkungselemente, die zusammen mit dem Übertragungselement im Kraftfluss der Drehmomentübertragung liegen, kann die Verformbarkeit bzw. die Steifigkeit der Entkopplungseinrichtung gezielt vorgegeben oder begrenzt werden. Ein Verstärkungselement kann bevorzugt aus einem Material mit hö- herer Steifigkeit als das Elastomermaterial ausgebildet sein, beispielsweise können ein oder mehrere stiftförmige Metall- oder Stahlelemente mit einem gummiartigen Elastomerkörper verbunden sein, und bevorzugt darin eingebettet und stoffschlüssig fixiert werden. Die stift- förmigen Elemente können parallel zur Längsachse angeordnet sein, wodurch die Torsions- steifigkeit und die Biegesteifigkeit eingestellt werden können. Es ist denkbar und möglich, dass ein oder mehrere Verstärkungselemente als Rippen oder Federelemente, wie beispiels- weise eine Tellerfeder, ausgebildet sind, welche parallel zueinander ausgebildet sind und senkrecht zur Längsachse angeordnet sind. Die Verstärkungselemente können weiterhin X- förmig oder V-förmig angeordnet sind. Weiterhin kann durch ein Verstärkungselement eine Überlastsicherung realisiert sein, welche bei einer Beschädigung des Elastomerkörpers wei- terhin eine Drehmomentübertragung ermöglicht.

Eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung sieht vor, dass die Kupplungseinrichtung eine Überlastkupplung mit im losen Formschluss angeordneten Formschlusselementen aufweist. Die Überlastkupplung kann im Drehmomentfluss zwischen Aktuatorwelle und Lenkspindel parallel zum Übertragungselement angeordnet sein. Im normalen Betrieb, wenn das Übertra- gungselement durch das übertragene Rückstellmoment innerhalb vorgegebener Winkeltole- ranzen tordiert wird, haben die miteinander korrespondierenden Formschlusselemente, die eingangsseitig drehfest mit der Akuatorwelle und ausgangsseitig mit der Lenkspindel verbun- den sind, bezüglich Drehung um die Längsachse Winkelspiel zueinander, und tragen nicht zur Drehmomentübertragung bei. Erst falls das Übertragungselement durch Überlastung oder Beschädigung über die Winkeltoleranz hinaus tordiert wird, kommen die Formschluss- elemente in Umfangsrichtung in Eingriff miteinander und bilden einen zur Drehmomentüber- tragung wirksamen Formschluss zwischen Aktuatorwelle und Lenkspindel. Beispielsweise kann ein Formschlusselement einen über eine Aktuatorkupplung mit der Aktuatorwelle ver- bundenen Flansch mit einer unrunden Formschlussöffnung aufweisen, durch die sich die korrespondierend unrunde Lenkspindel in Achsrichtung im losen Formschluss erstreckt, wo bei sie im weiteren Verlauf in bestehendem Formschluss über eine Spindelkupplung drehmo- mentschlüssig mit der Entkopplungseinrichtung verbunden ist.

Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Manteleinheit ein in einem Außenmantelrohr teleskopierbar angeordnetes Innenmantelrohr, und die Lenkspindel eine in einer Außenspin- del teleskopierbar angeordnete Innenspindel aufweist. Dadurch wird eine an sich bekannte, in Längsrichtung parallel zur Längsachse verstellbare Lenksäulenanordnung realisiert. Die Aktuatoreinheit kann am vorderen, aktuatorseitigen Ende der unteren, karosserieseitig axial fixierten Manteleinheit fixiert sein.

Eine vorteilhafte Ausführung kann vorsehen, dass die Lenkspindel in der Manteleinheit in zwei mit Abstand in Richtung der Längsachse angeordneten Lagern gelagert ist. Durch die beiden Lager wird eine räumlich definierte Lagerung erzeugt, beispielsweise kann die Lenk- spindel in zwei Wälzlagern in der Manteleinheit gelagert sein, wodurch eine hohe Steifigkeit der Lenksäule gewährleistet ist. Bei einer längsverstellbaren Lenksäule kann eine fahrerseiti- ge, hintere Lenkspindel, welche mit einer aktuatorseitigen, vorderen Lenkspindel drehmo- mentschlüssig, längs teleskopierbar verbunden ist, in zwei Lagern in einem fahrerseitigen, hinteren Mantelrohr gelagert sein, welches relativ zu einem aktuatorseitigen, vorderen Man- telrohr teleskopierbar ist. Die Aktuatoreinheit kann mit dem vorderen Mantel verbunden sein, wobei die Aktuatorwelle erfindungsgemäß über die Entkopplungseinrichtung mir der vorde- ren Lenkwelle verbunden ist. Dadurch, dass ein durch hohe Quer- oder Biegekräfte erzeug- ter Achsversatz ausgeglichen wird, wird eine verbesserte Übertragung von Rückstellmomen- ten und eine Teleskopierbarkeit gewährleistet.

Die hintere Lenkspindel kann eine rohrförmige Außenspindel sein, an der fahrerseitig ein Lenkrad anbringbar ist, und in die aktuatorseitig, von vorn eine als Innenspindel ausgebildete vordere Lenkspindel drehmomentschlüssig und teleskopierbar eintaucht. Der vordere, aktua- torseitige Mantel kann als Außenmantelrohr ausgebildet sein, in das von hinten der als In- nenmantelrohr ausgebildete hintere, fahrerseitige Mantel teleskopierbar eintaucht. Die Tele- skopanordnungen von Lenkspindel und Manteleinheit können prinzipiell auch jeweils umge- kehrt ausgebildet sein. Beschreibung der Zeichnungen

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnun- gen näher erläutert. Im Einzelnen zeigen:

Figur 1 eine erfindungsgemäße Lenksäule in einer schematischen perspektivischen

Ansicht,

Figur 2 die Lenksäule gemäß Figur 1 in einer weiteren perspektivischen Ansicht,

Figur 3 ein Längsschnitt durch eine Lenksäule gemäß Figur 1 ,

Figur 4 eine teilweise perspektivische Ansicht der Lenksäule gemäß Figur 1 in ausein- ander gezogenem Zustand,

Figur 5 die Entkopplungseinrichtung in einer vergrößerten Detailansicht von Figur 4,

Figur 6 eine weitere Ansicht wie in Figur 5 in auseinander gezogenem Zustand,

Figur 7 eine Explosionsdarstellung der Entkopplungseinrichtung der Lenksäule ge- mäß der vorangehenden Figuren.

Ausführungsformen der Erfindung

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Lenksäule für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen ver- sehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.

Figuren 1 und 2 zeigen in unterschiedlichen perspektivischen Ansichten eine Lenksäule 1 eines steer-by-wire-Lenksystems, in Figur 1 von hinten links, und in Figur 2 von hinten rechts, jeweils bezogen auf die Fahrtrichtung.

Die Lenksäule umfasst eine Manteleinheit 2, in der eine Lenkspindel 3 um ihre Längsachse L drehbar gelagert ist. An ihrem hinteren, fahrerseitigen Ende weist die Lenkspindel 3 einen Befestigungsabschnitt 30 zur Anbringung eines hier nicht dargestellten Lenkrads auf. Eine Trageinheit 4 weist Befestigungsöffnungen 41 zur Anbringung an einer nicht dargestell- ten Fahrzeugkarosserie auf, und hat zwei nach unten gerichtete Seitenwangen 42, zwischen denen die Manteleinheit 2 aufgenommen ist.

Eine Feststelleinrichtung 5 kann durch Drehung eines Feststellhebels 51 , der mit einer Span- nachse 52 verbunden ist, wahlweise in Fixier- oder Löseposition umgeschaltet werden. In Fixierposition ist die Manteleinheit 2 positionsfest zwischen den Seitenwangen 42 einge- spannt. In Löseposition kann die Manteleinheit 2 zur Höhenverstellung der Lenksäule 1 um eine im vorderen Bereich angeordnete horizontale Schwenkachse 53 in Höhenrichtung H auf oder ab verschwenkt werden, wie mit dem Doppelpfeil angedeutet.

Die Manteleinheit 2 wird gebildet durch ein Außenmantelrohr 21 , in dem ein Innenmantelrohr 22 in Längsrichtung, d.h.in Richtung der Längsachse L teleskopierbar aufgenommen ist, wie mit dem Doppelpfeil angedeutet.

Die Lenkspindel 3 weist eine Innenspindel 31 auf, die in Längsrichtung teleskopierbar in eine Außenspindel 32 eingesetzt ist. Am hinteren, fahrerseitigen Ende weist die Außenspindel 32 den Befestigungsabschnitt 30 auf. Die Außenspindel 32 ist in zwei Lagern 33, bevorzugt Wälzlagern, die Abstand in Richtung der Längsachse L haben, in dem Innenmantelrohr 22 um die Längsachse L drehbar gelagert. Die Anordnung der Lager 33 ist in Figuren 3 und 4 erkennbar, wobei in Figur 4 zur besseren Übersicht das Außenmantelrohr 21 weggelassen ist.

Die Innenspindel 31 hat ein unrundes Außenprofil, im dargestellten Beispiel ein sogenanntes Kleeblattprofil, welches eine quadratische Grundform mit im Querschnitt bogenförmigen, nutförmigen Einformungen 750 hat. Das Außenprofil ist bezüglich Drehung um die

Längsachse L formschlüssig in das Innenprofil der Außenspindel 32 eingesetzt, wie Figur 5 deutlich entnehmbar ist.

Am vorderen Ende der Manteleinheit 2 ist eine Aktuatoreinheit 6 angebracht, die über einen flanschförmigen Adapter 61 mit dem vorderen, aktuatorseitigen Ende des Außenmantels 21 verbunden ist. Die Aktuatoreinheit 6 umfasst einen elektrischen Stellmotor 62, von dem über ein im Einzelnen nicht dargestelltes Getriebe eine Aktuatorwelle 63 um eine Rotorachse R drehend antreibbar ist, wie in dem Längsschnitt von Figur 3 erkennbar ist.

Die Aktuatorwelle 63 ist in zwei Rotorlagern 64, die Abstand voneinander in Richtung der Rotorachse R haben, in der Aktuatoreinheit 6 drehbar gelagert. Die Aktuatorwelle 63 kann, wie in Figur 3 dargestellt, etwa in einem Mittenabschnitt in der Aktuatoreinheit 6 aufgenom- men sein. Weiterhin ist es denkbar und möglich, dass die Aktuatorwelle 63 länger ausgebil- det ist und bis zum Rand näher zur Rotorachse R hin reicht oder auch aus der Aktuatorein- heit 6 hinausragt.

Bei optimaler Montage und ohne Einwirkung hoher Biegelasten ist die Rotorachse R iden- tisch mit der Längsachse L, durch Toleranzen und/oder hohe von außen einwirkende Quer- kräfte kann ein Achsversatz auftreten, nämlich ein Winkel- und/oder Querversatz.

Zwischen der Aktuatorwelle 63 und der Innenspindel 31 ist eine Entkopplungseinrichtung 7 eingesetzt, die anhand der Darstellungen in den Figuren 3 bis 7 erläutert wird.

Mit der Aktuatorwelle 63 ist eine hohlzylindrische Aktuatorkupplung 71 , im gezeigten Beispiel einstückig, ausgebildet, die topfförmig zur Lenkspindel 3 hin geöffnet ist.

In die Aktuatorkupplung 71 ist ein Übertragungselement 72 drehfest eingesetzt. Dieses weist einen hohlzylindrischen, rohrförmigen Elastomerkörper 73 auf, beispielsweise einen Gummi- körper. Auf dessen äußerer Mantelfläche ist ein rohrabschnittförmiger Außenring 74 ange- bracht, beispielsweise durch stoffschlüssige Verbindung wie Vulkanisieren, Verkleben oder dergleichen. Der Außenring 74 ist drehfest mit der Aktuatorkupplung 71 verbunden.

Innen in der Öffnung des Elastomerkörpers 73 ist ein Innenring 75 befestigt, der einen form- schlüssig bezüglich Drehung um die Längsachse L mit dem Außenquerschnitt der Innenspin- del 31 korrespondierenden, im Beispiel kleeblattförmigen Innenquerschnitt hat. Der Innenring 75 kann ebenfalls stoffschlüssig mit dem Elastomerkörper 73 verbunden sein, und kann zu- sätzlich durch die unrunde Kleeblattform, die axial durchgehende, nutförmige Einformungen 750 hat, formschlüssig fixiert sein.

In den Innenring 75 kann die Innenspindel 31 in Längsrichtung ähnlich wie in die Außenspin- del 32 formschlüssig eingreifen. Dadurch bildet der Innenring eine Spindelkupplung zur dreh- momentschlüssigen Verbindung des elastischen Übertragungselements 72 und dadurch der Entkopplungseinrichtung 7 mit der Lenkspindel 3.

Mit dem Elastomerkörper 73 sind mehrere stiftförmige Verstärkungselemente 76 verbunden, vorzugsweise Metallstifte, beispielsweise Stahlstifte, die parallel zur Längsachse L bevorzugt unlösbar in das elastische Material eingebettet sind. Die Verstärkungselemente 76 können sich entlang der nutförmigen Einformungen 750 erstrecken, und eine Erhöhung der Torsions- steifigkeit des Übertragungselements 72 bewirken.

Es ist möglich, dass die Verstärkungselemente 76 bezüglich einer Drehmomentübertragung als Begrenzungselemente dienen. Hierzu können sie bezüglich der nutförmigen Einformun- gen 750 in losem Formschluss in Umfangsrichtung elastisch in dem Elastomerkörper 73 ge- halten werden. Dadurch kann die Torsionssteifigkeit erhöht werden, und die maximale Torsi- on dadurch begrenzt werden, dass die Verstärkungselemente 76 in Eingriff mit den Einfor- mungen 750 kommen.

An der Aktuatorkupplung 71 ist eine Überlastkupplung 77 angebracht. Diese ist im Beispiel scheibenförmig ausgebildet und weist eine zentrale Kupplungsöffnung 770 auf. Die Kupp- lungsöffnung 770 nimmt im zusammengesetzten Zustand, wie beispielsweise in den Figuren 3 oder 6 gezeigt, die unrunde Innenwelle 31 bezüglich Drehung um die Längsachse L in lo- sem Formschluss auf. Damit ist gemeint, dass die Innenform der Kupplungsöffnung 770 mit der Außenform der Innenwelle 31 korrespondiert, beispielsweise wie diese kleeblattförmig ausgebildet ist, wobei im normalen Betrieb Spiel vorhanden ist, und kein Drehmoment über- tragen wird. Erst wenn das Übertragungselement 72 durch ein hohes Drehmoment über einen vorgegebenen Grenzwert hinaus tordiert wird, kommt der Formschluss zwischen Kupplungsöffnung 770 und Innenspindel 31 wirksam zustande, und das Drehmoment wird von der Aktuatorkupplung 71 und die Überlastkupplung 77 an dem Übertragungselement 72 vorbei auf die Lenkspindel 3 übertragen.

Durch seine Elastizität kann der Elastomerkörper 73 einen Achsversatz zwischen dem Au- ßenring 74 und dem Innenring 75 elastisch aufnehmen, wodurch ein Winkel- und/oder Quer- versatz zwischen der Rotorachse R und Längsachse L ausgeglichen werden kann, der bei- spielsweise durch eine extrem hohe Querlast auf die Manteleinheit 2 und/oder Toleranzen bei der Montage der Aktuatoreinheit 6 an der Manteleinheit 2 auftreten kann.

Die Montage der Aktuatoreinheit 6 wird dadurch vereinfacht, dass beim Anflanschen des Adapters 61 die Innenspindel 31 formschlüssig in den Innenring 75 eintaucht, wodurch die drehmomentschlüssige Kupplung erzeugt wird.

Durch den Versatzausgleich der Entkopplungseinrichtung 7 kann die Lenkspindel 3 wie ge- zeigt zweifach in Lagern 33 in der Manteleinheit 2 gelagert sein, und auch die Aktuatorwelle 63 kann in den Lagern 64 zweifach in der Aktuatoreinheit gelagert sein, ohne dass potentiell schädliche Kräfte auf die Lenkspindel 3 und/oder die Manteleinheit 2 wirken.

Bezugszeichenliste

1 Lenksäule

2 Manteleinheit

21 Außenmantelrohr

22 Innenmantelrohr

3 Lenkspindel

30 Befestigungsabschnitt

31 Innenspindel

32 Außenspindel

33 Lager

4 Trageinheit

41 Befestigungsöffnungen

42 Seitenwangen

5 Feststelleinrichtung

51 Feststellhebel

52 Spannachse

53 Schwenkachse

6 Aktuatoreinheit

61 Adapter

62 Stellmotor

63 Aktuatorwelle

64 Rotorlager

7 Entkopplungseinrichtung

71 Aktuatorkupplung

72 Übertragungselement

73 Elastomerkörper

74 Außenring

75 Innenring / Spindelkupplung

76 Verstärkungselement

77 Überlastkupplung

770 Kupplungsöffnung

L Längsachse

R Rotorachse

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Lenksäule (1 ) mit einem Feedback-Aktuator für ein Steer-by-wire-Lenksystem eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine in einer Manteleinheit (2) um eine Längsachse (L) drehbar gelagerte Lenkspindel (3) und eine Aktuatoreinheit (6), die eine von einem elektrischen Stellmotor (62) um eine Rotorachse (R) drehend antreibbare Aktuator- welle (63) aufweist, die mit der Lenkspindel (3) drehmomentschlüssig verbunden ist, dadurch gekennzeichnet,

dass die Aktuatorwelle (63) über eine versatzausgleichend ausgebildete Entkopp- lungseinrichtung (7) mit der Lenkspindel (3) drehmomentschlüssig verbunden ist.

2. Lenksäule nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass Entkopplungseinrichtung (7) radial- und/oder Winkel- und/oder axialversatzausgleichend ausgebildet ist.

3. Lenksäule nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entkopplungseinrichtung (7) an einem aktuatorseitigen Ende der Lenkspin- del (3) angebracht ist.

4. Lenksäule nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entkopplungseinrichtung (7) eine mit der Aktuatorwelle (63) verbindbare Ak- tuatorkupplung (71 ) und eine mit der Lenkspindel (3) verbindbare Spindelkupplung (75) aufweist.

5. Lenksäule nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entkopplungseinrichtung (7) ein elastisches Übertragungselement (72) auf- weist.

6. Lenksäule nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungsele- ment (72) mindestens einen Elastomerkörper (73) aufweist.

7. Lenksäule nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertra- gungselement (72) mindestens ein starres Verstärkungselement (76) aufweist.

8. Lenksäule nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindelkupplung einen mit dem Elastomerkörper (73) verbundenen Innenring (75) umfasst, mit dem die Lenkspindel (3) drehmomentschlüssig verbindbar ist.

9. Lenksäule nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entkopplungseinrichtung (7) eine Überlastkupplung (77) mit im losen Form- schluss angeordneten Formschlusselementen (770, 31 ) aufweist.

10. Lenksäule nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Manteleinheit (2) ein in einem Außenmantelrohr (21 ) teleskopierbar ange- ordnetes Innenmantelrohr (22), und die Lenkspindel (3) eine in einer Außenspindel (32) teleskopierbar angeordnete Innenspindel (31 ) aufweist.

1 1. Lenksäule nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkspindel (3) in der Manteleinheit (2) in zwei mit Abstand in Richtung der Längsachse (L) angeordneten Lagern (33) gelagert ist.