DE102008049856B4

DE102008049856B4 - Lenksäule für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102008049856B4
Application number: DE102008049856A
Authority: DE
Inventors: Max Oertle; Hansjoerg Sulser
Original assignee: ThyssenKrupp Presta AG
Current assignee: ThyssenKrupp Presta AG
Priority date: 2008-10-01
Filing date: 2008-10-01
Publication date: 2010-09-09
Anticipated expiration: 2028-10-02
Also published as: DE202008017718U1; DE102008049856A1

Abstract

Lenksäule für ein Kraftfahrzeug umfassend eine Welle (13), die von einem Abschnitt einer Lenkspindel der Lenksäule gebildet wird, ein die Welle (13) zumindest teilweise umgebendes Hüllteil (15), das von einer die Lenkspindel drehbar lagernden Manteleinheit der Lenksäule gebildet wird, und mindestens ein die Welle (13) gegenüber dem Hüllteil (15) drehbar lagerndes Wälzlager (16), welches einen auf der Welle (13) durch einen Presssitz gehaltenen Innenring (18) und einen vom Hüllteil (15) gehaltenen Außenring (19) und zwischen dem Innenring (18) und dem Außenring (19) ablaufende Wälzkörper (20) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (13) zur Halterung des Innenrings (18) in einem ersten Abschnitt ihrer Längserstreckung mit durch Umformung der Welle (13) unter Aufweitung des Durchmesser der Welle (13) ausgebildeten Materialerhebungen (24) einer ersten Höhe versehen ist und in einem axial anschließenden oder beabstandeten zweiten Abschnitt mit durch Umformung der Welle (13) unter Aufweitung des Durchmesser der Welle (13) ausgebildeten Materialerhebungen (32) einer...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Lenksäule für ein Kraftfahrzeug umfassend eine Welle, die von einem Abschnitt einer Lenkspindel der Lenksäule gebildet wird, ein die Welle zumindest teilweise umgebendes Hüllteil, das von einer die Lenkspindel drehbar lagernden Manteleinheit der Lenksäule gebildet wird, und mindestens ein die Welle gegenüber dem Hüllteil drehbar lagerndes Wälzlager, welches einen auf der Welle durch einen Presssitz gehaltenen Innenring und einen vom Hüllteil gehaltenen Außenring und zwischen dem Innenring und dem Außenring ablaufende Wälzkörper umfasst.
Lenksäulen für Kraftfahrzeuge sind in unterschiedlichen Ausführungsformen bekannt. Solche Lenksäulen können unverstellbar oder in ihrer Länge und/oder Höhe bzw. Neigung verstellbar ausgebildet sein. Eine verstellbare Lenksäule für ein Kraftfahrzeug geht beispielsweise aus der DE 10 2005 034 952 B3 hervor. Im geschlossenen Zustand eines Spannmechanismus wird eine Manteleinheit, die einen an das lenkradseitige Ende anschließenden Abschnitt der Lenkspindel drehbar lagert, unverstellbar gegenüber einer chassisfesten Trageinheit gehalten. Die Halterung erfolgt hierbei durch Reibschluss. Zur Erhöhung der Anzahl der Reibflächen sind auch verstellbare Lenksäulen mit nach Art einer Lamellenkupplung zusammenwirkenden Lamellen bekannt geworden. Bei anderen Ausführungsformen von Lenksäulen erfolgt die Halterung gegen eine Verstellung formschlüssig.
Aus der US 6,513,984 B1 geht die Lagerung einer Welle hervor, die von der Lenkspindel eines Kraftfahrzeugs gebildet wird, wobei die Axialpositionierung des Wälzlagers durch Sicherungsringe, die beidseits angeordnet und in Nuten der Welle eingesetzt sind, sichergestellt wird. Nachteilig ist, dass für die Sicherungsringe entsprechende Nuten vorgesehen sein müssen. Diese Nuten bedingen eine Wandstärkenerhöhung der Welle, damit das notwendige Drehmoment übertragen werden kann. Weiters besitzt diese Anordnung den Nachteil, dass die Lagerung nicht axial vorgespannt werden kann.
Die EP 1 408 247 B1 offenbart eine Lagerung einer Welle, insbesondere einer Lenkspindel für ein Kraftfahrzeug, bei der die Laufringe des in Form eines Schrägkugellagers ausgebildeten Wälzlagers von Blechschalen gebildet werden. Um eine Spielfreiheit der Lagerung zu erreichen sind erste und zweite axial beabstandete Schrägkugellager vorhanden, deren Laufringe mittels einer Feder in axialer Richtung der Weile gegeneinander verspannt werden. Zur axialen Halterung der Innenringe gegenüber der Welle sind Sicherungsringe vorgesehen. Die Innenringe werden mit Hilfe von Toleranzringen auf der Welle befestigt. Durch die Verwendung von Toleranzringen kann die erforderliche Nacharbeit an der Welle reduziert werden. Diese Anordnung ist aufwendig und besteht aus sehr vielen Einzelteilen.
Aus der DE 103 37 021 A1 geht eine Einrichtung der eingangs genannten Art hervor. Das zur Lagerung einer Lenkwelle eines Kraftfahrzeuges dienende Wälzlager besitzt einen Innenring, der als Massivring ausgebildet ist und in seiner Aufnahmebohrung mit einer Innenverzahnung versehen ist. Mit seiner Innenverzahnung wird der Innenring auf die Lenkwelle aufgepresst. Dieser Innenring übernimmt auch die bisherige Funktion des Toleranzringes, gleicht also auch Fertigungsungenauigkeiten zwischen dem Innenring und der Welle aus. Damit der Innenring an die vorgesehene Position aufgeschoben werden kann, wird es erforderlich sein, die Welle in diesem Bereich mit einem Ansatz (=ein Abschnitt eines größeren Durchmessers) auszubilden. Andernfalls würde es zu einer Verformung der oder Abschabungen auf der Welle über den gesamten axialen Weg des Aufschiebens kommen. Die Ausbildung eines solchen Ansatzes bedingt einen zusätzlichen Herstellungsaufwand für die Welle. Auch die Ausbildung eines Lagerinnenrings mit einer Innenverzahnung bedingt einen erhöhten Herstellungsaufwand. Auch muss der Lagerinnenring speziell gefertigt werden und für diese Anordnung ist kein Standardlager einsetzbar. Da ein Lagerinnenring üblicherweise gehärtet ist, graben sich die Zähne der Verzahnung im Wesentlichen in das Material der Lenkwelle ein, ohne selbst umgeformt zu werden, was Nachteile beinhaltet.
Eine weitere Lagerung einer Lenkwelle, wie sie durch Vorbenutzung bekannt ist, wird zu Beginn der Figurenbeschreibung im Einzelnen beschrieben.
Eine weitere mit zwei Wälzlagern gegenüber einem Mantelrohr drehbar gelagerte Lenkspindel geht aus der US 5,531,526 A hervor.
Weitere Anordnungen mit Wälzlagern zur Lagerung einer Welle gegenüber einem Hüllteil gehen u. a. aus der US 5,943,776 A , DE 33 26 491 A1 und EP 1 568 904 A1 hervor. Bei den beiden erstgenannten Schriften ist die Welle zur Halterung des Innenrings des Wälzlagers umfänglich mit mindestens einer Materialerhebung versehen, an der der Innenring zur axialen Abstützung gegenüber der Welle mit einer winkelig zur Längsachse der Welle stehenden Fläche anliegt. Bei der aus der EP 1 568 904 A1 bekannten Anordnung ist der Innenring unter Ausbildung eines Presssitzes auf Materialerhebungen aufgeschoben, die durch Umformung der Welle unter Aufweitung ihres Durchmessers ausgebildet sind.
Aufgabe der Erfindung ist es eine Lenksäule der eingangs genannten Art mit einer einfachen und vorteilhaften Befestigung des Wälzlagers auf der Welle bereitzustellen. Erfindungsgemäß gelingt dies durch eine Lenksäule mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die Unteransprüche beschreiben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Bei einer erfindungsgemäßen Lenksäule ist die vom Abschnitt der Lenkspindel gebildete Welle zur Halterung des Innenrings zumindest über einen Teil ihres Umfangs mit Materialerhebungen versehen, wobei der Innenring unter Ausbildung eines Presssitzes zumindest teilweise auf die Materialerhebungen aufgeschoben ist und der Innenring zur axialen Abstützung gegenüber der Welle mit einer winkelig zur Längsachse der Welle stehenden Fläche zumindest an einer der Materialerhebungen anliegt. Dabei sind die Materialerhebungen der art ausgebildet, dass sie über den ursprünglichen, vor Einbringung der Materialerhebung vorhandenen, äußeren Umfang der Welle hinaustreten. Entsprechend wird der Durchmesser der Welle auf diese Weise an der entsprechenden Stelle vergrößert.
Die Ausbildung von Materialerhebungen auf der Welle erfolgt sehr einfach durch eine Umformung der Welle, wodurch der Durchmesser der Welle im Bereich der Materialerhebungen vergrößert wird, beispielsweise durch Rollieren, Rändeln oder eine andere mechanische Umformoperation.
Gemäß der Erfindung ist der Innenring sowohl auf zumindest Abschnitte zumindest einiger der Materialerhebungen axial aufgepresst, wodurch er gegen eine Verdrehung gegenüber der Welle gesichert ist, als auch liegt er mit einer winkelig zur Längsachse der Welle stehenden Fläche an mindestens einer der Materialerhebungen an, wodurch er – zusätzlich zur Haltekraft, die durch das Aufpressen auf die Materialerhebungen in axialer Richtung aufgebracht wird – gegen eine axiale Verschiebung gegenüber der Welle in diese Richtung gehalten ist. Die mindestens eine die axiale Abstützung durch Anlage an der Fläche des Innenrings bewirkende Materialerhebung ist hierbei zumindest in einem Bereich unverformt, der axial an die Stelle der Abstützung in die vom Innenring weggerichtete Richtung anschließt. Zur Anlage an der winkelig zur Längsachse der Welle stehenden Fläche des Innenrings sind separate Materialerhebungen vorgesehen, deren Höhe – durch eine stärkere Aufweitung der Welle bei ihrer Umformung – größer ist als die vor dem Aufschieben des Innenrings gemessene Höhe der Materialerhebungen, auf die der Innenring aufgeschoben ist.
Gemäß der Erfindung ist der Außendurchmesser der Welle im Bereich der Materialerhebungen, auf die der Innenring aufgeschoben wird, vor Aufschieben des Innenrings größer als der Innendurchmesser des Innenrings. Dieses für den Presssitz erforderliche Übermaß wird dabei bevorzugterweise mit einer Größe im Bereich von 0,02 mm bis 0,25 mm dimensioniert. Die Höhe dieser Materialerhebungen liegt vorzugsweise im Bereich von 0,03 mm bis 0,4 mm. Der Durchmesser der Welle, bevor die Materialerhebungen eingebracht werden, ist hierbei kleiner als der Innendurchmesser des Innenrings.
Vorzugsweise wird der Innenring auf zumindest fünf, besonders bevorzugt auf zumindest zehn, Materialerhebungen zumindest teilweise aufgepresst.
Die mindestens eine an der winkelig zur Längsachse der Welle stehenden Fläche anliegende Materialerhebung weist vorzugsweise eine Höhe im Bereich von 0,1 mm bis 0,5 mm auf.
Gemäß der Erfindung steht die Fläche, an der die mindestens eine Materialerhebung zur axialen Abstützung des Innenrings gegenüber der Welle anliegt, wie weiter ausgeführt, winkelig zur Längsachse der Welle, d. h. die Fläche liegt nicht parallel zur Längsachse der Welle bzw. ihre Flächennormale schließt einen Winkel ungleich 90° mit der Längsachse der Welle ein. Vorzugsweise schließt die Flächennormale mit der Längsachse der Welle einen Winkel kleiner als 45° ein, besonders bevorzugt steht die Fläche rechtwinkelig zur Längsachse der Welle. Es kann sich bei dieser Fläche um eine Stirnseite des Innenrings an einem axialen Ende des Innenrings oder um eine Abstufung des Innenrings handeln.
Durch die Erfindung wird eine einfache Ausbildung der drehbaren Lagerung der Welle gegenüber dem Hüllteil ermöglicht. Günstigerweise kann eine Welle herangezogen werden, die im Abschnitt, in welchem der Innenring gehalten ist und in axial daran anschließenden Abschnitten vor Ausbildung der Materialerhebungen einen konstanten Durchmesser aufweist. Die Materialerhebungen können in einfacher Weise durch Umformung der Welle ausgebildet werden, wobei die Welle durch diese Umformung aufgeweitet wird, d. h. der Durchmesser im Bereich einer Materialerhebung ist größer als der Durchmesser, bevor die Materialerhebung eingebracht worden ist. Die Materialerhebungen können somit durch Materialverdrängung ausgebildet werden.
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung können das Erfordernis einer Bearbeitung der inneren Mantelfläche des Innenrings des Wälzlagers vermieden werden. Es können auch Standard-Wälzlager eingesetzt werden. Dabei kann eine breite Palette an Bauarten von Wälzlagern mit der erfindungsgemäßen Lösung positioniert werden.
Vorzugsweise ist die Welle in einem vordefinierten Axialbereich zur Halterung des Innenrings im Wesentlichen über ihren gesamten Umfang mit Materialerhebungen versehen. Hierbei ist zumindest entlang einer um den Umfang verlaufenden Linie kein Bereich vorhanden, dessen Länge größer als ein fünftel, besonders bevorzugt größer als ein zehntel, des gesamten Umfangs ist und in dem sich keine Materialerhebung befindet. Die Materialerhebungen können in Form einer Mehrzahl, vorzugsweise mindestens fünf, besonders bevorzugt mindestens zehn, von nebeneinanderliegenden und/oder sich kreuzenden Stegen, Wülsten oder Zähnen ausgebildet sein.
In einer möglichen Ausführungsform der Erfindung verlaufen die Materialerhebungen in Umfangsrichtung der Welle, wobei eine Mehrzahl von in axialer Richtung der Welle beabstandeten Materialerhebungen vorhanden ist. Vorzugsweise umgibt jede Materialerhebung die Welle vollständig. Die Materialerhebungen können in Form von Stegen, Wülsten oder Zähnen ausgebildet sein. Solche Materialerhebungen werden auch als Rollierung oder ringförmiges Nutenrändel bezeichnet.
In einer weiteren möglichen Ausführungsform verlaufen die Materialerhebungen in axialer Richtung der Welle, wobei eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten Materialerhebungen vorhanden ist. Der Abstand zwischen den Mittel- oder Scheitellinien der Materialerhebungen beträgt hierbei vorzugsweise weniger als ein fünftel, besonders bevorzugt weniger als ein zehntel der Umfangserstreckung der Welle. Die Materialerhebungen können in Form von Stegen, Wülsten oder Zähnen ausgebildet sein. Eine solche Ausbildung wird auch als Rändel oder axiales Nutenrändel bezeichnet.
Auch Kombinationen von in Umfangsrichtung und in axialer Richtung der Welle verlaufenden Materialerhebungen und/oder andere Verläufe von Materialerhebungen, also schräg zur Umfangsrichtung und schräg zur axialen Richtung der Welle sind denkbar und möglich, beispielsweise Diamanträndel.
Bei einer Lenksäule für ein Kraftfahrzeug sind hohe Anforderungen an die Steifigkeit der Lagerung der drehbar gelagerten Lenkspindel gestellt. Gleichzeitig sollen einfache kostengünstige Lösungen realisiert werden, bei denen die Rollwiderstände gering und die geforderten Fertigungsgenauigkeiten möglichst niedrig ausgebildet sind.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnung erläutert. In dieser zeigen:
1 eine von einer Lenkspindel gebildete Welle, die in herkömmlicher Weise in einem Hüllteil drehbar gelagert ist, in Schrägsicht;
2 eine Explosionsdarstellung der Anordnung von 1;
3 einen Längsmittelschnitt der Anordnung von 1;
4 und 5 Details A und B von 3;
6 eine Explosionsdarstellung einer Anordnung entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
7 einen Längsmittelschnitt durch die Anordnung von 6;
8 und 9 Details C und D von 7;
10 eine Schrägsicht des Lagers der Anordnung von 6, gegenüber 6 vergrößert und aus einem anderen Blickwinkel;
11 einen Längsmittelschnitt durch das Lager;
12 eine Darstellung entsprechend 8 einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
13 eine Explosionsdarstellung einer Anordnung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
14 einen Teil eines Längsmittelschnitts der Anordnung von 13 im Bereich des Wälzlagers (in einer Darstellung analog 8);
15 eine Darstellung analog 14 einer vierten Ausführungsform der Erfindung;
16 eine Schrägsicht einer möglichen Ausführungsform einer Lenksäule mit einer in erfindungsgemäßen Weise gelagerten Lenkspindel;
17 die Lenksäule von 16 in auseinandergezogener Darstellung von Teilen der Lenksäule.
Die Figuren weisen unterschiedliche Maßstäbe auf und sind teilweise schematisiert. Insbesondere sind die Materialerhebungen stark übertrieben dargestellt.
Im Folgenden wird zunächst anhand der 1 bis 5 eine herkömmliche Lagerung einer Welle in einem Hüllteil dargestellt, wie sie für Lenksäulen von Kraftfahrzeugen eingesetzt wird. Die Welle 1 wird von einem an das lenkradseitige Ende der Lenkspindel anschließenden Abschnitt der Lenkspindel gebildet. Das Hüllteil 2 wird von einer rohrförmig ausgebildeten Manteleinheit (=Mantelrohr) gebildet. Zur Lagerung der Welle 1 gegenüber dem Hüllteil die nen ein Wälzlager 3 und ein Zusatzwälzlager 4, welches vom lenkradseitigen Ende der Lenkspindel weiter entfernt liegt als das Wälzlager 3. Das Wälzlager 3 und Zusatzwälzlager 4 sind in Form von Schrägkugellagern ausgebildet. Zur axialen Halterung des Wälzlagers 3 dient ein durch Aufpressen auf die Welle 1 an dieser gehaltener Haltering 5, an den ein Federring 6 anschließt, der mit einem Kunststoffring 7 zusammenwirkt, auf dem der Innenring 8 des Wälzlagers 3 angeordnet ist und der zum Toleranzausgleich zwischen der Welle 1 und dem Innenring 8 dient. Der Außenring 9 ist am Hüllteil 2 gehalten.
Der Innenring 10 des Zusatzwälzlagers 4 ist ebenfalls auf einem Kunststoffring 11 angeordnet, der den Toleranzausgleich zwischen der Welle 1 und dem Innenring 10 bewirkt. Dieser Kunststoffring 11 und dadurch das Zusatzwälzlager 4 ist axial mittels eines auf die Welle 1 aufgepressten Halterings 12 positioniert. Der Federring 6 bewirkt zur Vermeidung eines Spiels eine axiale Vorspannung des Wälzlagers 3 und Zusatzwälzlagers 4.
Ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand der 6 bis 11 erläutert. Die Welle 13 wird von einem an ein lenkradseitiges Ende 14 anschließenden Abschnitt einer Lenkspindel (=Lenkwelle) einer Lenksäule für ein Kraftfahrzeug gebildet. Das Hüllteil 15 wird von einer die Welle 13 zumindest abschnittsweise aufnehmenden rohrförmigen Manteleinheit (=Mantelrohr) der Lenksäule gebildet. Zur drehbaren Lagerung der Welle 13 gegenüber dem Hüllteil 15 dienen ein Wälzlager 16 und ein Zusatzwälzlager 17, welches vom lenkradseitigen Ende 14 weiter entfernt liegt als das Wälzlager 16. Mit Vorzug sind die beiden Wälzlager 16, 17 an den beiden Endbereichen des Hüllteils 15 angeordnet.
Das Wälzlager 16 umfasst einen Innenring 18, der hier als massives Stahlteil ausgebildet ist. Eine Ausbildung in Form eines gebogenen Blechteils ist ebenfalls denkbar und möglich und wird weiter unten anhand eines weiteren Ausführungsbeispiels beschrieben. Weiters umfasst das Wälzlager 16 einen Außenring 19, der vom Hüllteil (2) gegen ein Verdrehen gehalten und axial positioniert ist. Die Halterung des Außenrings 19 am Hüllteil 2 kann in herkömmlicher Weise erfolgen, beispielsweise durch Einpressen in dessen vorderes Ende und einen ungebördelten Endabschnitt des Außenrings 19, der stirnseitig am Hüllteil 2 anliegt.
Der Innenring 18 und Außenring 19 bilden die Laufringe des Wälzlagers 16, zwischen denen die Wälzkörper 20, hier Kugeln, abrollen.
Die Wälzkörper 20 sind in einem Käfig 21 gehalten. Haken 22, 23 (vgl. insbesondere die 10 und 11) halten den Innenring 18 und Außenring 19 im noch nichtmontierten Zustand des Wälzlagers 16 zusammen. Die Haken 22, 23 können auch entfallen. Je nach Ausbildung des Wälzlagers 16 kann auch der Käfig 21 entfallen.
Das Wälzlager 16 ist im Ausführungsbeispiel in Form eines Schrägkugellagers ausgebildet. Der Einsatz von anderen Wälzlagern, insbesondere Schrägwälzlagern ist denkbar und möglich.
Das Zusatzwälzlager 17 umfasst einen Innenring 26, der gegenüber der Welle 13 unverdrehbar gehalten ist und axial positioniert ist, einen Außenring 27, der gegenüber dem Hüllteil 15 unverdrehbar gehalten und axial positioniert ist und zwischen diesen abrollende Wälzkörper 28, hier Kugeln.
Die Wälzkörper 28, die in einem Käfig angeordnet sein können, sind hier als Kugeln ausgebildet und das Zusatzwälzlager ist in Form eines Schrägkugellagers ausgebildet. Auch eine Verwendung von in anderer Form ausgebildeten Wälzlagern, insbesondere Schrägwälzlagern ist denkbar und möglich.
Zwischen dem Innenring 26 und der Welle 13 ist ein Zwischenring 29 angeordnet, der vorzugsweise aus Kunststoff ausgebildet ist. Über diesen Zwischenring 29 werden auch Toleranzen der Welle 13 ausgeglichen.
Zur axialen Vorspannung des Zusatzwälzlagers 17 und Wälzlagers 16 dient ein in Form eines Federrings ausgebildetes Federelement 30. Dieses greift am Zwischenring 29 an dessen vom Wälzlager 16 abgewandten Stirnseite an und stützt sich anderseits an einem Haltering 31 ab, der axial unverschiebbar gegenüber der Welle 13 ist, vorzugsweise auf diese aufgepresst ist.
Das Federelement 30 spannt das Zusatzwälzlager 17 axial vor und beaufschlagt – über das Zusatzwälzlager 17 – das Hüllteil 15 in Richtung zum lenkradseitigen Ende 14 der Welle 13, wodurch auch das Wälzlager 16 axial vorgespannt wird.
Denkbar und möglich ist beispielsweise auch eine einstückige Ausbildung des Zwischenrings 29 und Innenrings 26 des Zusatzwälzlagers 17, z. B. in Form eines massiven Stahlteils, d. h. ein separater Zwischenring 29 würde entfallen. Das Federelement könnte in diesem Fall direkt am Innenring 26 des Zusatzwälzlagers 17 angreifen.
Die Welle 13 ist in einem ersten Abschnitt ihrer Längserstreckung mit Materialerhebungen 24 einer ersten Höhe und in einem axial anschließenden zweiten Abschnitt ihrer Längserstreckung mit Materialerhebungen 32 einer zweiten größeren Höhe versehen. Durch eine jeweilige Materialerhebung 24 der ersten Höhe ist der Außendurchmesser der Welle 13 weniger stark aufgeweitet als durch eine jeweilige Materialerhebung 32 der größeren zweiten Höhe, d. h. die Spitzen (im Falle von Zähnen) bzw. Rücken (im Falle von Stegen oder Wülsten) der Materialerhebungen 32 weisen einen größeren Abstand von der zentralen Längsachse 25 der Welle 13 auf als die Spitzen (im Falle von Zähnen) bzw. Rücken (im Falle von Stegen oder Wülsten) der Materialerhebungen 24.
Der Innenring 18 ist auf die Materialerhebungen 24 mit der geringeren Höhe aufgepresst, wodurch diese verformt worden sind. Der Innenring 18 liegt hierbei mit seiner zum lenkradseitigen Fläche 14 der Welle 13 weisenden Ende 33 an der ersten der Materialerhebungen 32 stirnseitig an.
Aufgrund der geringen Drehmomente, die ein Wälzlager von seinem Außenring 19 auf seinen Innenring 18 überträgt, genügt zur Halterung des Innenrings 18 gegen eine Verdrehung gegenüber der Welle 13 bereits ein relativ geringer Kraftschluss, welcher durch den Presssitz auf den Materialerhebungen 24 mit der geringeren Höhe erreicht wird. Somit sind auch die auf den Innenring 26 durch das Aufpressen aufgebrachten Spannungen gering. Die Gefahr einer Verformung des Innenrings 18 durch die aufgebrachte Spannung wird dadurch vermindert. Der Innenring 18 kann damit auch relativ dünnwandig, beispielsweise in Form eines gebogenen Blechteils ausgebildet sein.
Durch die Materialerhebungen 32 mit der größeren Höhe wird weiters eine zuverlässige Halterung des Innenrings 18 gegen eine axiale Verschiebung in Richtung zum lenkradseitigen Ende 14 der Welle 13 erreicht.
Die Materialerhebungen 24 und 32 sind im gezeigten Ausführungsbeispiel in Form von Rollierungen ausgebildet. Auch andere durch Umformung ausgebildete Materialerhebungen, beispielsweise Rändel oder Diamanträndel sind denkbar und möglich, wobei auch unterschiedliche Formen für die Materialerhebungen 24 und die Materialerhebungen 32 denkbar und möglich sind.
Das in 12 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in 8 dargestellten Ausführungsbeispiel allein dadurch, dass der erste Abschnitt der Längserstreckung der Welle 13, in dem die Materialerhebungen 24 mit geringerer Höhe angeordnet sind, vom zweiten Abschnitt der Längserstreckung der Welle 13, in dem die Materialerhebungen 32 mit größerer Höhe angeordnet sind, axial beabstandet ist. Der Innenring 18 ist auf die Materialerhebungen 24 mit der geringeren Höhe unter Verformung derselben axial aufgepresst und liegt mit einer dem lenkradseitigen Ende 14 der Welle 13 zugewandten Fläche 33 an den Materialerhebungen 32 mit der größeren Höhe an, im gezeigten Ausführungsbeispiel an der ersten dieser Materialerhebungen 32 (wenn sich die Materialerhebungen 32 beispielsweise in axialer Richtung der Welle erstrecken würden, so würde der Innenring 18 mit seiner Fläche 33 an den Enden aller Materialerhebungen 32 anliegen).
Das in den 13 und 14 dargestellte dritte Ausführungsbeispiel ist ähnlich dem in 8 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel. Wiederum ist die Welle 13 in einem ersten Abschnitt ihrer Längserstreckung mit Materialerhebungen 24 einer ersten Höhe versehen und in einem axial anschließenden zweiten Abschnitt ihrer Längserstreckung mit Materialerhebungen 32 einer größeren zweiten Höhe versehen. Die Unterschiede zum ersten Ausführungsbeispiel bestehen darin, dass der Innenring 18 hier als gebogenes Blechteil ausgebildet ist und die Materialerhebungen 24, 32 als Rändel dargestellt sind. Ein Abschnitt des Innenrings 18 ist auf die Materialerhebungen 24 mit der geringeren Höhe axial aufgepresst, wobei sich diese (unter weiterer Verringerung ihrer Höhe) verformt haben. Eine in Richtung zum lenkradseitigen Ende 14 gerichtete Fläche 33 des auf die Materialerhebungen 24 aufgepressten Abschnitts des Innenrings 18 liegt an den Materialerhebungen 32 mit der größeren Höhe an und stützt sich an diesen axial ab. Die Fläche 33 wird von einem Absatz des Innenrings 18 gebildet. Auch andere Ausbildungen der Materialerhebungen 24, 32 als in Form von Rändeln sind denkbar und möglich, beispielsweise in Form von Rollierungen oder Diamanträndeln.
Das in 15 dargestellte vierte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in 14 dargestellten dritten Ausführungsbeispiel dadurch, dass der erste Abschnitt der Längserstreckung der Welle 13, in welchem diese mit Materialerhebungen 24 geringerer Höhe versehen ist, vom zweiten Abschnitt ihrer Längserstreckung, in welchem sie mit Materialerhebungen 32 größerer Höhe versehen ist, axial beabstandet ist. Ein Abschnitt des von einem gebogenen Blechteil gebildeten Innenrings 18 ist auf die Materialerhebungen 24 mit der geringeren Höhe aufgepresst. Eine in Richtung zum lenkradseitigen Ende 14 gerichtete Fläche 33 des Innenrings 18 liegt an den Materialerhebungen 32 mit der größeren Höhe an und stützt sich an diesen axial ab. Die Fläche 33 wird von einem Absatz des Innenrings 18 gebildet.
Auch wenn in den Darstellungen entsprechend den 8 bis 12 eine umlaufende Rollierung 24, 32 mit einem massiv gebildeten Innenring 18 kombiniert dargestellt sind und entsprechend den 13 bis 15 ein Längsrändel 24, 32 kombiniert mit einem aus einem Blechteil gebildeten Innenring 18 dargestellt sind, so ist die Erfindung auch auf jede beliebige Kombination von Rändel, Rollierung, Ausbildung des Innenrings aus Blech oder als massives Teil gerichtet. Auch können bei den mehrstufigen Materialerhebungen 24, 32 Längsrändel und/oder Rollierung oder andere Arten der durch Umformung erzeugten Durchmesseraufweitungen angewendet werden.
Ein Ausführungsbeispiel einer Lenksäule mit einer erfindungsgemäßen Lageranordnung ist in den 16 und 17 dargestellt. Die in erfindungsgemäßer Weise gelagerte Welle 13 stellt den an das lenkradseitige Ende 14 der Lenkspindel anschließenden Abschnitt der Lenkspindel dar und das Hüllteil 15 wird von einer die Lenkspindel drehbar lagernden Manteleinheit gebildet. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Lenksäule in ihrer Länge und ihrer Höhe bzw. Neigung einstellbar. Hierzu ist das Hüllteil 15 im geöffneten Zustand eines Spannmechanismus 34 gegenüber einer Trageinheit 35 verstellbar, die mit dem Chassis des Kraftfahrzeugs verbindbar ist. Im geschlossenen Zustand des Spannmechanismus 34 ist die eingestellte Position festgestellt.
Beidseitig des Hüllteils 15 erstrecken sich Seitenwangen 36, 37 der Trageinheit 35. Im Ausführungsbeispiel ist weiters zwischen der Trageinheit 35 und dem Hüllteil 15 eine Zwischeneinheit 38 angeordnet. Im geöffneten Zustand des Spannmechanismus 34 ist das Hüllteil 15 gegenüber der Zwischeneinheit 38 in Richtung der Längsachse 25 der Welle 13 verstellbar und die Zwischeneinheit 38 ist gegenüber der Trageinheit 35 um die Achse 39 verschwenkbar.
Der Spannmechanismus umfasst einen quer zur Längsachse 25 der Welle liegenden und Langlöcher in den Seitenwangen 36, 37 sowie Öffnungen in der Zwischeneinheit 38 durchsetzenden Spannbolzen 40. Zum Öffnen und Schließen des Spannmechanismus 34 dient ein Betätigungshebel 41, der um die Achse des Spannbolzens 40 verschwenkt wird. Hierbei wirken zur Verspannung vom Betätigungshebel 41 betätigte Nocken 42 mit Schrägflächen zusammen.
Eine solche Lenksäule, abgesehen vom Einsatz der erfindungsgemäßen Anordnung, ist bekannt, beispielsweise aus dem in der Beschreibungseinleitung genannten Stand der Technik.
Im Gegensatz zum Stand der Technik ist durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Anordnung der Welle 13, die im Hüllteil 15 drehbar gelagert ist, eine erhöhte Steifigkeit der Lenksäule, im Vergleich zu Lenksäulen, wie sie im Stand der Technik bekannt sind erreicht. Gemäß dem Stand der Technik, wie er in den 1 bis 6 dargestellt ist, ist am lenkradseitigen Ende der Anordnung der Federring 6 angeordnet. Entsprechend ist das bewegliche Element nahe beim Steuerrad (=in der Nähe des lenkradseitigen Endes 14) und entsprechend entfernt vom anderen Ende der Lenkspindel, in dem sich bei höhenverstellbaren Lenksäulen die Schwenkachse 39 der Lenksäule befindet, angeordnet. Das hat zur Folge, dass der Hebelarm für angreifende Kräfte, wie sie vom Fahrer bei der Betätigung des Steuerrades unvermeidlich in die Anordnung eingebracht werden, verglichen mit der erfindungsgemäßen Anordnung relativ groß ist. Dadurch ist das subjektive Empfinden bei der Betätigung der Lenkung durch den Fahrer erheblich verbessert, obgleich geringe Rollreibungen in den Lagern durch geringere Axial-Vorspannkräfte realisiert werden können.
Lenksäulen, bei denen eine erfindungsgemäße Lagerung der Lenkspindel eingesetzt werden können, können in unterschiedlicher anderer Weise ausgebildet sein. Hierbei können sie in der Länge und/oder Höhe bzw. Neigung verstellbar sein. Ebenso ist die Erfindung bei unverstellbaren Lenksäulen einsetzbar.

1: Welle
2: Hüllteil
3: Wälzkörper
4: Zusatzwälzlager
5: Haltering
6: Federring
7: Kunststoffring
8: Innenring
9: Außenring
10: Innenring
11: Kunststoffring
12: Halterung
13: Welle
14: lenkradseitiges Ende
15: Hüllteil
16: Wälzlager
17: Zusatzwälzlager
18: Innenring
19: Außenring
20: Wälzkörper
21: Käfig
22: Haken
23: Haken
24: Materialerhebung
25: Längsachse
26: Innenring
27: Außenring
28: Wälzkörper
29: Zwischenring
30: Federelement
31: Haltering
32: Materialerhebung
33: Fläche
34: Spannmechanismus
35: Trageinheit
36: Seitenwange
37: Seitenwange
38: Zwischeneinheit
39: Achse
40: Spannbolzen
41: Betätigungshebel
42: Nocken

Claims

Lenksäule für ein Kraftfahrzeug umfassend eine Welle (13), die von einem Abschnitt einer Lenkspindel der Lenksäule gebildet wird, ein die Welle (13) zumindest teilweise umgebendes Hüllteil (15), das von einer die Lenkspindel drehbar lagernden Manteleinheit der Lenksäule gebildet wird, und mindestens ein die Welle (13) gegenüber dem Hüllteil (15) drehbar lagerndes Wälzlager (16), welches einen auf der Welle (13) durch einen Presssitz gehaltenen Innenring (18) und einen vom Hüllteil (15) gehaltenen Außenring (19) und zwischen dem Innenring (18) und dem Außenring (19) ablaufende Wälzkörper (20) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (13) zur Halterung des Innenrings (18) in einem ersten Abschnitt ihrer Längserstreckung mit durch Umformung der Welle (13) unter Aufweitung des Durchmesser der Welle (13) ausgebildeten Materialerhebungen (24) einer ersten Höhe versehen ist und in einem axial anschließenden oder beabstandeten zweiten Abschnitt mit durch Umformung der Welle (13) unter Aufweitung des Durchmesser der Welle (13) ausgebildeten Materialerhebungen (32) einer größeren zweiten Höhe versehen ist und dass der Innenring (18) zur Verdrehsicherung gegenüber der Welle (13) unter Ausbildung eines Presssitzes auf die Materialerhebungen (24) mit der geringeren Höhe aufgepresst ist, wobei er mit einer winkelig zur Längsachse (25) der Welle (13) stehenden Fläche (33) zur axialen Halterung des Innenrings (18) gegenüber der Welle (13) an zumindest eine der eine größere Höhe aufweisenden Materialerhebungen (32) angelegt ist.
Lenksäule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialerhebungen (24, 32) in Umfangsrichtung der Welle (13) verlaufen.
Lenksäule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialerhebungen (24, 32) in axialer Richtung der Welle (13) verlaufen.
Lenksäule nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (13) neben dem Abschnitt, in dem sie mittels Materialerhebungen (24, 32) in ihrem Durchmesser aufgeweitet ist, zumindest im Bereich der Verbindung mit dem Innenring (18) und in axial daran anschließenden Bereichen einen konstanten Durchmesser aufweist.
Lenksäule nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das die Welle (13) drehbar lagernde Hüllteil (15) rohrförmig ausgebildet ist.
Lenksäule nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager (16) ein Schräglager, vorzugsweise ein Schrägkugellager ist.
Lenksäule nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur drehbaren Lagerung der Welle (13) gegenüber dem Hüllteil (15) weiters ein in axialer Rich tung der Welle (13) vom Wälzlager (16) beabstandetes Zusatzwälzlager (17) vorgesehen ist, das einen die Welle umgebenden Innenring (26), einen am Hüllteil (15) gehaltenen Außenring (27) und zwischen dem Innenring (26) und dem Außenring (27) ablaufende Wälzkörper (28) umfasst.
Lenksäule nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring (26) des Zusatzwälzlagers (17) gegenüber der Welle (13) verschiebbar ist und mittels mindestens eines Federelements (30) in Richtung zum Außenring (18) beaufschlagt ist.
Lenksäule nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzwälzlager (17) weiter als das Wälzlager (16) vom lenkradseitigen Ende (14) der Lenkspindel entfernt liegt.