WO2021028098A1 - Lenksäulenanordnung für ein kraftfahrzeug - Google Patents

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WO2021028098A1
WO2021028098A1 PCT/EP2020/066284 EP2020066284W WO2021028098A1 WO 2021028098 A1 WO2021028098 A1 WO 2021028098A1 EP 2020066284 W EP2020066284 W EP 2020066284W WO 2021028098 A1 WO2021028098 A1 WO 2021028098A1
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WO
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steering column
drive unit
tolerance ring
rack
arrangement according
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Application number
PCT/EP2020/066284
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English (en)
French (fr)
Inventor
David Heraud
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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.)
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Publication date
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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
    • B62D1/18—Steering columns yieldable or adjustable, e.g. tiltable
    • B62D1/181—Steering columns yieldable or adjustable, e.g. tiltable with power actuated adjustment, e.g. with position memory
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
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    • B62D1/02—Steering controls, i.e. means for initiating a change of direction of the vehicle vehicle-mounted
    • B62D1/16—Steering columns
    • B62D1/18—Steering columns yieldable or adjustable, e.g. tiltable
    • B62D1/19—Steering columns yieldable or adjustable, e.g. tiltable incorporating energy-absorbing arrangements, e.g. by being yieldable or collapsible
    • B62D1/195—Yieldable supports for the steering column
    • 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
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D7/00—Slip couplings, e.g. slipping on overload, for absorbing shock
    • F16D7/007—Slip couplings, e.g. slipping on overload, for absorbing shock the torque being transmitted and limited by rolling surfaces skidding, e.g. skew needle rollers
    • 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
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D7/00—Slip couplings, e.g. slipping on overload, for absorbing shock
    • F16D7/04—Slip couplings, e.g. slipping on overload, for absorbing shock of the ratchet type
    • F16D7/06—Slip couplings, e.g. slipping on overload, for absorbing shock of the ratchet type with intermediate balls or rollers
    • F16D7/10—Slip couplings, e.g. slipping on overload, for absorbing shock of the ratchet type with intermediate balls or rollers moving radially between engagement and disengagement

Definitions

  • the invention relates to a steering column arrangement for a motor vehicle.
  • steering columns in cars are manually or electrically adjustable in height and length.
  • the longitudinal adjustment is often implemented as a telescopic tube between the housing, which carries out the pivoting movement for the height adjustment, and the telescopic tube, often referred to as a crash tube or guide tube.
  • some steering columns have a so-called easy-entry function, which enables a steering column body of the steering column to be retracted as deeply as an adjustment range of the steering column allows.
  • the adjustment range of the steering column usually has a stroke of 25 mm to 35 mm.
  • DE 102008 060225 B4 discloses an adjustable steering column for a motor vehicle with a steering column body for supporting a rotatable steering shaft, a clamping mechanism for implementing a stepless adjustability of the steering shaft along the longitudinal direction of the steering column body and an energy absorption mechanism for energy-consuming displacement of the steering shaft in the event of an accident.
  • the invention is therefore based on the object of providing an improved steering column arrangement for a motor vehicle which enables the steering column to be adjusted more extensively and, in the event of a crash, also provides an effective energy absorption mechanism which can fulfill its function in different operating modes of the steering column.
  • the present invention provides a steering column arrangement for a motor vehicle, with a steering column and a drive for axially adjusting the steering column, which has a rack, a drive unit and a pinion connected to an output shaft of the drive unit, which is in engagement with the rack Power transmission path between the drive unit and the rack, a torque limiting element is arranged, which is designed to limit a torque acting from the drive unit on the rack and vice versa from a predetermined threshold value.
  • One idea of the present invention is, on the one hand, to enable a structurally simple mechanism for the axial adjustment of the steering column. This is made possible by forming the steering column with a rack integrally arranged therein which meshes with a pinion of the drive unit. Thus, the mechanism for axial adjustment of the steering column with a low number of moving parts, few components and reduced complexity.
  • the provision of the torque limiting element enables the torque generated by the drive unit to be transmitted via the pinion which is in engagement with the rack during normal operation of an adjustment of the steering column.
  • the torque limitation thus enables an axial adjustment of the steering column in the direction of the impact energy, the torque limiting element providing a counterforce or an adjustment resistance of the steering column in the axial direction and thus effective energy absorption of the impact energy generated.
  • the torque limiting element is formed by a tolerance ring arranged between an inner surface of an opening of the pinion and an outer surface of the output shaft of the drive unit.
  • the tolerance ring is thus advantageously able to enable an effective torque limitation of the power transmission between the drive unit and the rack and vice versa due to the occurrence of slip from the predetermined threshold value.
  • the tolerance ring is pressed onto the output shaft of the drive unit and with the Pinion is connected.
  • the predetermined threshold value is exceeded, a corresponding slip occurs in an advantageous manner between the inner surface of the tolerance ring and the outer surface of the output shaft of the drive unit.
  • the tolerance ring is pressed into the pinion on the inner surface of the opening and is connected to the output shaft of the drive unit in a rotationally test.
  • the tolerance ring is pressed into the pinion on the inner surface of the opening and is connected to the output shaft of the drive unit in a rotationally test.
  • the tolerance ring has a plurality of projections on an outer surface, a first contact surface of the projections of the tolerance ring with the inner surface of the opening of the pinion being less than a second contact surface of an inner surface of the tolerance ring with the outer surface of the output shaft Drive unit is. Due to the higher surface pressure of the first contact surface of the projections of the tolerance ring with the inner surface of the opening of the pinion compared to the second contact surface of the inner surface of the tolerance ring with the outer surface of the output shaft of the drive unit, the torsional strength between the tolerance ring and the inner surface of the opening of the pinion can advantageously be guaranteed become.
  • the tolerance ring has a plurality of projections on an inner surface, with a third contact surface of the projections of the tolerance ring with the outer surface of the output shaft of the drive unit less than a fourth contact surface of an outer surface of the tolerance ring with the inner surface of the opening of the Pinion is. Due to the higher surface pressure of the third contact surface of the projections of the tolerance ring with the outer surface of the output shaft of the drive unit compared to the fourth contact surface of the outer surface of the tolerance ring with the inner surface of the opening of the Pinion can advantageously be guaranteed the torsional strength between the tolerance ring and the outer surface of the output shaft of the drive unit.
  • the tolerance ring has an interruption gap along its circumference.
  • the interruption gap advantageously ensures that the tolerance ring has sufficient expandability in the event of thermal effects.
  • the drive unit is fastened to a plate that is fixed to the vehicle, and the plate has an opening through which the output shaft of the drive unit is passed.
  • the drive unit can be effectively separated or decoupled from the steering column due to its arrangement on the plate fixedly arranged in the vehicle.
  • a locking torque of the drive unit is greater than a maximum torque that can be transmitted between the drive unit and the rack by the torque limiting element.
  • the axial impact energy acting essentially in the axial direction of the steering column can thus advantageously be absorbed or absorbed by the torque limiting element.
  • the torque limiting element by a friction clutch, in particular a Slipping clutch, a locking body clutch, a hydrodynamic clutch or an electrodynamic clutch is formed.
  • the torque limiting element can thus advantageously be designed in the most varied of ways in order to enable the torque limiting function according to the invention between the drive unit and the rack.
  • the drive unit is formed by an electrical machine or a unit comprising an electrical machine coupled to a transmission.
  • the term drive unit can therefore be understood to mean a plurality of different embodiments or configurations of the drive unit.
  • the rack is arranged on the steering column and the drive unit is fixed to the vehicle, the steering column being axially adjustable relative to the drive unit fixed to the vehicle along the rack arranged on the steering column.
  • FIG. 1 shows a longitudinal sectional view of a steering column arrangement for a motor vehicle according to a preferred embodiment of the invention
  • FIG. 2 shows an enlarged detailed illustration of that shown in FIG
  • Fig. 3 is a schematic representation of a detail of the
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a pinion engaging in a toothed rack of the steering column and a
  • FIG. 5 is an enlarged detailed view of that shown in FIG.
  • the steering column arrangement 1 for the motor vehicle has a steering column 10 and a drive 11 for axially adjusting the steering column 10.
  • the drive 11 for axially adjusting the steering column 10 has a rack 12 arranged on the steering column 10, a drive unit 14 fixed to the vehicle and a pinion 18 connected to an output shaft 16 of the drive unit 14.
  • the rack 12 can be fixed to the vehicle and the drive unit 14 can be arranged on the steering column 10.
  • the drive unit 14 is formed by a unit comprising an electrical machine coupled to a transmission, which is also referred to as a motor / transmission unit or power pack.
  • the steering column 10 is axially adjustable relative to the drive unit 14, which is arranged fixed to the vehicle, along the rack arranged on the steering column 10. A torque generated by the drive unit 14 is thus transmitted to the rack 12 through the pinion 18. The rotational movement of the pinion 18 thus effects the axial adjustment of the steering column 10 along the rack 12 relative to the drive unit 14.
  • FIG. 2 shows an enlarged detailed illustration of the longitudinal sectional view shown in FIG. 1 of the steering column arrangement for the motor vehicle according to the preferred embodiment of the invention.
  • the drive 11 has the rack 12 arranged on the steering column 10, the drive unit 14 which is fixed to the vehicle and the pinion 18 connected to the output shaft 16 of the drive unit 14.
  • the pinion 18 is in engagement with the rack 12.
  • a torque limiting element 20 is arranged in a power transmission path between the drive unit 14 and the rack 12.
  • the torque limiting element 20 is designed to limit a torque acting from the drive unit 14 on the rack 12 and vice versa from a predetermined threshold value.
  • the drive unit 14 is attached to a plate 24 that is fixed to the vehicle.
  • the plate 24 has an opening 26 through which the output shaft 16 of the drive unit 14 is passed.
  • FIG 3 shows a schematic representation of a detail of the steering column arrangement for the motor vehicle according to the preferred embodiment of the invention.
  • the torque limiting element 20 is formed by a tolerance ring arranged between an inner surface 18al of an opening of the pinion 18 and an outer surface of the output shaft 16 of the drive unit 14.
  • the tolerance ring is pressed onto the output shaft 16 of the drive unit 14 and is non-rotatably connected to the pinion 18.
  • a locking torque of the drive unit 14 is greater than a maximum torque that can be transmitted between the drive unit 14 and the rack 12 by the torque limiting element 20.
  • the torque limiting element 20 is formed by a friction clutch, in particular a slip clutch.
  • the torque limiting element can be formed, for example, by a locking body coupling, a hydrodynamic coupling or an electrodynamic coupling.
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a pinion engaging a rack of the steering column and a torque limiting element of the steering column arrangement for the motor vehicle according to the preferred embodiment of the invention.
  • the tolerance ring has a plurality of projections 20b on an outer surface 20a.
  • a first contact area of the projections 20b of the tolerance ring with the inner surface 18a1 of the opening 18a of the pinion 18 is smaller than a second contact area of an inner surface 20c of the Tolerance ring with the outer surface 16a of the output shaft 16 of the drive unit 14.
  • the tolerance ring also has an interruption gap 22 along its circumference.
  • the interruption gap enables thermal expansion of the tolerance ring.
  • the plurality of protrusions 20b of the torque limiting member 20 formed on the outer surface 20a are punched in the present embodiment.
  • the plurality of projections 20b of the torque limiting element 20 can be introduced into the torque limiting element 20 in a different manner.
  • FIG. 5 shows an enlarged detailed view of the longitudinal sectional view shown in FIG. 1 of the steering column arrangement for the motor vehicle according to a further preferred embodiment of the invention.
  • the tolerance ring is pressed into the pinion 18 on the inner surface 18al of the opening 18a and connected in a rotationally fixed manner to the output shaft 16 of the drive unit 14.
  • the torque limiting element 120 of the present embodiment formed by the tolerance ring has a plurality of projections 120b on an inner surface 120c.
  • a third contact area of the projections 120b of the tolerance ring with the outer surface 16a of the output shaft 16 of the drive unit 14 is smaller than a fourth contact area of an outer surface 120d of the tolerance ring with the inner surface 18a1 of the opening 18a of the pinion 18.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lenksäulenanordnung (1) für ein Kraftfahrzeug, mit einer Lenksäule (10) und einem Antrieb (11) zum axialen Verstellen der Lenksäule (10), welcher eine Zahnstange (12), eine Antriebseinheit (14) und ein mit einer Ausgangswelle (16) der Antriebseinheit (14) verbundenes Ritzel (18) aufweist, das mit der Zahnstange (12) im Eingriff ist, wobei in einem Kraftübertragungspfad zwischen der Antriebseinheit (14) und der Zahnstange (12) ein Drehmomentbegrenzungselement (20; 120) angeordnet ist, welches dazu ausgebildet ist, ein von der Antriebseinheit (14) auf die Zahnstange (12) und umgekehrt wirkendes Drehmoment ab einem vorbestimmten Schwellwert zu begrenzen.

Description

Beschreibung
Titel
Lenksäulenanordnung für ein Kraftfahrzeug
Die Erfindung betrifft eine Lenksäulenanordnung für ein Kraftfahrzeug.
Stand der Technik
In der Regel sind Lenksäulen im Pkw manuell oder elektrisch in der Höhe und der Länge verstellbar. Speziell die Längsverstellung wird häufig als Teleskoprohr zwischen dem Gehäuse, welches die Schwenkbewegung für die Höhenverstellung ausführt, und dem Teleskoprohr, häufig als Crashrohr oder Führungsrohr bezeichnet, ausgeführt.
Des Weiteren weisen manche Lenksäulen eine sogenannte Easy-Entry-Funktion auf, welche es ermöglicht, dass ein Lenksäulenkörper der Lenksäule so tief einfahrbar ist, wie es ein Verstellbereich der Lenksäule erlaubt. Der Verstellbereich der Lenksäule weist in der Regel einen Hub von 25 mm bis 35 mm auf.
Die DE 102008 060225 B4 offenbart eine verstellbare Lenksäule für ein Kraftfahrzeug mit einem Lenksäulenkörper zur Lagerung einer drehbaren Lenkwelle, einem Klemmmechanismus zur Umsetzung einer stufenlosen Verstellbarkeit der Lenkwelle entlang der Längsrichtung des Lenksäulenkörpers und einem Energieabsorptionsmechanismus zur energieverzehrenden Verlagerung der Lenkwelle bei einem Unfall.
Im Rahmen der Anwendung eines autonomen Fährbetriebs des Fahrzeugs ist es jedoch wünschenswert, zum einen einen größeren Verstellbereich der Lenksäule zu ermöglichen, sodass die Lenksäule und eine daran angebrachte Lenkvorrichtung in einem autonomen Fährbetrieb des Fahrzeugs weitestgehend in einem Armaturenbrett bzw. einer Innenraumverkleidung des Fahrzeugs versenkbar ist und zum anderen die Funktionalität der Lenksäule erhalten bleibt, dass der Energieabsorptionsmechanismus zur energieverzehrenden Verlagerung der Lenkwelle bei einem Unfall sowohl in einer Nominalposition der Lenksäule, d.h. in einem manuellen Fahrmodus des Kraftfahrzeugs, sowie während der Verstellung der Lenksäule gegeben ist.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Lenksäulenanordnung für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, welche eine erweiterte Verstellbarkeit der Lenksäule ermöglicht und zudem im Crashfall einen effektiven Energieabsorptionsmechanismus bereitstellt, welcher in verschiedenen Betriebsmodi der Lenksäule seine Funktion erfüllen kann.
Die Aufgabe wird mit einer verstellbaren Lenksäule für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung schafft eine Lenksäulenanordnung für ein Kraftfahrzeug, mit einer Lenksäule und einem Antrieb zum axialen Verstellen der Lenksäule, welcher eine Zahnstange, eine Antriebseinheit und ein mit einer Ausgangswelle der Antriebseinheit verbundenes Ritzel aufweist, das mit der Zahnstange im Eingriff ist, wobei in einem Kraftübertragungspfad zwischen der Antriebseinheit und der Zahnstange ein Drehmomentbegrenzungselement angeordnet ist, welches dazu ausgebildet ist, ein von der Antriebseinheit auf die Zahnstange und umgekehrt wirkendes Drehmoment ab einem vorbestimmten Schwellwert zu begrenzen.
Eine Idee der vorliegenden Erfindung ist es, zum einen, einen konstruktiv einfachen Mechanismus zur axialen Verstellung der Lenksäule zu ermöglichen. Dies wird durch Ausbilden der Lenksäule mit einer darin integral angeordneten Zahnstange ermöglicht, welche mit einem Ritzel der Antriebseinheit im Eingriff ist. Somit kann der Mechanismus zur axialen Verstellung der Lenksäule mit einer geringen Anzahl beweglicher Teile, wenigen Komponenten und reduzierter Komplexität bereitgestellt werden.
Weiterhin ermöglicht das Vorsehen des Drehmomentbegrenzungselements, dass während eines normalen Betriebs einer Verstellung der Lenksäule das durch die Antriebseinheit erzeugte Drehmoment über das mit der Zahnstange im Eingriff befindliche Ritzel übertragbar ist.
Des Weiteren kann im Falle einer Fahrzeugkollision eine zumindest abschnittsweise auf die Lenksäule axial wirkende Aufprallenergie, welche in einer Drehmomentübertragung von der Zahnstange auf das Ritzel resultiert durch die am Drehmomentbegrenzungselement vorgenommene Drehmomentbegrenzung absorbiert werden.
Die Drehmomentbegrenzung ermöglicht somit eine axiale Verstellung der Lenksäule in Richtung der wirkenden Aufprallenergie, wobei das Drehmomentbegrenzungselement eine Gegenkraft bzw. einen Verstellwiderstand der Lenksäule in Axialrichtung und damit eine effektive Energieabsorption der erzeugten Aufprallenergie bereitstellt.
Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Drehmomentbegrenzungselement durch einen zwischen einer Innenoberfläche einer Öffnung des Ritzels und einer Außenoberfläche der Ausgangswelle der Antriebseinheit angeordneten Toleranzring ausgebildet ist. Der Toleranzring ist somit in vorteilhafter Weise in der Lage, durch das Entstehen von Schlupf ab dem vorbestimmten Schwellwert eine effektive Drehmomentbegrenzung der Kraftübertragung zwischen Antriebseinheit und Zahnstange sowie umgekehrt zu ermöglichen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Toleranzring auf die Ausgangswelle der Antriebseinheit aufgepresst und mit dem Ritzel drehtest verbunden ist. Bei Überschreiten des vorbestimmten Schwellwerts entsteht somit in vorteilhafter Weise zwischen der Innenoberfläche des Toleranzrings und der Außenoberfläche der Ausgangswelle der Antriebseinheit entsprechender Schlupf.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Toleranzring an der Innenoberfläche der Öffnung in das Ritzel eingepresst und mit der Ausgangswelle der Antriebseinheit drehtest verbunden ist. Auch in dieser Konfiguration kann somit in vorteilhafter Weise vorgesehen werden, dass bei Überschreiten des vorbestimmten Schwellwerts somit in vorteilhafter Weise zwischen der Innenoberfläche des Ritzels und der Außenoberfläche des Toleranzrings entsprechender Schlupf entsteht.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Toleranzring an einer Außenoberfläche eine Mehrzahl von Vorsprüngen aufweist, wobei eine erste Kontaktfläche der Vorsprünge des Toleranzrings mit der Innenoberfläche der Öffnung des Ritzels geringer als eine zweite Kontaktfläche einer Innenoberfläche des Toleranzrings mit der Außenoberfläche der Ausgangswelle der Antriebseinheit ist. Aufgrund der höheren Flächenpressung der ersten Kontaktfläche der Vorsprünge des Toleranzrings mit der Innenoberfläche der Öffnung des Ritzels gegenüber der zweiten Kontaktfläche der Innenoberfläche des Toleranzrings mit der Außenoberfläche der Ausgangswelle der Antriebseinheit kann in vorteilhafter weise die Drehfestigkeit zwischen dem Toleranzring und der Innenoberfläche der Öffnung des Ritzels gewährleistet werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Toleranzring an einer Innenoberfläche eine Mehrzahl von Vorsprüngen aufweist, wobei eine dritte Kontaktfläche der Vorsprünge des Toleranzrings mit der Außenoberfläche der Ausgangswelle der Antriebseinheit geringer als eine vierte Kontaktfläche einer Außenoberfläche des Toleranzrings mit der Innenoberfläche der Öffnung des Ritzels ist. Aufgrund der höheren Flächenpressung der dritten Kontaktfläche der Vorsprünge des Toleranzrings mit der Außenoberfläche der Ausgangswelle der Antriebseinheit gegenüber der vierten Kontaktfläche der Außenoberfläche des Toleranzrings mit der Innenoberfläche der Öffnung des Ritzels kann in vorteilhafter weise die Drehfestigkeit zwischen dem Toleranzring und der Außenoberfläche der Ausgangswelle der Antriebseinheit gewährleistet werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Toleranzring entlang dessen Umfang einen Unterbrechungsspalt aufweist. Der Unterbrechungsspalt stellt in vorteilhafter Weise sicher, dass der Toleranzring eine ausreichende Expansionsfähigkeit im Falle von thermischen Einwirkungen aufweist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Antriebseinheit an einer fahrzeugfest angeordneten Platte befestigt ist, und wobei die Platte eine Öffnung aufweist, durch welche die Ausgangswelle der Antriebseinheit durchgeführt ist. Somit kann die Antriebseinheit aufgrund ihrer Anordnung auf der fahrzeugfest angeordneten Platte effektiv von der Lenksäule getrennt bzw. entkoppelt werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass ein Sperrmoment der Antriebseinheit größer als ein durch das Drehmomentbegrenzungselement maximal zwischen Antriebseinheit und Zahnstange übertragbares Drehmoment ist. Die im Falle einer Fahrzeugkollision im Wesentlichen in Axialrichtung der Lenksäule wirkende axiale Aufprallenergie kann somit in vorteilhafter Weise durch das Drehmomentbegrenzungselement aufgenommen bzw. absorbiert werden.
Gleichzeitig kann sichergestellt werden, dass aufgrund der Ausführung der Antriebseinheit mit einem höheren Sperrmoment als dem durch das Drehmomentbegrenzungselement maximal übertragbaren Drehmoment, eine Beschädigung der Antriebseinheit verhindert und zugleich eine effektive Energieabsorption der Aufprallenergie durch die kontrollierte Verschiebbarkeit der Lenksäule aufgrund des durch das Drehmomentbegrenzungselement erzeugte Gegenmoment ermöglicht werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Drehmomentbegrenzungselement durch eine Reibkupplung, insbesondere eine Rutschkupplung, eine Sperrkörperkupplung, eine hydrodynamische Kupplung oder eine elektrodynamische Kupplung ausgebildet ist. Das Drehmomentbegrenzungselement kann somit in vorteilhafter Weise auf unterschiedlichste Art und Weise ausgebildet sein, um die erfindungsgemäße Funktion der Drehmomentbegrenzung zwischen Antriebseinheit und Zahnstange zu ermöglichen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Antriebseinheit durch eine elektrische Maschine oder eine Einheit umfassend eine mit einem Getriebe gekoppelte elektrische Maschine ausgebildet ist. Unter dem Begriff der Antriebseinheit können somit eine Mehrzahl unterschiedlicher Ausführungsformen bzw. Ausbildungen der Antriebseinheit verstanden werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Zahnstange an der Lenksäule und die Antriebseinheit fahrzeugfest angeordnet ist, wobei die Lenksäule relativ zu der fahrzeugfest angeordneten Antriebseinheit entlang der an der Lenksäule angeordneten Zahnstange axial verstellbar ist. Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt somit in der konstruktiv einfachen und kompakten Ausführung der Verstellbarkeit der Lenksäule, welche durch die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht wird.
Die beschriebenen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich beliebig miteinander kombinieren.
Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die beiliegenden Zeichnungen sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung. Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die dargestellten Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Längsschnittansicht einer Lenksäulenanordnung für ein Kraftfahrzeug gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2 eine vergrößerte Detaildarstellung der in Fig. 1 gezeigten
Längsschnittansicht der Lenksäulenanordnung für das Kraftfahrzeug gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Details der
Lenksäulenanordnung für das Kraftfahrzeug gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines in eine Zahnstange der Lenksäule eingreifendes Ritzel sowie ein
Drehmomentbegrenzungselement der Lenksäulenanordnung für das Kraftfahrzeug gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; und
Fig. 5 eine vergrößerte Detailansicht der in Fig. 1 gezeigten
Längsschnittansicht der Lenksäulenanordnung für das Kraftfahrzeug gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
In den Figuren der Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Elemente, Bauteile oder Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
Fig. 1 zeigt eine Längsschnittansicht einer Lenksäulenanordnung für ein Kraftfahrzeug gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Die Lenksäulenanordnung 1 für das Kraftfahrzeug weist eine Lenksäule 10 und einen Antrieb 11 zum axialen Verstellen der Lenksäule 10 auf. Der Antrieb 11 zum axialen Verstellen der Lenksäule 10 weist eine an der Lenksäule 10 angeordnete Zahnstange 12, eine fahrzeugfest angeordnete Antriebseinheit 14 und ein mit einer Ausgangswelle 16 der Antriebseinheit 14 verbundenes Ritzel 18 auf.
Alternativ kann beispielsweise die Zahnstange 12 fahrzeugfest und die Antriebseinheit 14 an der Lenksäule 10 angeordnet sein.
Die Antriebseinheit 14 ist in der vorliegenden Ausführungsform durch eine Einheit umfassend eine mit einem Getriebe gekoppelte elektrische Maschine, welche auch als Motor/Getriebeeinheit oder Powerpack bezeichnet wird, ausgebildet.
Die Lenksäule 10 ist relativ zu der fahrzeugfest angeordneten Antriebseinheit 14 entlang der an der Lenksäule 10 angeordneten Zahnstange axial verstellbar. Ein durch die Antriebseinheit 14 erzeugtes Drehmoment wird somit durch das Ritzel 18 auf die Zahnstange 12 übertragen. Die Drehbewegung des Ritzels 18 bewirkt somit das axiale Verstellen der Lenksäule 10 entlang der Zahnstange 12 relativ zur Antriebseinheit 14.
Fig. 2 zeigt eine vergrößerte Detaildarstellung der in Fig. 1 gezeigten Längsschnittansicht der Lenksäulenanordnung für das Kraftfahrzeug gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Der Antrieb 11 weist die an der Lenksäule 10 angeordnete Zahnstange 12, die fahrzeugfest angeordnete Antriebseinheit 14 und das mit der Ausgangswelle 16 der Antriebseinheit 14 verbundene Ritzel 18 auf. Das Ritzel 18 ist mit der Zahnstange 12 im Eingriff.
In einem Kraftübertragungspfad zwischen der Antriebseinheit 14 und der Zahnstange 12 ist ein Drehmomentbegrenzungselement 20 angeordnet. Das Drehmomentbegrenzungselement 20 ist dazu ausgebildet, ein von der Antriebseinheit 14 auf die Zahnstange 12 und umgekehrt wirkendes Drehmoment ab einem vorbestimmten Schwellwert zu begrenzen. Die Antriebseinheit 14 ist an einer fahrzeugfest angeordneten Platte 24 befestigt. Die Platte 24 weist eine Öffnung 26 auf, durch welche die Ausgangswelle 16 der Antriebseinheit 14 durchgeführt ist.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Details der Lenksäulenanordnung für das Kraftfahrzeug gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Das Drehmomentbegrenzungselement 20 ist durch einen zwischen einer Innenoberfläche 18al einer Öffnung des Ritzels 18 und einer Außenoberfläche der Ausgangswelle 16 der Antriebseinheit 14 angeordneten Toleranzring ausgebildet.
Der Toleranzring ist auf der Ausgangswelle 16 der Antriebseinheit 14 aufgepresst und mit dem Ritzel 18 drehfest verbunden.
Ein Sperrmoment der Antriebseinheit 14 ist größer als ein durch das Drehmomentbegrenzungselement 20 maximal zwischen Antriebseinheit 14 und Zahnstange 12 übertragbares Drehmoment.
Das Drehmomentbegrenzungselement 20 ist in der vorliegenden Ausführungsform durch eine Reibkupplung, insbesondere eine Rutschkupplung, ausgebildet. Alternativ kann das Drehmomentbegrenzungselement beispielsweise durch eine Sperrkörperkupplung, eine hydrodynamische Kupplung oder eine elektrodynamische Kupplung ausgebildet sein.
Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung eines in eine Zahnstange der Lenksäule eingreifendes Ritzel sowie ein Drehmomentbegrenzungselement der Lenksäulenanordnung für das Kraftfahrzeug gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Der Toleranzring weist an einer Außenoberfläche 20a eine Mehrzahl von Vorsprüngen 20b auf. Eine erste Kontaktfläche der Vorsprünge 20b des Toleranzrings mit der Innenoberfläche 18a1 der Öffnung 18a des Ritzels 18 ist geringer als eine zweite Kontaktfläche einer Innenoberfläche 20c des Toleranzrings mit der Außenoberfläche 16a der Ausgangswelle 16 der Antriebseinheit 14.
Der Toleranzring weist entlang dessen Umfang zudem einen Unterbrechungsspalt 22 auf. Der Unterbrechungsspalt ermöglicht eine thermische Ausdehnung des Toleranzrings.
Die an der Außenoberfläche 20a ausgebildete Mehrzahl von Vorsprüngen 20b des Drehmomentbegrenzungselements 20 sind in der vorliegenden Ausführungsform gestanzt. Alternativ können die Mehrzahl von Vorsprüngen 20b des Drehmomentbegrenzungselements 20 auf andere Art und Weise in das Drehmomentbegrenzungselement 20 eingebracht werden.
Eine alternative Möglichkeit besteht beispielsweise in der additiven Fertigung des Drehmomentbegrenzungselements oder in einem Ausfräsen des Drehmomentbegrenzungselements 20 zum Erreichen der gewünschten Formgebung.
Fig. 5 zeigt eine vergrößerte Detailansicht der in Fig. 1 gezeigten Längsschnittansicht der Lenksäulenanordnung für das Kraftfahrzeug gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Der Toleranzring ist in der vorliegenden alternativen Ausführungsform an der Innenoberfläche 18al der Öffnung 18a in das Ritzel 18 eingepresst und mit der Ausgangswelle 16 der Antriebseinheit 14 drehfest verbunden.
Das durch den Toleranzring ausgebildete Drehmomentbegrenzungselement 120 der vorliegenden Ausführungsform weist an einer Innenoberfläche 120c eine Mehrzahl von Vorsprüngen 120b auf. Eine dritte Kontaktfläche der Vorsprünge 120b des Toleranzrings mit der Außenoberfläche 16a der Ausgangswelle 16 der Antriebseinheit 14 ist geringer als eine vierte Kontaktfläche einer Außenoberfläche 120d des Toleranzrings mit der Innenoberfläche 18a1 der Öffnung 18a des Ritzels 18.

Claims

Ansprüche
1. Lenksäulenanordnung (1) für ein Kraftfahrzeug, mit einer Lenksäule (10) und einem Antrieb (11) zum axialen Verstellen der Lenksäule (10), welcher eine Zahnstange (12), eine Antriebseinheit (14) und ein mit einer Ausgangswelle (16) der Antriebseinheit (14) verbundenes Ritzel (18) aufweist, das mit der Zahnstange (12) im Eingriff ist, wobei in einem Kraftübertragungspfad zwischen der Antriebseinheit (14) und der Zahnstange (12) ein Drehmomentbegrenzungselement (20; 120) angeordnet ist, welches dazu ausgebildet ist, ein von der Antriebseinheit (14) auf die Zahnstange (12) und umgekehrt wirkendes Drehmoment ab einem vorbestimmten Schwellwert zu begrenzen.
2. Lenksäulenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehmomentbegrenzungselement (20) durch einen zwischen einer Innenoberfläche (18a1) einer Öffnung (18a) des Ritzels (18) und einer Außenoberfläche (16a) der Ausgangswelle (16) der Antriebseinheit (14) angeordneten Toleranzring ausgebildet ist.
3. Lenksäulenanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Toleranzring auf die Ausgangswelle (16) der Antriebseinheit (14) aufgepresst und mit dem Ritzel (18) drehfest verbunden ist.
4. Lenksäulenanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Toleranzring an der Innenoberfläche (18a1) der Öffnung (18a) in das Ritzel (18) eingepresst und mit der Ausgangswelle (16) der Antriebseinheit (14) drehfest verbunden ist.
5. Lenksäulenanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Toleranzring an einer Außenoberfläche (20a) eine Mehrzahl von Vorsprüngen (20b) aufweist, wobei eine erste Kontaktfläche der Vorsprünge (20b) des Toleranzrings mit der Innenoberfläche (18a1) der Öffnung (18a) des Ritzels (18) geringer als eine zweite Kontaktfläche einer Innenoberfläche (20c) des Toleranzrings mit der Außenoberfläche (16a) der Ausgangswelle (16) der Antriebseinheit (14) ist.
6. Lenksäulenanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Toleranzring an einer Innenoberfläche (120c) eine Mehrzahl von Vorsprüngen (120b) aufweist, wobei eine dritte Kontaktfläche der Vorsprünge (120b) des Toleranzrings mit der Außenoberfläche (16a) der Ausgangswelle (16) der Antriebseinheit (14) geringer als eine vierte Kontaktfläche einer Außenoberfläche (120d) des Toleranzrings mit der Innenoberfläche (18a1) der Öffnung (18a) des Ritzels (18) ist.
7. Lenksäulenanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Toleranzring entlang dessen Umfang einen Unterbrechungsspalt (22) aufweist.
8. Lenksäulenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (14) an einer fahrzeugfest angeordneten Platte (24) befestigt ist, und wobei die Platte (24) eine Öffnung (26) aufweist, durch welche die Ausgangswelle (16) der Antriebseinheit (14) durchgeführt ist.
9. Lenksäulenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sperrmoment der Antriebseinheit (14) größer als ein durch das Drehmomentbegrenzungselement (20) maximal zwischen Antriebseinheit (14) und Zahnstange (12) übertragbares Drehmoment ist.
10. Lenksäulenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehmomentbegrenzungselement (20) durch eine Reibkupplung, insbesondere eine Rutschkupplung, eine Sperrkörperkupplung, eine hydrodynamische Kupplung oder eine elektrodynamische Kupplung ausgebildet ist.
11. Lenksäulenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (14) durch eine elektrische Maschine oder eine Einheit umfassend eine mit einem Getriebe gekoppelte elektrische Maschine ausgebildet ist.
12. Lenksäulenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnstange (12) an der Lenksäule (10) und die Antriebseinheit (14) fahrzeugfest angeordnet ist, wobei die Lenksäule (10) relativ zu der fahrzeugfest angeordneten Antriebseinheit (14) entlang der an der Lenksäule (10) angeordneten Zahnstange (12) axial verstellbar ist.
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