BE1029977B1 - Lenksäule für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lenksäule (1) für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine relativ zu einem Gehäuse (3) um eine Längsachse (L) drehbar gelagerte Lenkwelle (31), die mit einem Umdrehungsbegrenzer (6) zur Begrenzung der Rotation der Lenkwelle (31) relativ zum Gehäuse (3) zusammenwirkt, und der mindestens einen mit der Lenkwelle (31) verbundenen Anschlag mit einem Anschlagelement (62, 63) aufweist, der bezüglich Rotation um die Längsachse (L) in Umfangsrichtung gegen ein korrespondierendes Gegenanschlagelement (72, 73) eines mit dem Gehäuse (3) verbundenen Gegenanschlags (7) anschlagbar ist. Um einen kompakteren und weniger aufwendigen Aufbau zu ermöglichen, schlägt die Erfindung vor, dass der Umdrehungsbegrenzer (6) eine Sperrvorrichtung aufweist, die wahlweise in eine Sperrposition oder eine Löseposition bringbar ist, wobei in der Sperrposition die Rotation der Lenkwelle (31) relativ zum Gehäuse (7) blockiert ist, und in der Löseposition die Rotation der Lenkwelle (31) relativ zum Gehäuse (3) freigegeben ist.

Description

' BE2022/5575

Lenksäule für ein Kraftfahrzeug

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Lenksäule für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine relativ zu einem

Gehäuse um eine Längsachse drehbar gelagerte Lenkwelle, die mit einem Umdrehungsbe- grenzer zur Begrenzung der Rotation der Lenkwelle relativ zum Gehäuse zusammenwirkt, und der mindestens einen mit der Lenkwelle verbundenen Anschlag mit einem Anschlagele- ment aufweist, der bezüglich Rotation um die Längsachse in Umfangsrichtung gegen ein kor- respondierendes Gegenanschlagelement eines mit dem Gehäuse verbundenen Gegenan- schlags anschlagbar ist, wobei der Umdrehungsbegrenzer eine Sperrvorrichtung aufweist, die wahlweise in eine Sperrposition oder eine Löseposition bringbar ist, wobei in der Sperr- position die Rotation der Lenkwelle relativ zum Gehäuse blockiert ist, und in der Löseposition die Rotation der Lenkwelle relativ zum Gehäuse freigegeben ist.

Eine derartige Lenksäule mit einem Umdrehungsbegrenzer kann bevorzugt bei einem Steer- by-Wire-Lenksystem eines Kraftfahrzeugs eingesetzt werden.

Die Lenksäule weist ein Gehäuse auf, das auch als Manteleinheit oder Führungskasten be- zeichnet wird, in dem die Lenkwelle oder Lenkspindel um Ihre Längsachse drehbar gelagert ist. Am hinteren, fahrerseitigen Ende der Lenkwelle ist als manuelle Lenkhandhabe ein Lenk- rad angebracht, welches vom Fahrer zur manuellen Eingabe eines Lenkbefehls um die Längs- _achse gedreht werden kann. In einem Steer-by-Wire-Lenksystem wird die Drehung der Lenk- welle mittels elektronischer Sensoren erfasst und in ein elektrisches Steuersignal zur Ansteu- erung von elektrischen Lenkaktuatoren umgesetzt, welche einen Lenkeinschlag der lenkbaren

Räder bewirken.

Durch die fehlende mechanische Kopplung mit den Rädern wird die Drehung der Lenkwelle nicht durch den mechanischen Endanschlag der Räder oder des Lenkgetriebes bei Erreichen des mechanisch maximal möglichen Lenkeinschlags begrenzt. Um dennoch ein zu starkes

Einlenken zu vermeiden und auch ein realistisches Lenkgefühl zu simulieren, ist es bekannt, den maximal möglichen Drehwinkel des Lenkrads und damit der Lenkwelle mittels eines Um- drehungsbegrenzers zu beschränken, zur Begrenzung der maximal möglichen Rotation der

Lenkwelle relativ zum Lenksäulengehäuse.

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Eine Lenksäule mit Umdrehungsbegrenzer ist beispielsweise aus der DE 103 12 516 A1 be- kannt. Dieser weist einen drehfest an der Lenkwelle angebrachten Anschlag mit einem An- schlagelement auf, dem ein relativ dazu an dem Gehäuse bezüglich Rotation um die Längs- achse feststehend angebrachter Gegenanschlag wirkungsmäßig zugeordnet ist. Beim Errei- chen der maximal möglichen Drehung kommt das Anschlagelement des Anschlagkörpers in mechanischen Kontakt mit dem Gegenanschlagelement des Gegenanschlags, dabei schla- gen in Umfangsrichtung gegeneinander gerichtete Anschlag- und Gegenanschlagflächen ge- geneinander an, so dass eine weitere relative Drehung formschlüssig blockiert und der ma- nuelle Lenkeinschlag begrenzt wird.

Zur Realisierung einer Diebstahlsicherung ist es beispielsweise aus der JP2021107203A eine Sperrvorrichtung bekannt, die als Lenkradschloss einsetzbar ist. Diese weist einen so- genannten Raststern auf, der auf der Lenkwelle angebracht ist und im Außenumfang eine

Mehrzahl von Rastvertiefungen aufweist. Ein am Gehäuse abgestütztes Riegelelement in

Form einer Sperrklinke kann zur Bildung eines in Umfangsrichtung wirksamen Formschlus- ses in Eingriff mit einer Rasteiformung gebracht werden, zur Erzeugung einer Sperrposition, in der die Drehung der Lenkwelle blockiert ist. Zur Freigabe der Lenkung wird die Sperrklinke in eine Löseposition außerhalb der Rastvertiefung gebracht.

Wird eine derartige Sperrvorrichtung als effektiver Diebstahlschutz bei einer Lenksäule der eingangs genannten Art vorgesehen, besteht ein erhöhter Bauraumbedarf, was insbeson- dere bei Steer-by-Wire-Lenkungen als nachteilig angesehen wird. Außerdem kann durch die zusätzlich erforderliche Momentabstützung konstruktiver und fertigungstechnischer Mehrauf- wand anfallen.

Eine Lenksäule der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der DE 2019 208 839 A1 oder der US 2020/0198689 A1 bekannt. Nachteilig dabei ist, dass die mögliche Drehung der

Lenkwelle durch den Umdrehungsbegrenzer auf weniger als eine Umdrehung begrenzt ist.

Angesichts der vorangehend erläuterten Problematik ist es eine Aufgabe der vorliegenden

Erfindung, eine verbesserte Drehung zu ermöglichen.

Darstellung der Erfindung

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Lenksäule mit den Merkmalen des

Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

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Bei einer Lenksäule für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine relativ zu einem Gehäuse um eine

Längsachse drehbar gelagerte Lenkwelle, die mit einem Umdrehungsbegrenzer zur Begren- zung der Rotation der Lenkwelle relativ zum Gehäuse zusammenwirkt, und der mindestens einen mit der Lenkwelle verbundenen Anschlag mit einem Anschlagelement aufweist, der bezüglich Rotation um die Längsachse in Umfangsrichtung gegen einen korrespondierendes

Gegenanschlagelement eines mit dem Gehäuse verbundenen Gegenanschlags anschlagbar ist, wobei der Umdrehungsbegrenzer eine Sperrvorrichtung aufweist, die wahlweise in eine

Sperrposition oder eine Löseposition bringbar ist, wobei in der Sperrposition die Rotation der

Lenkwelle relativ zum Gehäuse blockiert ist, und in der Löseposition die Rotation der Lenk- welle relativ zum Gehäuse freigegeben ist, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein Innen- begrenzer zur Begrenzung einer relativen Drehung zwischen Lenkwelle und Anschlagele- ment angebracht ist.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass ein Innenbegrenzer zur Begrenzung einer relativen

Drehung zwischen Lenkwelle und Anschlagkörper angebracht ist. Der Innenbegrenzer, der gleichbedeutend auch als innerer Umdrehungsbegrenzer oder Innenumdrehungsbegrenzer bezeichnet werden kann, bildet einen zweiten Umdrehungsbegrenzer, der zwischen der

Lenkwelle und dem Lenksäulengehäuse in Serie mit dem ersten Umdrehungsbegrenzer an- geordnet ist, der gattungsgemäß zwischen Anschlagkörper und Lenksäulengehäuse ausge- bildet ist. Dadurch wird ein Innenanschlag zwischen Lenkwelle und Anschlagkörper realisiert.

Es handelt sich gewissermaßen durch zwei wirkungsmäßig kaskadiert angeordnete Umdre- hungsbegrenzer, wobei sich die zur Drehung freigegebenen Winkelbereiche addieren.

Dadurch können in vorteilhafter Weise einfach Winkelbereiche von mehr als 360° begrenzt werden.

Ein weiterer Vorteil ist, dass der durch den Innenbegrenzer vorgegebene Umdrehungswin- kelbereich, der auch als zweiter Drehwinkelbereich bezeichnet wird, durch die erfindungsge- mäße Dämpfungsvorrichtung gedämpft werden kann. Der durch den ersten Umdrehungsbe- grenzer zwischen Anschlagkörper und Lenksäulengehäuse vorgegebene erste Drehwinkel- bereich kann davon unabhängig, beispielsweise ungedämpft bzw. gebremst ausgestaltet sein, um eine leichte Drehung der Lenkwelle zu ermöglichen.

Die Funktionsweise ist, dass beim Erreichen des maximal möglichen Drehwinkels zunächst der erste Umdrehungsbegrenzer in Anschlag kommt, so dass die Drehung des Anschlagkö- pers relativ zum Lenksäulengehäuse gestoppt wird. Daran anschließend kann die Lenkwelle

* BE2022/5575 relativ zum Anschlagkörper weitergedreht werden, wobei diese Drehbewegung durch den er- findungsgemäßen zweiten Umdrehungsbegrenzer, den Innenbegrenzer, gedämpft wird, bis der Innenanschlag erreicht ist, der die Drehbewegung stoppt.

Die vorangehende Ausführung kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass der In- nenbegrenzer einen mit der Lenkwelle verbundenes Innenanschlagelement aufweist, wel- ches mit einem korrespondierenden, an dem Anschlagkörper angebrachten Innengegenan- schlagelement in Anschlagkontakt bringbar ist. Das Innenanschlagelement und ein korres- pondierendes Innengegenanschlagelement können die Drehung in Umfangsrichtung begren- zen, wie dies im Prinzip von einem gattungsgemäßen Umdrehungsbegrenzer bekannt ist.

Beispielsweise kann ein Innenanschlagelement von der Lenkwelle radial nach außen vorste- hen und ein Innengegenanschlagelement von der dem Anschlagkörper nach innen radial vorstehen, so dass es den Bewegungsraum des Innenanschlagelements radial überlappt, und einander in Umfangsrichtung gegenüberliegende Innenanschlag- und Innengegenan- schlagflächen im Anschlagkontakt kommen können. Es können auch axial überlappende An- ordnungen vorgesehen sein. Es kann weiter ein einziges Innenanschlagelement mit einem oder zwei Innengegenanschlagelementen zusammenwirken, oder jeweils zwei unabhängig zusammenwirkende Paare von Innenanschlag- und Innengegenanschlagelementen.

Es kann bevorzugt vorgesehen sein, dass der Umdrehungsbegrenzer ein mit dem Anschlag- körper verbundenes Anschlagelement aufweist, welches mit einem korrespondierenden, an dem Lenksäulengehäuse angebrachten Gegenanschlagelement in Anschlagkontakt bringbar ist. Das Anschlagelement, auch als Außenanschlagelement bezeichnet, und das Gegenan- schlagelement können in an sich bekannter Weise in Umfangsrichtung in Anschlagkontakt bringbare Anschlag- und Gegenanschlagflächen aufweisen.

Die Anschlag- und Gegenanschlagelemente des Umdrehungsbegrenzers und ebenso des

Innenbegrenzers, können radial und/oder axial vorstehende Vorsprünge, Zapfen, Nuten und dergleichen umfassen, deren Querschnitte sich in Umfangsrichtung gesehen überlappen, so dass sie in an sich bekannter Weise im Anschlagkontakt gegeneinander in Anlage kommen können.

Erfindungsgemäß sind der Umdrehungsbegrenzer und Innenbegrenzer als erster und zwei- ter Umdrehungsbegrenzer zwischen Lenkwelle und Lenksäulengehäuse in Serie angeord- net. Bei einer gegebenen Drehrichtung der Lenkwelle relativ zum Lenkwellengehäuse erfol- gen die Anschläge seriell aufeinanderfolgend. Zuerst schlägt der erste, äußere Umdrehungs- begrenzer an, so dass die Drehung des Anschlagkörpers relativ zum Lenksäulengehäuse

> BE2022/5575 gestoppt wird, danach wird die Lenkwelle relativ zum Anschlagkörper weitergedreht, bis auch diese Drehung durch den Innenbegrenzer gestoppt wird. Dadurch lässt sich ein Drehwinkel von mehr als 360° begrenzen. Besonders vorteilhaft für ein realistisches Lenkgefühl ist, dass gezielt eine Dämpfung und damit ein der Lenkbewegung entgegengesetztes Dämpfungsmo- ment nach dem Außenanschlag und vor dem Erreichen des Innenanschlags erzeugt werden kann.

Durch den Umdrehungsbegrenzer ist die maximale Rotation zwischen Anschlag und Gegen- anschlag begrenzt.

Die Sperrvorrichtung kann zwischen einer Löseposition und einer Sperrposition umgeschal- tet werden. In der Löseposition, auch als Freigabestellung bezeichnet, ist die Rotation der

Lenkwelle in dem vorgegebenen Winkelbereich zwischen Anschlag und Gegenanschlag möglich. In der Sperrposition ist die Rotation der Lenkwelle gesperrt, so dass eine Diebstahl- sicherung in Form eines Lenkradschlosses realisiert ist, die einen unbefugten Lenkeingriff und Betrieb wirksam verhindert.

Die Sperrvorrichtung ist mit dem Umdrehungsbegrenzer integriert ausgebildet. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass zumindest der Anschlag oder der Gegenanschlag ein räumlich zwischen einer Löseposition und einer Sperrposition bewegbares bzw. umschaltba- res Anschlag- oder Gegenanschlagelement aufweisen, welches zusätzlich zu der bekannten, in Umfangsrichtung wirksamen Anschlagfunktion eine Verriegelungsfunktion übernehmen kann.

Ein Vorteil der vorgenannten Doppelfunktion ist, dass eine kompaktere, weniger Bauraum erfordernde Bauweise möglich ist als mit separaten Anschlag- und Sperrvorrichtungen. Dar- über hinaus müssen die im Anschlag auftretenden und die potentiell von der Sperrvorrich- tung aufzunehmenden Kräfte und Momente lediglich an einer Stelle relativ zum Gehäuse ab- gestützt werden müssen. Dadurch können unerwünschte Querkräfte verringert werden.

Bevorzugt ist, dass der Umdrehungsbegrenzer und die Sperrvorrichtung baulich integriert ausgebildet sind. Dies kann konstruktiv relativ einfach dadurch erfolgen, dass ein Anschlag- oder Gegenanschlagelement mit einem Sperrelement funktional vereinigt werden. Ein Vorteil ist, dass der Bauraum nicht oder nur unwesentlich größer ausfallen kann, als dies für den vorhandenen Umdrehungsbegrenzer erforderlich ist.

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Eine vorteilhafte Ausführungsform kann vorsehen, dass ein Raststern vorgesehen ist mit ei- ner Mehrzahl von in Umfangsrichtung abwechselnd angeordneten Rastvertiefungen und

Rastvorsprüngen aufweist, und eine Sperrklinke relativ zum Gehäuse zwischen einer Sperr- position und einer Löseposition bewegbar ist, wobei die Sperrklinke in der Sperrposition in eine Rastvertiefung eingreift, um die Rotation der Lenkwelle zu sperren, und in der Lôseposi- tion aus der Rastvertiefung entfernt ist, um die Rotation der Lenkwelle freizugeben.

Der Raststern und die Sperrklinke kônnen eine schaltbare Sperrvorrichtung ausbilden. Der

Raststern kann beispielsweise eine bevorzugt zylindrische Grundform haben, in den die

Rastvertiefungen von außen radial eingebracht sind, beispielsweise als axial verlaufende Nu- ten oder dergleichen. Die Rastvorsprünge erstrecken sich radial nach auBen, so dass sie die

Rastvertiefungen in Umfangsrichtung begrenzen. Die Sperrklinke kann einen bevorzugt keil- oder zapfenfôrmigen Riegel aufweisen, der bezüglich Rotation um die Längsachse in Um- fangsrichtung an dem Gehäuse abgestützt ist. Zur Einstellung der Sperrposition wird die

Sperrklinke radial nach innen bewegt, so dass sie radial in eine Rastvertiefung eintaucht.

Dadurch wird eine in Umfangsrichtung wirksame formschlüssige Verriegelung zwischen Ge- häuse und Raststern realisiert. Ausgehend von der Sperrposition kann die Lôse- oder Frei- gabeposition dadurch eingestellt werden, dass die Sperrklinke radial nach außen aus der

Rastvertiefung herausbewegt wird, so dass sich die Lenkwelle samt Raststern relativ zum

Gehäuse drehen kann. Durch die funktionale Integration des Raststerns mit dem Anschlag und der Sperrklinke mit dem Gegenanschlag kônnen die Vorteile einer einfachen und robus- ten Konstruktion in besonders kompakter Bauform realisiert werden.

Es kann vorgesehen sein, dass das Anschlagelement radial nach außen über den Raststern — vorsteht. Bevorzugt kann das Anschlagelement im Bereich der Rastvorsprünge angeordnet sein. Das Anschlagelement kann vorzugsweise als radiale Fortsetzung eines der Rastvor- sprünge ausgebildet sein, so dass eine kompakte Integration mit dem Raststern ermôglicht wird.

Es ist vorteilhaft, dass das Gegenanschlagelement mit der Sperrklinke verbunden ist. Das

Gegenanschlagelement wird beim Umschalten zusammen mit der Sperrklinke zwischen

Sperr- und Freigabeposition bewegt. Dabei ist die Anschlagfunktion in beiden Positionen rea- lisiert, wogegen die Sperrfunktion nur in der Sperrposition realisiert ist. Die Sperrklinke kann konstruktiv einfach und kompakt ausgestaltet sein, beispielsweise dadurch, dass die Sperr- klinke an dem Gegenanschlagelement ausgebildet ist, beispielsweise einstückig angeformt ist. Mit anderen Worten kann das Gegenanschlagelement die Funktionalität der Sperrklinke

/ BE2022/5575 haben, oder umgekehrt.

Eine bevorzugte Weiterbildung kann vorsehen, dass mindestens jeweils zwei Anschlagele- mente und Gegenanschlagelemente vorgesehen sind. Dabei können ein Anschlagelement und ein korrespondierendes Gegenanschlagelement bevorzugt jeweils paarweise zusam- menwirken. Ein Vorteil ist, dass die aufzunehmenden Anschlagkräfte jeweils geringer sind, so dass ein zuverlässiger und Bauraum sparender Aufbau ermöglicht wird.

Bei der vorgenannten Ausführung ist es vorteilhaft, dass die Anschlagelemente und Gegen- anschlagelemente symmetrisch über den Umfang verteilt angeordnet sind. Bevorzugt kôn- nen zwei Anschläge bezüglich der Längsachse diametral gegenüberliegend ausgebildet sein. Die Rastvertiefungen am Anschlag und die korrespondierenden Sperrklinken am Ge- genanschlag können vorzugsweise in derselben Symmetrie angeordnet sein. Der Vorteil ist, dass die im Anschlag und auch die auf die Sperrvorrichtung wirkenden Anschlag- und Sperr- kräfte symmetrisch sind, und vorteilhaft ohne potentiell beeinträchtigende Querkräfte auf das

Gehäuse übertragen werden können.

Es kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass die Sperrklinke mit einem motorischen Sper- raktuator wirkungsmäBig verbunden ist. Der Sperraktuator ist dabei bevorzugt als elektromo- torischer Antrieb ausgebildet und eingerichtet, um die Sperrklinke relativ zum Raststern aus der Löseposition in die Sperrposition und umgekehrt zu bewegen. Bevorzugt greift der Sper- raktuator an dem Gegenanschlagelement an, um dieses zusammen mit der Sperrklinke zu bewegen. Vorteilhaft ist die automatisierte Betätigung der Sperreinrichtung mittels elektri- scher Steuersignale, beispielsweise bei beim Abstellen des Fahrzeugs.

Es ist möglich, dass der Sperraktuator einen Spindeltrieb aufweist. Durch einen Spindeltrieb, bei dem in an sich bekannter Weise eine Spindelmutter und eine darin eingreifende Gewin- despindel bezüglich der Spindelachse mittels eines bevorzugt elektrischen Stellmotors relativ zueinander drehend angetrieben werden, kann ein Linearantrieb realisiert werden, um das

Sperrelement zwischen Sperr- und Löseposition zu bewegen.

Es ist vorteilhaft, dass das Gegenanschlagelement in der Löseposition gegen das Gehäuse abstützbar ist. Dadurch kann das Gegenanschlagelement formschlüssig gesichert werden, so dass die Anschlagfunktionalität in jedem Fall gewährleistet ist, selbst bei einer Störung ei- nes Sperraktuators.

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Es kann vorgesehen sein, dass das Gegenanschlagelement und die Sperrklinke an einem freien Ende eines an dem Gehäuse drehbar gelagerten Schwenkhebels angeordnet sind.

Der Schwenkhebel kann bevorzugt um eine Schwenkachse drehbar an dem Gehäuse gela- gert sein. Die Schenkachse kann bevorzugt parallel zur Längsachse angeordnet sein. Durch die Konfiguration des Schwenkhebels kann die Kraftübertragung zwischen einem Sperraktu- ator und der Sperrklinke hinsichtlich Richtung und Übertragungsverhältnis mit geringem Auf- wand angepasst werden. Beispielsweise kann ein motorischer Sperraktuator an einem He- belarm angreifen, und die Sperrklinke an einem anderen Hebelarm abgebracht sein, bei- spielsweise an einem zweiarmigen Hebel.

Eine vorteilhafte Weiterbildung ist, dass der Umdrehungsbegrenzer und/oder die Sperrvor- richtung eine Dämpfungsvorrichtung aufweisen. Es kann bevorzugt vorgesehen sein, dass die Dämpfungsvorrichtung ein Dämpfungselement aufweist. Die Dämpfungsvorrichtung kann wirkungsmäßig im Prinzip an mechanischen Schnittstellen angeordnet sein, an denen impul- sartige Kraftspitzen, die durch einen Anschlag- oder Sperrkontakt erzeugt werden, anliegen oder abgestützt werden. Beispielsweise kann eine Dämpfungsvorrichtung zwischen Lenk- welle und Anschlag angeordnet sein, und/oder zwischen Anschlag und Gegenanschlag, und/oder zwischen Raststern und Sperrklinke, und/oder zwischen Sperraktuator und Sperr- klinke. Vorzugsweise kann eine Dämpfungsvorrichtung ein nachgiebiges Elastomerelement oder dergleichen umfassen, beispielsweise aus einem elastisch verformbaren Elastomer- o- der Gummiwerkstoff, welches im Kraftfluss zwischen einander kontaktierenden Bauteilen eingesetzt ist. Zusätzlich oder alternativ können Reibelemente vorgesehen sein, welche bei gegeneinander bewegten Bauteilen kinetische Energie von Kraftspitzen durch Umwandlung in Reibungswärme absorbieren. Vorteile sind, dass die mechanische Beanspruchung und die

Geräuschentwicklung wirksam reduziert werden können.

Ein Dämpfungselement kann eine lineare oder zumindest abschnittweise nichtlineare Kennli- nie aufweisen. Dadurch kann beispielsweise eine progressiv ansteigende Dämpfung erzeugt werden, die bei Annäherung an den Anschlag allmählich erhöht wird.

Es kann bevorzugt vorgesehen sein, dass die Dämpfungsvorrichtung mindestens ein Reibe- lement aufweist. Ein Reibelement stellt ein Dämpfungselement dar, welches im Reibkontakt zwischen Gehäuse (Lenksäulengehäuse) und Lenkwelle angeordnet ist, so dass es ein

Reibmoment ausübt, welches als Dämpfungsmoment einer Drehung der Lenkwelle relativ zum Anschlagkörper entgegengesetzt ist. Durch die dabei auftretende Reibung wird kineti- sche Energie absorbiert und in Wärme umgewandelt, so dass eine relative Abbremsung er-

9 BE2022/5575 folgt. Die Reibung kann durch mechanische Grenzflächenreibung zwischen dem Reibele- ment und der Lenkwelle oder dem Anschlagkörper erzeugt werden. Es kann auch Flüssig- keitsreibung ausgenutzt werden, beispielsweise durch ein hochviskoses Fluid, welches zwi- schen Lenkwelle und Anschlagkörper eingebracht sein kann.

Ein Reibelement kann bevorzugt einen Kunststoff aufweisen, oder aus einem Kunststoff aus- gebildet sein, beispielsweise einem thermoplastischen Polymer oder Elastomer oder einem

Gummiwerkstoff. Der Kunststoff kann bevorzugt weicher sein als eine korrespondierende

Reibfläche an der Lenkwelle oder dem Anschlagkörper, die vorzugsweise aus einem metalli- schen Werkstoff oder einem härteren Kunststoffmaterial ausgebildet sein kann. Durch die

Optimierung der Reibpaarung kann die Brems- und Dämpfungswirkung optimiert, und Ver- schleiß reduziert werden.

Es kann vorteilhaft sein, dass die Dämpfungsvorrichtung mindestens einen elastischen

Dämpfungskörper aufweist. Ein elastischer Dämpfungskörper kann beispielweise ein Fe- derelement umfassen. Dieses kann zwischen zwei gegeneinander anschlagbaren Anschlag- und Gegenanschlagflächen angeordnet sein, so dass der Anschlagkontakt elastisch abgefe- dert wird, wodurch Belastungsspitzen abgeschwächt werden können. Als weiterer Vorteil kann im Zusammenspiel mit einem Reibelement realisiert sein, dass ein elastischer Dämp- fungskörper elastisch vorgespannt wird, und die dadurch erzeugte Vorspannkraft auf gegen- einander im Reibkontakt stehende Reibflächen ausgeübt wird. Dadurch können die Reibflä- chen zur Erzeugung eines definierten Reibmoments oder einer Reibkraft mit der Vorspann- kraft gegeneinander angepresst werden. Der Dämpfungskörper kann an dem Anschlagkôr- per abgestützt sein, und einen Reibkontakt mit der relativ dazu beweglichen Lenkwelle be- lasten, oder umgekehrt.

Ein elastischer Dämpfungskörper kann in sich elastisch verformbar ausgebildet sein, bei- spielweise aus einem Elastomer- oder Gummiwerkstoff. Zusätzlich oder alternativ kann ein metallisches Federelement vorgesehen sein, beispielsweise aus Federstahl. Dabei hat ein einstückiger Elastomerkörper den Vorteil einer einfachen Fertigung und Montage. Eine Fe- derstahl-Feder ermöglicht die Erzeugung einer hohen Vorspannkraft auf kleinem Raum, bei einer hohen Langzeitstabilität. Es ist auch eine Verbundbauweise möglich, wobei die spezifi- schen Vorteile der unterschiedlichen Materialien vorteilhaft genutzt werden können.

Es ist auch möglich, dass ein oder mehrere Dämpfungskörper im Reibkontakt federnd vorge- spannt sind, und bei einer relativen Drehung von Lenkwelle und Anschlagkörper elastisch deformiert werden.

Es ist vorteilhaft, dass mehrere Dämpfungskörper, die Reib- und/oder Federelemente auf- weisen können, bezüglich der Längsachse über den Umfang verteilt angeordnet sind, und dabei vorzugsweise gleichmäßig verteilt bzw. symmetrisch angeordnet sind. Dadurch kann eine vorteilhafte Konstruktion und eine gleichmäßige Dämpfungswirkung erreicht werden.

Die Lenksäule kann vorzugsweise als Steer-by-Wire-Lenksäule ausgebildet sein. Bei dieser weist die Lenkwelle keine mechanische Verbindung mit den zu lenkenden Rädern auf. Vor- zugsweise kann sie einen aktiven und/oder passiven Feedback-Aktuator aufweisen, der die

Einkopplung eines Feedback-Moments in die Lenkwelle zur Simulation eines realistischen

Fahrgefühls ermöglicht. Die Lenksäule kann bevorzugt in dem Fahrzeug in einer Verstaupo- sition außerhalb der Bedienposition verstaubar sein. Dabei ist es besonders vorteilhaft, dass die Erfindung eine kompakte Bauweise ermöglicht, so dass der erforderliche Verstauraum in vorteilhafter Weise verringert werden kann.

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,

Figur2 eine schematische, geöffnete Ansicht eines erfindungsgemäßen Umdrehungs- begrenzers der Lenksäule gemäß Figur 1,

Figur 3 eine axiale Ansicht des Umdrehungsbegrenzers gemäß Figur 2 in der Lösepo- sition,

Figur 4 den Umdrehungsbegrenzer gemäß Figur 3 in der Löseposition im Anschlag des Umdrehungsbegrenzers,

Figur 5 den Umdrehungsbegrenzer gemäß Figur 3 oder 4 in Sperrposition,

Figur 6 eine schematische perspektivische Ansicht des Umdrehungsbegrenzers im

Zustand gemäß Figur 5.

Ausführungsformen der Erfindung

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.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Lenksäule 1 in einer Ansicht von schräg hinten bezüglich der Fahrtrichtung eines Fahrzeugs.

Die Lenksäule 2 weist eine an einer Fahrzeugkarosserie anbringbare Trageinheit 2 auf, von der eine Manteleinheit 3 gehalten wird, die ein Gehäuse oder Lenksäulengehäuse im Sinne der Erfindung darstellt. Eine Lenkwelle 31, gleichbedeutend auch als Lenkspindel bezeich- net, ist in der Manteleinheit 3 um die Längsachse L drehbar gelagert. Die Lenkwelle 31 weist an ihrem hinteren, der Fahrerposition im Kraftfahrzeug zugewandten Endabschnitt einen An- schlussabschnitt 32 zur Anbringung eines hier nicht dargestellten Lenkrads auf.

Die Manteleinheit 3 weist einen rohrförmigen Innenmantel 33 auf, der in Längsrichtung teles- kopierbar in einem Außenmantel 34 aufgenommen ist, der von der Trageinheit 2 gehalten ist.

Dadurch kann eine Längsverstellung der Lenksäule 1 erfolgen, wie mit dem Doppelpfeil an- gedeutet ist.

Zur Längsverstellung kann optional ein als Spindeltrieb ausgebildeter linearer motorischer

Verstellantrieb 4 in Längsrichtung an dem Innenmantel 33 und dem Außenmantel 34 angrei- fen.

Ein Feedback-Aktuator 5 kann optional an der Manteleinheit 3 angebracht sein und einen hier nicht im Einzelnen dargestellten elektromotorischen Antrieb aufweisen, der zur Simula- tion eines realistischen Fahrgefühls die Einkopplung eines Feedback-Moments in die Lenk- welle 31 ermöglicht. Der Feedback-Aktuator 5 ist für die Realisierung der vorliegenden Erfin- dung vorteilhaft, aber nicht wesentlich.

Ein erfindungsgemäß ausgestalteter Umdrehungsbegrenzer 6 ist mit der Manteleinheit 3 ver- bunden, wobei ein Abschnitt dieser Manteleinheit 3, beispielsweise des Außenmantels 34, oder ein damit verbundenes Gehäuseteil das Gehäuse des Umdrehungsbegrenzers 6 bildet, welches in den Figuren 2 bis 6 entsprechend bezeichnet ist.

Die Lenkwelle 3 ist in dem Umdrehungsbegrenzer 6 relativ zu der bezüglich Rotation festste- henden Manteleinheit 3 (=Gehäuse 3) um die Längsachse L drehbar gelagert.

Auf der Lenkwelle 31 ist ein Raststern 61 angebracht, der eine zylindrische Grundform hat und auf seinem Außenumfang eine Mehrzahl von radial von außen eingeformten Rastvertie- fungen 610 aufweist, die als zur Längsachse L parallele Nuten ausgebildet sind, und zwi- schen denen in Umfangsrichtung jeweils Rastvorsprünge 611 angeordnet sind.

Weiterhin weist der Raststern 61 zwei Anschlagelemente 62 und 63 auf, die einander bezüg- lich der Längsachse L diametral gegenüberliegen und über die Rastvorsprünge 611 radial nach außen vorstehen. Konkret ist jedes der Anschlagelemente 62 und 63 jeweils an einen

Rastvorsprung 611 radial nach außen vorstehend angeformt.

Zwei Schwenkhebel 7 sind an dem Gehäuse 3 jeweils um eine Schwenkachse 71 schwenk- bar gelagert, wie mit den gebogenen Pfeilen angedeutet ist, wobei die Schwenkachsen 71 parallel zur Längsachse L sind. An den freien Armen der Schwenkhebel 7 sind Sperrklinken 72 und 73 ausgebildet, die einander bezüglich der Längsachse L symmetrisch, diametral ge- genüberliegen, und radial aufeinander zu gerichtet vorstehen und entsprechend radial gegen den Außenumfang des Raststerns 61 gerichtet sind. Die Sperrklinken 72 und 73 haben auch die Funktion von Anschlagelementen im Sinne der Erfindung.

Ein Sperraktuator 8 weist einen Motor 81 auf, der mit zwei Aktuatorelementen 82 zusam- menwirkt. Diese sind durch Antrieb mittels des Motors 81 bezüglich der Längsachse L in tan- gentialer Richtung aufeinander zu oder voneinander weg bewegbar, beispielsweise je nach

Drehrichtung des Motors 81 durch zwei Spindeltriebe mit gegenläufig orientierten Gewinden.

Jedes der Aktuatorelemente 82 weist eine Eingriffsöffnung 83 auf, in die jeweils ein Betäti- gungsabschnitt 74 eingreift, das jeweils an einem von der Sperrklinke 72 oder 73 abgewand- ten Arm der Schwenkhebel 7 ausgebildet ist.

In Figuren 3 und 4 ist die Löseposition dargestellt. Die beiden Aktuatorelemente 82 sind ge- geneinander zusammenbewegt, wobei sie die beiden Betätigungsabschnitte 74 mitnehmen,

so dass die Schwenkhebel 7 um die Schwenkachse 71 in die Löseposition verschwenkt sind.

Dabei sind die Sperrklinken 72 und 73 maximal radial nach außen bewegt, so dass sie au-

Berhalb des Eingriffs mit den Rastvertiefungen 610 sind.

Die Lenkwelle 31 kann zur Erzeugung eines manuellen Lenkeingriffs zusammen mit dem

Raststern 61 frei um die Längsachse L relativ zum Gehäuse 3 so weit gedreht werden, bei- spielsweise wie mit dem gebogenen Pfeil angedeutet im Uhrzeigersinn, bis der in Figur 4 ge- zeigte Anschlagzustand erreicht ist. Dabei schlagen die Anschlagelemente 62 und 63 in Um- fangsrichtung jeweils gegen die korrespondierenden Sperrklinken 72 und 73 an, so dass die

Umdrehung begrenzt ist.

In der Löseposition gemäß Figuren 3 und 4 sind die freien Arme, die die Sperrklinken 72 und 73 aufweisen, radial nach außen gegen das Gehäuse 3 abgestützt. Sie können folglich nicht weiter nach auBen bewegt werden, so dass in jedem Fall die Umdrehungsbegrenzung ge- währleistet ist.

Figur 5 zeigt die Sperrposition. Dazu werden die beiden Aktuatorelemente 82 ausgehend von der Löseposition mittels des Motors 81 voneinander weg bewegt und nehmen dabei die

Betätigungsabschnitte 74 mit, wodurch die Schwenkhebel 7 um die Schwenkachsen 71 ver- schwenkt werden. Dadurch greifen die Sperrklinken 72 und 73 jeweils radial von außen in eine Rastvertiefung 610 ein, wie mit den Pfeilen angedeutet, so dass ein in Umfangsrichtung wirksamer Formschluss erzeugt wird, der die Drehung des Raststerns 61 und damit der

Lenkwelle 31 relativ zum Gehäuse 3 blockiert bzw. sperrt.

Dieselbe Situation wie in Figur 5 ist in Figur 6 nochmals perspektivisch gezeigt. Darin ist er- kennbar, dass die Sperrklinken 72 und 73 axial versetzt angeordnet bzw. ausgebildet sind, so dass — nur in der Löseposition — das Anschlagelement 62 in Umfangsrichtung an der

Sperrklinke 73 vorbei gedreht werden kann, und entsprechend das Anschlagelement 63 an der Sperrklinke 72 vorbei.

Durch die Sperrklinken 72 und 73 ist im Zusammenwirken mit den Anschlagelementen 62, 63 ein Umdrehungsbegrenzer 6 realisiert, und im Zusammenwirken mit den Rastvertiefun- gen 610 eine erfindungsgemäße Sperrvorrichtung, die bevorzugt durch den Sperraktuator 8 motorisch betätigt werden kann. Damit bilden die Sperrklinken 72, 73 funktional ebenfalls

Gegenanschlagelemente im Sinne der Erfindung.

Zwischen dem Raststern 61 und der Lenkwelle 31 können optional Dämpfungselemente 9 angeordnet sein, die Elastomerkörper oder dergleichen aufweisen können, und die durch

Reibung und elastische Verformung beim Anschlag auftretende Kraftimpulse dämpfen kön- nen. Ähnlich ausgebildete Dämpfungselemente 9 können zusätzlich oder alternativ funktional zwischen dem Sperraktuator 8 und den Sperrklinken 72 und 73 angeordnet sein, und/oder zwischen den Anschlagelementen 62, 63 und den Sperrklinken 72, 73.

Weiterhin kann optional zwischen dem Raststern 61 und der Lenkwelle 31 ein Innenbegren- zer 91 vorgesehen sein, der bezüglich der Drehung um die Längsachse L eine Art losen

Formschluss erzeugt. Dadurch wird eine begrenzte Relativbewegung ermöglicht, die für eine

Optimierung der Dämpfung genutzt werden kann.

Bezugszeichenliste 1 Lenksäule 2 Trageinheit 3 Manteleinheit (Gehäuse) 31 Lenkwelle 32 Anschlussabschnitt 33 Innenmantel 34 Außenmantel 4 Verstellantrieb 5 Feedback-Aktuator 6 Umdrehungsbegrenzer 61 Raststern 610 Rastvertiefung 611 Rastvorsprung 62, 63 Anschlagelement 7 Schwenkhebel 71 Schwenkachse 72, 73 Sperrklinke (Gegenanschlagelement) 74 Betätigungsabschnitt 8 Sperraktuator 81 Motor 82 Aktuatorelemente 83 Eingriffsöffnung 9 Dämpfungselement 91 Innenbegrenzer

Claims (15)

PATENTANSPRÜCHE

1. Lenksäule (1) für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine relativ zu einem Gehäuse (3) um eine Längsachse (L) drehbar gelagerte Lenkwelle (31), die mit einem Umdrehungs- begrenzer (6) zur Begrenzung der Rotation der Lenkwelle (31) relativ zum Gehäuse (3) zusammenwirkt, und der mindestens einen mit der Lenkwelle (31) verbundenen Anschlag mit einem Anschlagelement (62, 63) aufweist, der bezüglich Rotation um die Längsachse (L) in Umfangsrichtung gegen ein korrespondierendes Gegenan- schlagelement (72, 73) eines mit dem Gehäuse (3) verbundenen Gegenanschlags (7) anschlagbar ist, wobei der Umdrehungsbegrenzer (6) eine Sperrvorrichtung aufweist, die wahlweise in eine Sperrposition oder eine Löseposition bringbar ist, wobei in der Sperrposition die Rotation der Lenkwelle (31) relativ zum Gehäuse (7) blockiert ist, und in der Löseposition die Rotation der Lenkwelle (31) relativ zum Gehäuse (3) frei- gegeben ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Innenbegrenzer (91) zur Begrenzung einer relativen Drehung zwischen Lenkwelle (2) und Anschlagelement (62, 63) angebracht ist.

2. Lenksäule nach Anspruch 1, dass der Umdrehungsbegrenzer (6) und die Sperrvor- richtung baulich integriert ausgebildet sind.

3. Lenksäule nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Raststern (61) vorgesehen ist mit einer Mehrzahl von in Umfangsrichtung abwechselnd angeordneten Rastvertiefungen (610) und Rastvorsprüngen (611), und eine Sperrklinke (72, 73) relativ zum Gehäuse (3) zwischen einer Sperrposition und einer Löseposition bewegbar ist, wobei die Sperrklinke (72, 73) in der Sperrposition in eine Rastvertiefung (610) eingreift, um die Rotation der Lenkwelle (31) zu sperren, und in der Löseposition aus der Rastvertiefung (610) entfernt ist, um die Rotation der Lenkwelle (31) freizugeben.

4. Lenksäule nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlagelement 62, 63) radial nach außen über den Raststern (61) vorsteht.

5. Lenksäule nach einem der vorangehenden Ansprüche 3 bis 4, dadurch gekennzeich- net, dass das Gegenanschlagelement (72, 73) mit der Sperrklinke (72, 73) verbunden ist.

6. Lenksäule nach einem der vorangehenden Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeich- net, dass der Anschlag ein über den Raststern (61) radial vorstehendes Anschlagele- ment (62, 63) aufweist, welches zur Umdrehungsbegrenzung gegen ein Gegenan- schlagelement (72, 73) anschlagbar ist.

7. Lenksäule nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens jeweils zwei Anschlagelemente (62, 63) und Gegenanschlagele- mente (72, 73) vorgesehen sind.

8. Lenksäule nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlagelemente (62, 63) und Gegenanschlagelemente (72, 73) symmetrisch über den Umfang verteilt angeordnet sind.

9. Lenksäule nach einem der vorangehenden Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeich- net, dass die Sperrklinke (72, 73) mit einem motorischen Sperraktuator (8) wirkungs- mäßig verbunden ist.

10. Lenksäule nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Sperraktuator (8) ei- nen Spindeltrieb aufweist.

11. Lenksäule nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegenanschlagelement (72, 73) in der Löseposition gegen das Gehäuse (3) abstützbar ist.

12. Lenksäule nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegenanschlagelement (72, 73) und die Sperrklinke (72, 73) an einem freien Ende eines an dem Gehäuse (3) drehbar gelagerten Schwenkhebels (7) ange- ordnet sind.

13. Lenksäule nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Umdrehungsbegrenzer (6) und/oder die Sperrvorrichtung eine Dämpfungs- vorrichtung (9, 91) aufweisen.

14. Lenksäule nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungsvorrich- tung ein Dämpfungselement (9) aufweist.

15. Lenksäule nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenksäule (1) als Steer-by-Wire-Lenksäule ausgebildet ist.