WO2024051877A1 - Verstelleinheit einer lenksäule - Google Patents

Verstelleinheit einer lenksäule Download PDF

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WO2024051877A1
WO2024051877A1 PCT/DE2023/100394 DE2023100394W WO2024051877A1 WO 2024051877 A1 WO2024051877 A1 WO 2024051877A1 DE 2023100394 W DE2023100394 W DE 2023100394W WO 2024051877 A1 WO2024051877 A1 WO 2024051877A1
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adjusting unit
recirculating ball
cage
steering column
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PCT/DE2023/100394
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Inventor
Joseph GISSLER
Benjamin Severin
Sebastian Müller
Herbert Erhardt
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Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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    • 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
    • B62D1/185—Steering columns yieldable or adjustable, e.g. tiltable adjustable by axial displacement, e.g. telescopically
    • 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
    • F16C29/00—Bearings for parts moving only linearly
    • F16C29/04—Ball or roller bearings
    • F16C29/06—Ball or roller bearings in which the rolling bodies circulate partly without carrying load
    • F16C29/0678—Ball or roller bearings in which the rolling bodies circulate partly without carrying load with a bearing body, i.e. the body carrying the circulating rolling elements, provided in the interior of a sleeve-like guide member defining the opposing raceways, e.g. in a telescopic shaft
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16C29/12—Arrangements for adjusting play
    • F16C29/123—Arrangements for adjusting play using elastic means
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    • F16C2326/00—Articles relating to transporting
    • F16C2326/20—Land vehicles
    • F16C2326/24—Steering systems, e.g. steering rods or columns

Definitions

  • the present invention relates to an adjustment unit of a steering column of a vehicle and a steer-by-wire steering system with such an adjustment unit.
  • the steering wheel is adjustable in height and length.
  • the steering column housing parts must move relative to one another. This is achieved by a telescopic arrangement of the housing parts. This allows the steering wheel to be brought into a position that is suitable for the driver. Recently there has been a requirement to retract the steering wheel into a stowage position in the dashboard.
  • the object of the invention is to provide a bearing arrangement for a steering column housing of a motor vehicle, which enables safe and rapid adjustment of the steering column while at the same time providing high radial rigidity of the steering wheel.
  • an adjustment unit of a steering column of a vehicle in which a steering spindle is rotatably mounted about a longitudinal axis and has a casing unit which has at least two casing tubes arranged axially telescopically relative to one another, at least one bearing arrangement being provided between the casing tubes, wherein the bearing arrangement is formed from at least one recirculating ball segment.
  • Such a structure enables the steering column to be adjusted using low friction and high rigidity at the same time.
  • several recirculating ball segments are provided distributed over the circumference.
  • the at least two jacket tubes provide an inner jacket tube, an intermediate jacket tube and an outer jacket tube.
  • the at least one recirculating ball segment is spring-loaded. This design creates freedom of play between the components, which at the same time creates a defined rigidity.
  • the springing is preferably formed by means of a spring element which presses the bearing arrangement against one of the casing tubes.
  • the spring elements cause a radial overlap, which means that they are be lifted and thus ensure freedom of play.
  • the spring element can be partially sunk into the ball recirculating segment in order to fire flush or slightly protruding with it.
  • the spring element can contain cutouts and webs in order to specifically adjust the spring stiffness.
  • the preferred stiffness is 200 N (100-400) to 0.2 mm (0.1 -0.3).
  • the spring element has a stroke (clearance) that allows the rolling elements to no longer protrude from the ball recirculating segment.
  • the recirculating ball segment has a cage which has a sliding surface on a first surface and at least one recirculating ball guide on an opposite second surface.
  • At least one fastening element for the spring element is provided on the cage.
  • the spring element is fastened in its fixed zone, for example by gluing or clipping or caulking on the fastening features or on the edges.
  • the cage is made of a plastic and has at least one area made of a metallic material.
  • a plastic has at least one area made of a metallic material.
  • metal areas such as webs, individual segments, etc. can be injected into the cage, through which the axial forces are then transmitted in order to reduce the flexibility of the cage.
  • the force does not go through the plastic cage, but rather through the injected metal areas.
  • the rolling elements are designed as balls. Further aspects of the invention relate to a steer-by-wire steering system using an adjustment unit according to the invention.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through a recirculating ball segment of an adjustment unit according to the invention
  • FIG. 3 shows a view through a recirculating ball segment of an adjustment unit according to the invention
  • FIG. 6 shows an adjustment unit according to the invention with a recirculating ball segment
  • FIG. 7 shows a view through a recirculating ball segment of an adjustment unit according to the invention.
  • Fig. 8 is a view through a recirculating ball segment of an adjustment unit according to the invention. Detailed description of the drawing
  • Figures 1 to 4 and Figures 7 to 8 each show a view of a recirculating ball segment 1 of the adjustment unit 2 according to the invention.
  • the recirculating ball segment 2 itself consists of at least one spring element 4 and a cage 5.
  • the spring element 4 can be partially sunk into the recirculating ball segment 1 in order to be fired flush or slightly protruding with it.
  • the spring element 4 can contain cutouts and webs in order to specifically adjust the spring stiffness.
  • the cage 5 is made of plastic, for example, and has at least one recirculating ball guide 3. Balls, for example steel balls, are arranged in the recirculating ball guide 3.
  • a connecting element 6 e.g. a pin, clips, screw holes, rivet holes, etc.
  • a connecting element 6 can be attached to the cage 5 or to the sleeve 3, which fixes the unit to the adjustment unit 2.
  • Figure 5 shows the assembly process of the recirculating ball segment 1 on the adjustment unit 2.
  • the spring elements 4 are raised by the radial overlap, thus creating freedom of play between the adjustment unit 2, the rolling elements 7 and the cage 5 with a defined rigidity.
  • Figure 6 shows part of an adjustment unit 2 with a recirculating ball segment 1.
  • the adjustment unit 2 has one and a jacket unit 8, which have at least three, axially telescopically arranged casing tubes 9, 10, 11 relative to one another, one of which forms an outer casing tube 9, in which at least one intermediate casing tube 10 is accommodated, in which an inner casing tube 11 is accommodated, with between the inner casing tube 11 and the intermediate casing tube 10 at least one recirculating ball segment 1 is provided and at least one further recirculating ball segment 1 is provided between the intermediate casing tube 10 and the outer casing tube 9.
  • the recirculating ball segment 1 can be provided at three or only two or only one point of the casing tubes 9, 10, 11. Other versions are also conceivable.

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Abstract

Verstelleinheit einer Lenksäule eines Fahrzeugs, in der eine Lenkspindel um eine Längsachse drehbar gelagert ist und eine Manteleinheit (8) aufweist, die mindestens zwei, axial relativ zueinander teleskopierbar angeordnete Mantelrohre (9, 10, 11) aufweist, wobei zwischen den mindestens zwei Mantelrohren (9, 10, 11) eine Lageranordnung (1) vorgesehen ist, wobei die Lageranordnung (1) aus mindestens einem Kugelumlaufsegment (1) ausgebildet ist.

Description

Bezeichnung der Erfindung
Verstelleinheit einer Lenksäule
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verstelleinheit einer Lenksäule eines Fahrzeugs und ein Steer-by-wire Lenksystem mit einer derartigen Verstelleinheit.
Hintergrund der Erfindung
Bei den heutigen Lenksäulen ist das Lenkrad in der Höhe und in der Länge verstellbar angeordnet. Bei derartigen Verstellsystemen der Lenksäule müssen sich die Lenksäulengehäuseteile zueinander verschieben. Dies wird durch eine teles- kopierbare Anordnung der Gehäuseteile realisiert. Hierdurch kann das Lenkrad in eine für den Fahrer passende Position gebracht werden. Neuerdings gibt es die Forderung das Lenkrad in eine Verstauposition im Armaturenbrett einzufahren.
Um einen ausreichenden Verstellweg zu erreichen, ist aus der DE 10 2015 216 326 A1 bekannt, mehrere Mantelrohre ineinander teleskopierartig verschiebbar anzuordnen. Zur Einstellung der Verstauposition können die Mantelrohre so weit zusammengeschoben werden, dass dieses weitestgehenst ineinander versenkt sind.
Um die Lenksäule schnell und sicher Verstellen zu können, ist es wesentlich, dass die Mantelrohre leichtgängig zueinander bewegt werden können, d.h. reibungsarm gleiten können. Hierbei wird oftmals auf eine Gleitlagerung zurückgegriffen. Demgegenüber steht die Anforderung einer sehr steifen Lagerung des Lenkrads, damit ein Aufschwingen des Lenkrads bei der Fahrt vermieden wird. Zusammenfassung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Lageranordnung eines Lenksäulengehäuses eines Kraftfahrzeuges zur Verfügung zu stellen, welches ein sicheres und schnelles Verstellen der Lenksäule bei gleichzeitig hoher radialer Steifigkeit des Lenkrades ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Verstelleinheit einer Lenksäule eines Fahrzeugs, in der eine Lenkspindel um eine Längsachse drehbar gelagert ist und eine Manteleinheit aufweist, die mindestens zwei, axial relativ zueinander teleskopierbar angeordnete Mantelrohre aufweist, wobei zwischen den Mantelrohren mindestens eine Lageranordnung vorgesehen ist, wobei die Lageranordnung aus mindestens einem Kugelumlaufsegment ausgebildet ist.
Ein derartiger Aufbau ermöglicht ein Verstellen der Lenksäule mittels geringer Reibung und gleichzeitig hoher Steifigkeit. Vorteilhafterweise sind mehrere Kugelumlaufsegmente über den Umfang verteilt angeordnet vorgesehen.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung sehen die mindestens zwei Mantelrohre ein inneres Mantelrohr, ein Zwischenmantelrohr und ein äußeren Mantelrohr vor.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist das mindestens eine Kugelumlaufsegment angefedert. Anhand dieser Ausführung wird eine Spielfreiheit zwischen den Bauteilen geschaffen, welches gleichzeitig eine definierte Steifigkeit erzeugt.
Bevorzugterweise ist die Anfederung mittels eines Federelementes ausgebildet, welches die Lageranordnung gegen eines der Mantelrohre drückt. Die Federelemente bewirken bei der Montage eine radiale Überdeckung, wodurch diese ange- hoben werden und so die Spielfreiheit gewährleisten. Das Federelement kann teilweise im Kugelumlaufsegment versenkt sein, um bündig oder leicht überstehend mit diesem abzuschießen. Das Federelement kann Ausstanzungen und Stege beinhalten, um die Federsteifigkeit gezielt einzustellen. Bevorzugte Steifigkeit liegt bei 200 N (100-400) auf 0.2 mm (0.1 -0.3) Das Federelement hat dabei einen Hub (Freigang) der es erlaubt, dass die Wälzkörper nicht mehr aus dem Kugelumlaufsegment herausragen.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung weist das Kugelumlaufsegment einen Käfig auf, welches auf einer ersten Oberfläche eine Gleitfläche und auf einer gegenüberliegenden zweiten Oberfläche mindestens eine Kugelumlaufführung aufweist.
Bevorzugterweise ist an dem Käfig mindestens ein Befestigungselement für das Federelement vorgesehen. Die Befestigung des Federelementes erfolgt in ihrer festen Zone z.B. durch Verkleben oder Einclipsen oder Verstemmen an den Befestigungsmerkmalen oder an den Rändern.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Käfig aus einem Kunststoff ausgebildet und weist mindestens einen Bereich aus einem metallischen Werkstoff auf. Dies führt dazu, dass die Elastizität des Kunststoff-Käfigs bei axialer Belastung vernachlässigt werden kann. Dazu können Metall-Bereiche, wie Stege, einzelne Segmente etc. mit in den Käfig eingespritzt werden, über die die Axialen Kräfte dann übertragen werden, um die Nachgiebigkeit der Käfige zu verringern. Bei Axialer Belastung geht die Kraft nicht über den Kunststoffkäfig, sondern über die eingespritzten Metallbereiche.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung sind die Wälzkörper als Kugeln ausgebildet. Weitere Aspekte der Erfindung betreffen ein Steer-by-wire Lenksystem mit einer Verwendung einer erfindungsgemäßen Verstelleinheit.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von 9 Figuren dargestellt. Es zeigt:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Kugelumlaufsegment einer erfindungsgemäße Verstelleinheit,
Fig. 2 eine Draufsicht durch ein Kugelumlaufsegment einer erfindungsgemäße Verstelleinheit,
Fig. 3 eine Ansicht durch ein Kugelumlaufsegment einer erfindungsgemäße Verstelleinheit,
Fig. 4 eine Ansicht durch ein Kugelumlaufsegment einer erfindungsgemäße Verstelleinheit,
Fig. 5 eine Ansicht eines Montageprozesses eines Kugelumlaufsegmentes der erfindungsgemäßen Lagerandordnung,
Fig. 6 eine erfindungsgemäße Verstelleinheit mit einem Kugelumlaufsegment,
Fig. 7 eine Ansicht durch ein Kugelumlaufsegment einer erfindungsgemäße Verstelleinheit, und
Fig. 8 eine Ansicht durch ein Kugelumlaufsegment einer erfindungsgemäße Verstelleinheit. Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
Figur 1 bis 4 als auch die Figuren 7 bis 8 zeigen jeweils eine Ansicht eines Kugelumlaufsegmentes 1 der erfindungsgemäßen Verstelleinheit 2.
Das Kugelumlaufsegment 2 selbst besteht mindestens einem Federelement 4 und einem Käfig 5. Das Federelement 4 kann teilweise im Kugelumlaufsegment 1 versenkt sein, um bündig oder leicht überstehend mit diesem abzuschießen. Das Federelement 4 kann Ausstanzungen und Stege beinhalten, um die Federsteifigkeit gezielt einzustellen. Ferner ist der Käfig 5 beispielsweise aus Kunststoff hergestellt und weist mindestens eine Kugelumlaufführung 3 auf. In der Kugelumlaufführung 3 sind Kugelns, beispielsweise Stahlkugeln angeordnet.
Am Käfig 5 oder an der Hülse 3 kann ein Verbindungselement 6 (z.B. ein Zapfen, Clips, Schraublöcher, Nietlöcher etc.) angebracht sein, welcher die Einheit an der Verstelleinheit 2 fixiert.
Figur 5 zeigt den Montageprozess des Kugelumlaufsegmentes 1 an der Verstelleinheit 2.
In a ist das Einclipsen des Kugelumlaufsegmentes 1 an der Verstelleinheit 2 dargestellt. Dies geschieht mittels der Verbindungselmente 6. b stellt das Kugelumlaufsegment 1 dar im Zustand auf Block gefahren und c eine Entlastung des Kugelumlaufsegmentes 1.
Bei der Montage werden durch die radiale Überdeckung die Federelemente 4 angehoben und so eine Spielfreiheit zwischen der Verstelleinheit 2, den Wälzkörpern 7 und dem Käfig 5 mit definierter Steifigkeit erzeugt.
Figur 6 zeigt einen Teil einer Verstelleinheit 2 mit einem Kugelumlaufsegment 1 .
Die Verstelleinheit 2 weist eine und eine Manteleinheit 8 auf, die mindestens drei, axial relativ zueinander teleskopierbar angeordnete Mantelrohre 9, 10,11 aufweist, von denen eines ein äußeres Mantelrohr 9 bildet, in dem mindestens ein Zwischenmantelrohr 10 aufgenommen ist, in dem ein inneres Mantelrohr 11 aufgenommen ist, wobei zwischen dem inneren Mantelrohr 11 und dem Zwischenmantelrohr 10 mindestens ein Kugelumlaufsegment 1 vorgesehen ist und zwischen dem Zwischenmantelrohr 10 und dem äußeren Mantelrohr 9 mindestens ein weiteres Kugelumlaufsegment 1 vorgesehen ist.
Das Kugelumlaufsegment 1 kann dabei an drei oder nur an zwei oder nur an einer Stelle der Mantelrohre 9, 10, 11 vorgesehen sein. Es sind auch andere Ausführungen denkbar.
Bezugszeichenliste
Kugelum laufsegment
Verstelleinheit
Kugelum laufführung
Federelement
Käfig
Verbindungselment
Kugeln
Manteleinheit
Äußeres Mantelrohr
Zwischenmantelrohr
Inneres Mantelrohr

Claims

Patentansprüche Verstelleinheit einer Lenksäule eines Fahrzeugs, in der eine Lenkspindel um eine Längsachse drehbar gelagert ist und eine Manteleinheit (8) aufweist, die mindestens zwei, axial relativ zueinander teleskopierbar angeordnete Mantelrohre (9,10,11 ) aufweist, wobei zwischen den mindestens zwei Mantelrohren (9, 10, 11 ) eine Lageranordnung (1 ) vorgesehen ist dadurch gekennzeichnet, dass die Lageranordnung (1 ) aus mindestens einem Kugelumlaufsegment (1 ) ausgebildet ist. Verstelleinheit nach Anspruch 1 , wobei die mindestens zwei Mantelrohre ein inneres Mantelrohr (11 ), ein Zwischenmantelrohr (10) und ein äußeres Mantelrohr (9) vorsehen. Verstelleinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine Kugelumlaufsegment (1 ) angefedert ist. Verstelleinheit nach Anspruch 3, wobei die Anfederung mittels eines Federelementes (4) ausgebildet ist, welches das Kugelumlaufsegment (1 ) gegen eines der Mantelrohre (9, 10, 11 ) drückt. Verstelleinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kugelumlaufsegment (1 ) einen Käfig (5) aufweist, welches auf einer ersten Oberfläche eine Gleitfläche und auf einer gegenüberliegenden zweiten Oberfläche mindestens eine Kugelumlaufführung (3) aufweist. Verstelleinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an dem Käfig (5) mindestens ein Befestigungselement für das Federelement (4) vorgesehen ist. Verstelleinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Käfig (5) aus einem Kunststoff ausgebildet ist und wobei der Käfig (5) mindestens einen Bereich aus einem metallischen Werktstoff aufweist. Verstelleinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wälzkörper Kugeln (7) sind. Steer-by-wire Lenksystem umfassend eine Verstelleinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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DE102022132487.7 2022-12-07

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