DE102015203949A1

DE102015203949A1 - Lenksäule für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102015203949A1
Application number: DE102015203949.8A
Authority: DE
Inventors: Benjamin Deeg; Felipe Segatto; Samuel Röckle; Cyril Vinconneau
Original assignee: ThyssenKrupp AG; ThyssenKrupp Presta AG
Current assignee: ThyssenKrupp AG; ThyssenKrupp Presta AG
Priority date: 2015-03-05
Filing date: 2015-03-05
Publication date: 2016-09-08

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lenksäule (1) für ein Kraftfahrzeug, mit einer Lenkwelle (11), die um ihre Längsachse (L) drehbar in einer Manteleinheit (13) gelagert ist, die mit einer Halteeinheit (20, 23) zur Anbringung an einer Kraftfahrzeug-Karosserie verbindbar ist, wobei an der Manteleinheit (13) mindestens eine Befestigungsvorrichtung zur Befestigung von Anbaukomponenten (3, 4) an der Lenksäule (1) angeordnet ist. Um eine verbesserte Anbringung von Anbaukomponenten (3, 4) zu ermöglichen, und zwar insbesondere auch im Hinblick auf einen verbesserten Diebstahlschutz, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Befestigungsvorrichtung einen Kopplungsabschnitt (5) umfasst, der sich über eine im Wesentlichen parallel zur Längsachse angeordnete Kopplungsfläche (51) erstreckt, wobei im Bereich der Kopplungsfläche (51) zumindest zwei Befestigungsbohrungen als Querbohrungen (52, 53) ausgebildet sind, deren Bohrungsachsen (Q) im Wesentlichen normal zur Kopplungsfläche (51) und in einem Winkel von 90° ± 10° und mit Abstand zur Längsachse (L) verlaufen.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Lenksäule für ein Kraftfahrzeug, mit einer Lenkwelle, die um ihre Längsachse drehbar in einer Manteleinheit gelagert ist, die mit einer Halteeinheit zur Anbringung an einer Kraftfahrzeug-Karosserie verbindbar ist, wobei an der Manteleinheit mindestens eine Befestigungsvorrichtung zur Befestigung eines Lenkstockschaltermoduls an der Lenksäule angeordnet ist.
Die wesentliche Funktion einer Lenksäule in einem Kraftfahrzeug ist, das vom Fahrer als Lenkbefehl in das Lenkrad eingebrachte Lenkmoment über die Lenkwelle zu übertragen und in der Regel unterstützt durch eine Hilfskraft in eine Lenkbewegung der Fahrzeugräder umzusetzen. Die Manteleinheit umfasst in der Regel ein Mantelrohr, in dem die Lenkwelle um ihre Längsachse drehbar gelagert ist, und welches üblicherweise seinerseits in einem äußeren Mantelrohr, auch als Kastenschwinge bezeichnet, über eine Konsole an der Fahrzeugkarosserie zur Anpassung an unterschiedliche Bedienpositionen verstellbar angebracht ist.
Über die Lenkfunktion hinaus dient die Lenksäule als konstruktiver Träger zur Aufnahme von Funktionselementen und Baugruppen, wie beispielsweise Sicherheitseinrichtungen, die in funktionalem Zusammenhang mit der Lenkung stehen, wie beispielsweise einem Lenkradschloss, welches in abgeschlossenem Zustand die Lenkwelle als Diebstahlschutz gegen unbefugte Bedienung verriegelt. Weiterhin werden Bedienelemente, die zur manuellen Betätigung von der Fahrerposition aus gut zugänglich sein müssen, beispielsweise Schalter für Fahrtrichtungsanzeiger, Scheibenwischer, Geschwindigkeitsregler, Anzeigevorrichtungen und dergleichen in einem sogenannten Lenkstockschaltermodul in Form von Anbaukomponenten an der Lenksäule, sowie beispielsweise auch ein Zündschloss, konkreter an der Manteleinheit befestigt.
Zur Anbringung von Anbaukomponenten an der Lenksäule ist es im Stand der Technik bekannt, Befestigungsvorrichtungen an der Manteleinheit vorzusehen, wie beispielsweise in der DE 10 2009 059 932 A1 beschrieben. Daraus geht hervor, ein Lenkstockschalter-Modul auf ein Mantelrohr axial aufzusetzen und mittels eines Befestigungselements am Mantelrohr zu fixieren. In der DE 199 33 048 A1 wird vorgeschlagen, mittels einer Schelle einen ersten Lenkstockschalter am Mantelrohr festzulegen, der als Träger für weitere Anbaukomponenten dienen kann.
Nachteilig an den bekannten Befestigungsvorrichtungen ist jedoch, dass eine individuelle Anpassung der Lenkstockmodule an die jeweilige Manteleinheit erfolgen muss, was im Hinblick auf eine feste und dauerhaft haltbare Anbringung einen entsprechenden Konstruktions- und Fertigungsaufwand für unterschiedliche Anwendungsfälle bedeutet.
Angesichts der vorangehend erläuterten Problematik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Befestigungsvorrichtung für eine Lenksäule zur Verfügung zu stellen, welche eine verbesserte Anbringung von Anbaukomponenten an einer Manteleinheit einer Lenksäule ermöglicht.
Darstellung der Erfindung
Zur Lösung der vorgenannten Problematik wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Befestigungsvorrichtung einen Kopplungsabschnitt umfasst, der sich über eine im Wesentlichen parallel zur Längsachse angeordnete Kopplungsfläche erstreckt, wobei im Bereich der Kopplungsfläche zumindest zwei Befestigungsbohrungen als Querbohrungen ausgebildet sind, deren Bohrungsachsen im Wesentlichen normal zur Kopplungsfläche und mit Abstand zur Längsachse verlaufen.
Unter „im Wesentlichen“ parallel zur Längsachse oder „im Wesentlichen“ normal zur Kopplungsfläche wird eine Abweichung im Bereich von 0° bis zu ±10° verstanden.
Erfindungsgemäß wird eine mechanische Schnittstelle zwischen der Lenksäule und dem daran anzubringenden Lenkstockschaltermodul zur Verfügung gestellt, welche eine Standardisierung und hohe Verbindungssteifigkeit ermöglicht und im Hinblick auf vorgegebene Eigenschaften der Verbindung zwischen Manteleinheit und Lenkstockschaltermodul einfacher angepasst werden kann. Zur Befestigung ist bevorzugt eine separat ausgebildete Trägereinheit vorgesehen, die einerseits mit der Manteleinheit verbunden wird und andererseits die Kopplungsfläche zur Fixierung des Lenkstockschaltermoduls bereitstellt. Die Trägereinheit ist bevorzugt aus Kunststoff gebildet. Die Trägereinheit wird bevorzugt mit einem Presssitz auf einem mit Öffnungen versehenen Abschnitt der Manteleinheit festgesetzt, wobei federnde Vorsprungelemente, oder Rastvorsprünge oder andere Befestigungselemente an der Trägereinheit in die Öffnungen eingreifen, bevorzugt wie bei einer Clip-Verbindung.
Als Lenkstockschaltermodul ist eine Anbaukomponente an der Manteleinheit der Lenksäule zu verstehen, die zumindest ein Schalterelement, das durch den Fahrzeugführer bedienbar ist, umfasst. Als Schalterelement ist dabei zumindest ein Element zur Aktivierung oder Deaktivierung der Fahrtrichtungsanzeige des Fahrzeuges (= Blinkerschalter) vorgesehen. Solche Lenkstockschaltermodule sind bevorzugt an dem hinteren, dem Fahrzeugführer zugewandten Ende der Manteleinheit angeordnet. In der weiteren Beschreibung werden die Begriffe Anbaukomponente und Lenkstockschaltermodul synonym verwendet.
Wie bereits oben ausgeführt ist es vorteilhaft, dass ein Kopplungsabschnitt an einer Trägereinheit ausgebildet ist, welche an der Manteleinheit anbringbar ist. Bei dieser Anordnung ist der Kopplungsabschnitt nicht unmittelbar an der Manteleinheit ausgebildet, sondern mittelbar an der Trägereinheit, die als separates Bauteil zur Verfügung gestellt wird und an der Manteleinheit befestigt werden kann. Dort angebracht bildet die Trägereinheit eine Haltevorrichtung für daran montierbares Lenkstockschaltermodul. Ein Vorteil ist, dass die Trägereinheit an unterschiedliche Ausführungsformen von Lenksäulen angepasst werden kann, während dieselben Anbaukomponenten an der erfindungsgemäßen mechanischen Schnittstelle, nämlich an dem Kopplungsabschnitt der Trägereinheit befestigt werden können. Damit ist es möglich, beispielsweise ein Lenkstockschaltermodul, das eine Vielzahl von Betätigungselementen umfasst und entsprechend aufwendig ist, durch entsprechende Gestaltung der Trägereinheit mit relativ geringem Konstruktions- und Fertigungsaufwand an unterschiedlichen Lenksäulen zu verwenden. Die oben beschriebenen vorteilhaften Eigenschaften der erfindungsgemäßen Befestigungseinrichtung – wie Montagefreundlichkeit und hohe Diebstahlsicherheit – können dabei problemlos realisiert werden.
Die Trägereinheit kann als Spritzgussteil ausgebildet sein, beispielsweise als einstückiges Kunststoff- oder Metall-Spritzgussteil. Derartige Spritzgussteile können konstruktiv gut an die gegebene Geometrie angepasst werden, wobei die geforderten Eigenschaften in einem weiten Bereich durch die Wahl passender Materialien erreicht werden können.
Zur Fixierung an der Lenksäule kann die Trägereinheit eine in Längsrichtung durchgehende Aufnahmeöffnung aufweisen, in welcher ein Mantelrohr der Manteleinheit einsetzbar ist. Die Aufnahmeöffnung kann die Manteleinheit über deren gesamten Umfang oder einen Teilbereich davon umschließen. Dadurch kann sie zur Montage einfach in Längsrichtung von einem Ende auf das Mantelrohr aufgeschoben und in der geforderten Axialposition festgelegt werden. Bezüglich der genauen Einhaltung der Axialposition wir die Montage dadurch erleichtert, dass die Trägereinheit einen Längsanschlag mit einer axialen Anschlagfläche aufweist, die in die Aufnahmeöffnung vorsteht und in Längsrichtung gegen eine Stirnfläche des Mantelrohrs in Anschlag bringbar ist. Zur genauen Positionierung wird die Trägereinheit in Längsrichtung axial auf das Mantelrohr aufgesteckt, bis der Längsanschlag mit einer Stirnseite in Kontakt kommt, beispielsweise eine Endfläche des Mantelrohrs.
Der erfindungsgemäße Kopplungsabschnitt gibt eine Kopplungsfläche vor, welche eine definiert angeordnete Schnittstellenfläche bildet, welche ebenfalls definiert angeordnete Befestigungsmittel in Form von Befestigungsbohrungen aufweist, die sich im Wesentlichen senkrecht, d.h. in Normalenrichtung mit einer Winkelabweichung im Raum von maximal ±10° bezüglich der durch die Kopplungsfläche vorgegebenen Kopplungsebene eingebracht sind. Damit bietet der Kopplungsabschnitt mit der Kopplungsfläche eine bezüglich Form und Abmessungen klar definierte Anlage bzw. Aufnahme für eine Anbaukomponente, die ihrerseits eine mit der Kopplungsfläche korrespondierende Anbaufläche aufweisen kann. Sowohl die Kopplungsfläche als auch eine korrespondierende Anbaufläche an einer Anbaukomponente kann mit relativ geringem fertigungstechnischem Aufwand realisiert werden.
Die Kopplungsfläche bildet eine Basis zur Positionierung einer Anbaukomponente. Auf dieser Basis wird eine Anbaukomponente mittels Befestigungselementen festgelegt, die mit den Befestigungsbohrungen zusammenwirken. Hierzu können in der Anbaufläche der Anbaukomponente korrespondierende Bohrungen vorgesehen sein, durch die als Befestigungselemente beispielsweise Schrauben oder Bolzen eingesetzt werden können, wobei der Einsatz von selbstschneidenden Schrauben bevorzugt ist, die in die entsprechenden Befestigungsbohrungen einschraubbar sind. Auf diese Weise kann eine hinsichtlich der Abmessungen und der Anordnung der Befestigungsbohrungen standardisierbare Schnittstellenfläche zur Verfügung gestellt werden, die eine im Wesentlichen flanschartige Bauform hat, wobei sich die Längsachse der Lenkwelle und die dazu quer verlaufenden Bohrungsachsen nicht schneiden. Dadurch ist es einfach möglich, eine Anbaukomponente positionsgenau und sicher relativ zur Lenksäule auf dem Kopplungsabschnitt festzuspannen.
Die Befestigungsbohrungen sind bezüglich der Längsachse als Querbohrungen ausgebildet. Dadurch kann eine günstige Krafteinleitung in die Lenksäule gewährleistet werden, wodurch auch die Schwingungsneigung verringert wird.
Der seitliche Zugang bezüglich der Längsachse der Lenksäule kann besonders montagefreundlich angeordnet sein.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Befestigungsvorrichtung mindestens eine als Längsbohrung ausgebildete Befestigungsbohrung aufweist, deren Bohrungsachse unter einem Raumwinkel von größer oder gleich 0° bis kleiner oder gleich ±10° zur Längsachse, also im Wesentlichen parallel zur Längsachse, ausgerichtet ist. Dadurch weist die Befestigungsvorrichtung als Befestigungsbohrungen die oben beschriebenen erfindungsgemäßen Querbohrungen und zusätzlich mindestens eine Längsbohrung auf. Die Längsbohrung steht im Wesentlichen senkrecht zu den Querbohrungen (gleichbedeutend mit Abweichungen zur Orthogonalität von 0° bis 10°), so dass darin mittels Befestigungselementen festgelegte Anbaukomponenten zusätzlich in Axialrichtung, d.h. in Längsrichtung der Lenkwelle fixiert werden. Die Ausgestaltung der Längsbohrungen kann analog zu den Querbohrungen wie vorangehend beschrieben erfolgen.
Die Kombination von erfindungsgemäßen Quer- und Längsbohrungen ist besonders gut geeignet zur Befestigung eines Lenkstockschaltermoduls, das sowohl Verdrehung als auch axialer Beanspruchung ausgesetzt ist. Sowohl die axial, als auch die radial einwirkenden Kräfte können über die Befestigungselemente sicher aufgenommen und in die Lenksäule eingeleitet werden. Dabei ist es denkbar, die Quer- und Längsbohrungen an einer Trägereinheit zur Aufnahme eines Lenkstockschalters auszubilden, die am Mantelrohr festgelegt wird, oder auch unmittelbar an einem Mantelrohr der Manteleinheit.
Eine vorteilhafte Kombination von Querbohrungen und Längsbohrungen kann an einer Trägereinheit ausgebildet werden. Dadurch, dass die Querbohrungen und die Längsbohrungen im Wesentlichen orthogonal zueinander und zur Längsachse stehen, kann eine sichere Befestigung von Anbaukomponenten erfolgen bei einer günstigen Krafteinleitung in eine Lenksäule. Es wird somit eine besonders hohe Stabilität erreicht.
Eine weitere vorteilhafte Ausführung der Erfindung sieht vor, dass sich die Querbohrungen bezüglich der Längsachse gegenüberliegen. Dadurch, dass die Befestigungsbohrungen im Wesentlichen parallel zueinander auf einander abgewandten Seiten der Längsachse liegen, können auf der sich dazwischen erstreckenden Kopplungsfläche Funktionselemente radial bezüglich der Längsachse positioniert werden. Besonders günstig ist hierbei, dass die Befestigungsbohrungen bezüglich der Längsachse symmetrisch zueinander angeordnet sind. Eine symmetrische Anordnung kann bezüglich der Längsachse spiegelsymmetrisch sein, wobei eine Verbindungslinie zwischen den Befestigungsbohrungen senkrecht zur Längsachse steht, oder auch punktsymmetrisch zu einem Punkt auf der Längsachse, wobei die Verbindungslinie zwischen zwei Befestigungsbohrungen im schrägen Winkel zur Längsachse verläuft. Vorteil einer symmetrischen Anordnung ist, dass die Krafteinleitung in die Lenksäule ebenfalls symmetrisch erfolgen kann, z.B. in radialer Richtung auf die Längsachse zu.
Bevorzugt ist der Abstand der Bohrungsachsen voneinander in Richtung senkrecht zur Längsachse größer oder gleich der halben Breite der Manteleinheit. In die Querbohrungen werden die über die jeweiligen Anbaukomponente ausgeübten Kräfte – Bedienkraft, Reaktionskraft, Gewichtskraft etc. – in den Kopplungsabschnitt eingeleitet, wobei der Abstand der Querbohrungen von der Längsachse die Einleitung von Quer- und Tangentialkräften in die Manteleinheit beeinflusst. Dabei sorgt ein größerer Abstand für eine bessere Abstützung, und ein kleinerer Abstand kommt einer kompakteren Bauweise entgegen. In der Praxis stellt es einen vorteilhaften Kompromiss dar, wenn der Abstand der Bohrungsachsen voneinander zumindest der halben verfügbaren Breite der Manteleinheit entspricht; falls hinreichender Bauraum vorhanden ist kann dieser Abstand gemäß den Anforderungen an die Krafteinleitung gegebenenfalls größer gewählt werde.
Bei den typischen Abmessungen von Lenksäulen für Kraftfahrzeuge ist es besonders vorteilhaft, wenn die Bohrungen jeweils einen Abstand von 50 bis 150 mm senkrecht zur Längachse haben.
In Richtung der Längsachse, d.h. parallel zur Längsachse, können die Befestigungsbohrungen mit Abstand zueinander angeordnet sein. Je nach den Abmessungen einer Anbaukomponente, konkret der Anbaufläche einer Anbaukomponente, wird die Erstreckung der Kopplungsfläche in Richtung der Längsachse bemessen. Dabei können die Befestigungsbohrungen in den Randbereichen angeordnet sein, so dass eine vorteilhafte Verspannung und Abstützung der Anbaukomponente an der Kopplungsfläche sichergestellt wird.
Erfindungsgemäß ist es vorteilhaft, wenn die Querbohrungen und besonders bevorzugt auch die Längsbohrungen zur Verwendung mit selbstschneidenden Schrauben ausgebildet sind, so dass das Lenkstockschaltermodul einfach mit selbstschneidenden Schrauben an der Trägereinheit befestigt werden kann.
Die Manteleinheit kann ein inneres Mantelrohr umfassen, welches zumindest abschnittweise innerhalb eines äußeren Mantelrohrs angeordnet ist, an dem ein Kopplungsabschnitt ausgebildet ist. Bei dieser Bauweise bildet das äußere Mantelrohr eine Halterung, in der das innere Mantelrohr mit der darin drehbar gelagerten Lenkwelle längsverschieblich verstellbar ist, d.h. zur Anpassung der Lenkradposition in Richtung der Längsachse verstellt und lösbar fixiert werden kann. Das äußere Mantelrohr kann aus Blechformteilen gebildet werden, oder als Spritzgussteil – beispielsweise aus Aluminium- oder Magnesium – oder auch aus faserverstärktem Verbundwerkstoffen. Der erfindungsgemäße Kopplungsabschnitt kann bezüglich der Längsachse auf einer Seite des Mantelrohrs ausgebildet sein, wobei die Anlageflächen und die Befestigungsbohrungen wie vorangehend erläutert gemäß den jeweiligen Vorgaben der Anwendung angeordnet und ausgebildet werden können.
Es kann vorgesehen sein, dass die Manteleinheit im Bereich eines Kopplungsabschnitts für eine Wegfahrsperre eine zur Lenkwelle hin durchgehende Öffnung hat, wobei auf der Lenkwelle im Bereich der Öffnung ein Raststern angebracht ist, und auf dem Kopplungsabschnitt in den Querbohrungen ein Lenkradschloss festlegbar ist, welches einen durch die Öffnung in Eingriff mit dem Raststern bewegbares Sperrelement aufweist. In diesem Fall ist ein Lenkradschloss vorgesehen, dessen Lenkradschloss-Gehäuse möglichst manipulationssicher an der Manteleinheit befestigt wird. In dem Gehäuse ist ein Sperrelement, beispielsweise ein Sperrbolzen bezüglich der Lenkwelle in radialer Richtung bewegbar gelagert, der in formschlüssigen Eingriff mit Rastvertiefungen im Außenumfang des Raststerns gebracht werden kann, so dass die Lenkwelle bezüglich des Lenkradschloss-Gehäuses und damit bezüglich der Manteleinheit gegen Verdrehung fixiert und somit verriegelt ist. Der Eingriff des Sperrelements erfolgt durch eine Öffnung innerhalb des Kopplungsabschnitts, die besonders bevorzugt im Bereich einer Kopplungsfläche des Kopplungsabschnitts zwischen den Querbohrungen angeordnet ist, in denen das Lenkradschloss mittels Befestigungselementen wie Schrauben, Bolzen oder dergleichen fixiert ist. Dadurch ist das Sperrelement besonders sicher in radialer Richtung gestützt und kann Aufbrechversuchen durch gewaltsame Verdrehung des Raststerns standhalten. Gleichermaßen ist das Gehäuse gegen gewaltsames Weghebeln von außen geschützt.
Der Raststern kann in seinem Außenumfang, jeweils zwischen zwei radial vorstehenden Zähnen, radial eingeformte Rastvertiefungen aufweisen, wobei der Umfangsbereich zwischen benachbarten Zähnen auf der den Rastvertiefungen abgewandten Seite als Zwischenbereich ausgebildet ist mit einem Hüllkreisdurchmesser, der zwischen dem inneren Grundkreisdurchmesser der Rastvertiefungen und dem Kopfkreisdurchmesser der Zähne liegt. Die Rastvertiefungen werden gebildet durch in Längsrichtung verlaufende Axialnuten, in welche das Sperrelement zur Verriegelung in radialer Richtung eingreifen kann und dadurch eine formschlüssige Blockierung in Umfangsrichtung, d.h. gegen Verdrehung bewirkt. Eine Besonderheit der vorgelegten Lösung ist, dass die Wandung des Raststerns in den Bereichen zwischen den die Rastvertiefungen begrenzenden Zähne verdünnt ist, jedoch nicht so weit, wie am Grund der Rastvertiefungen. Mit anderen Worten weist der Raststern im Querschnitt drei Hüllkreise mit unterschiedlichen Durchmessern auf, nämlich dem Grundkreisdurchmesser am Grund der Rastvertiefungen, dem äußeren Umhüllungsdurchmesser (Kopfkreisdurchmesser) der Zähne, und einen mittleren Durchmesser zwischen den Zähnen außerhalb der Rastvertiefungen. Dadurch ist der Raststern leichter, als wenn zwischen den Rastvertiefungen der durch die Zahnköpfe gegebene äußere Hüllkreis durchgehen würde. Die Bruchfestigkeit bleibt jedoch gewährleistet.
Bei der vorangehend beschriebenen Ausführung des Raststerns ist es besonders vorteilhaft, dass ein Zwischenbereich jeweils als bogenförmig, bevorzugt elliptisch eingeformter Umfangsbereich ausgebildet ist. Dabei wird zwischen zwei Zähnen, die im Prinzip in axialer Richtung verlaufende Rippen bilden, eine geschwungene Vertiefung gebildet, welche radial in Höhe des Kopfkreisdurchmessers an den Seiten der Zähne ansetzt, die den Rastvertiefungen abgewandt sind, und in einem gerundeten Verlauf bis zum mittleren Hüllkreis abfällt. Durch den gerundeten Verlauf, der vorteilhafterweise elliptisch gestaltet sein kann, wird die vom Sperrelement in einen Zahn in Umfangsrichtung eingebrachte Kraft optimal abgefangen, so dass bei einer Belastung der Verriegelung keine lokalen Spannungsspitzen auftreten und der Zahn nicht brechen wird. Diese Gefahr besteht im Stand der Technik, wenn der Zahn auf beiden Seiten steile Flanken hat.
In der praktischen Umsetzung beträgt der Grundkreisdurchmesser, auch als Zahngrunddurchmesser bezeichnet, bevorzugt zwischen 30mm und 40mm; der äußere Kopfkreisdurchmesser ist bevorzugt zwischen 2mm und 8 mm größer als der Zahngrunddurchmesser. Der mittlere Hüllkreisdurchmesser liegt im tiefsten Bereich der vorgenannten Vertiefungen, wo die Wandstärke zwischen den Zähnen reduziert ist, zwischen dem Kopfkreis- und Zahngrunddurchmesser.
In einer bevorzugten Weiterbildung weist der Raststern über einen konstanten Querschnitt auf. Dies bietet den Vorteil, dass der Raststern mittels eines Strangpressverfahrens fertigbar ist und durch Ablängen auf die erforderliche Länge bereitgestellt werden kann.
Der Raststern ist mit der Lenkwelle nicht starr gekoppelt, sondern kann gegen ein vorgegebenes Haltemoment auf der Lenkwelle verdreht werden; es wird also eine Art Rutschkupplung realisiert. Der Betrag wird so gewählt, das das zur Überwindung des Haltemoments in das Lenkrad eingebrachte Lenkmoment zu groß ist, um das Fahrzeug zu manövrieren, aber dabei unterhalb einer maximalen Schwelle bleibt, bei der das Lenkradschloss oder andere Komponenten beschädigt werden könnten. In der Praxis wird ein Haltemoment in der Größenordnung von 180 bis 250 Nm eingestellt. Zur praktischen Realisierung des Haltemoments kann zwischen dem Raststern und der Lenkwelle ein Toleranzring angeordnet werden, welcher Maßtoleranzen ausgleicht und dafür sorgt, dass das Haltemoment im vorgegebenen Bereich liegt. Dadurch wird eine Rutschkupplung gebildet, so dass beim Überschreiten des Haltemoments die Lenkwelle relativ zum Raststern durchrutscht.
Beschreibung der Zeichnungen
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Im Einzelnen zeigen:
1 eine schematische perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäß gestalteten Lenksäule,
2 die Lenksäule gemäß 1 in teilweise auseinandergenommenen Zustand,
3 die Lenksäule gemäß 1 in einer Ansicht von oben,
4 die Detailansicht gemäß 6 in einer Ansicht von oben,
5 eine schematische perspektivische Darstellung der Trägereinheit gemäß 6, 7 bzw. 4,
6 eine zweite Detailansicht der Lenksäule gemäß 1,
7 eine Detailansicht der Lenksäule gemäß 6 in auseinandergenommenen Zustand,
8 eine Detailansicht der Lenksäule gemäß 3,
9 eine perspektivische Detailansicht der Lenksäule gemäß 8,
10 eine schematische Darstellung eines Querschnitts Z-Z durch eine Lenksäule gemäß 1, 2 bzw. 3,
11 eine schematische perspektivische Darstellung eines Raststerns gemäß 10,
12 einen Querschnitt durch den Raststern gemäß 11.
Ausführungsformen der Erfindung
In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.
1 zeigt in perspektivischer Ansicht eine Lenksäule 1, mit einer Lenkwelle 11, die in einem inneren Mantelrohr 12 einer Manteleinheit 13 (auch als Stelleinheit bezeichnet) um ihre Längsachse L drehbar gelagert ist. Auf dem in der gezeigten Perspektive nach rechts unten aus der Zeichnungsebene zeigenden, in Einbaulage im Kraftfahrzeug dem Fahrer zugewandten hinteren Ende ist auf der Lenkwelle 11 ein hier nicht gezeigtes Lenkrad drehfest angebracht. Das innere Mantelrohr 12 ist in einem äußeren Mantelrohr 14 der Manteleinheit 13 festlegbar angeordnet.
Die Lenkwelle 11 tritt am vorderen Ende, welches dem Fahrer abgewandt ist, aus der Manteleinheit 14 aus und wird über eine gelenkig angekoppelte Zwischenwelle 15 mit einem hier nicht dargestellten Lenkgetriebe verbunden.
Am vorderen Ende, welches dem Fahrer abgewandt ist, weist das äußere Mantelrohr 14 Schwenkarme 16 auf, die an einer vorderen Konsole 20 um eine Schwenkachse 21 verschwenkbar gelagert ist. Durch die Verschwenkung kann ein auf dem vorgenannten hinteren Ende der Lenkwelle 11 angebrachtes Lenkrad in der Höhe verstellt werden. In seinem hinteren Bereich ist das äußere Mantelrohr 14 zwischen den Seitenwangen 22 einer hinteren Konsole 23 angeordnet und durch einen hier nicht näher erläuterten, an sich prinzipiell bekannten Spannmechanismus 24 lösbar festspannbar, so dass die gesamte Manteleinheit 13 relativ zur Konsole 23 in unterschiedlichen Positionen fixiert werden kann.
Die Konsolen 20 und 23 können fest an einer hier nicht dargestellten Fahrzeugkarosserie befestigt werden.
An der Lenksäule 1 können als Anbaukomponente ein Lenkradschloss 3 und am hinteren Ende ein Lenkstockschaltermodul 4, kurz als Lenkstockschalter 4 bezeichnet, befestigt werden. 1 zeigt das Lenkstockschaltermodul 4 und das Lenkradschloss 3 in montiertem Zustand, während in 2 das Lenkradschloss 3 und der Lenkstockschalter 4 von der Lenksäule 1 demontiert dargestellt sind.
Zur Befestigung des Lenkstockschalters 4, mit dem Blinkerschalter 43, an der Lenksäule 1 ist eine Ausbildung einer erfindungsgemäßen Befestigungseinrichtung an einer Trägereinheit 7 realisiert. Diese Trägereinheit 7 ist in 4 montiert in einer Ansicht von oben, sowie in 5 einzeln in einer perspektivischen Ansicht von schräg unten, in 7 vor der Montage und in den 6 und 2 in montiertem Zustand dargestellt.
Die Trägereinheit 7 ist bevorzugt einstückig ausgebildet, beispielsweise als Kunststoff-Spritzgussteil. Mit einer durchgehenden Aufnahmeöffnung 71 wird die Trägereinheit 7 auf das hintere Ende des inneren Mantelrohrs 12 axial, d.h. in Richtung der Längsachse L aufgesetzt, wie dies in 7 mit dem Pfeil angedeutet ist. An axial nach hinten gerichteten Armen 72 sind in den Querschnitt der Aufnahmeöffnung 71 vorstehende Anschlagflächen 73 ausgebildet, die in der Montageposition gemäß 6 und 4 an einer Stirnfläche 17 des Mantelrohrs 12 anschlagen. Ein Rastvorsprung 19, der im Beispiel als Durchprägung ausgebildet ist, greift bei der Montage in eine Befestigungsöffnung 18 in dem Mantelrohr 12 ein,, wodurch die Trägereinheit 7 fest an dem Mantelrohr 12 und damit an der Lenksäule 1 befestigt werden kann. In der Aufnahmeöffnung 71 können sich radial nach innen erstreckende Vorsprünge 78 ausgebildet sein, zur besseren Führung und zur Ausbildung eines verbesserten Presssitzes auf dem Mantelrohr 12.
Zur Ausbildung einer erfindungsgemäßen Befestigungsvorrichtung umfasst das Trägerelement 7 einen Kopplungsabschnitt 74, in dem zwei Querbohrungen 75 angeordnet sind. Diese Querbohrungen 75 verlaufen im Wesentlichen senkrecht zu einer Kopplungsfläche 76, die im gezeigten Beispiel jeweils abschnittweise eine Anschlagfläche im Bereich der Querbohrungen 75 bildet, welche sich parallel mit Abstand zur Längsachse L gegenüberliegen. Die Querbohrungen 75 haben quer zur Längsachse L einen Abstand c voneinander und sind jeweils symmetrisch mit einem Abstand c/2 zur Längsachse L angeordnet. Der Abstand c ist bevorzugt größer als der Durchmesser D des Mantelrohrs 12, d.h. der Abstand der Querbohrungen 75 zur Längsachse L ist bevorzugt größer als D/2. In der Praxis kann der Abstand c zwischen 50mm und 150mm liegen, besonders bevorzugt zwischen 70mm und 90mm.
Zusätzlich zu den Querbohrungen 75, die im Wesentlichen orthogonal zur Längsachse L verlaufen, weist das Trägerelement 7 auf seiner hinteren Stirnfläche Längsbohrungen 77 auf, die im Wesentlichen parallel zur Längsachse L verlaufen.
Der Lenkstockschalter 4 weist quer zur Längsachse L, d.h. radial durchgehende Durchgangsbohrungen auf, die denselben Abstand c wie die Querbohrungen 75 aufweisen, so dass der Lenkstockschalter 4 durch Einbringen von Befestigungselementen 41 im Bereich der Kopplungsabschnitts 74 an den Kopplungsflächen 76 festlegbar ist, beispielsweise durch Einschrauben von Schrauben 41 verspannbar ist. Zusätzlich werden weitere Befestigungselemente 42, ebenfalls bevorzugt Schrauben 42, durch in Längsrichtung durchgehende Durchgangsbohrungen in dem Lenkstockschalter 4 in die Längsbohrungen 77 in dem Trägerelement 7 eingebracht, nämlich eingeschraubt.
Die Kombination von Querbohrungen 75 und Längsbohrungen 77 kann wie beschrieben an einer Trägereinheit 7, und auch unmittelbar an der Manteleinheit 13 ausgebildet werden. Dadurch, dass die Querbohrungen 75 und die Längsbohrungen 77 im Wesentlichen orthogonal zueinander und zur Längsachse L stehen, kann eine sichere Befestigung von Anbaukomponenten, insbesondere dem Lenkstockschaltermodul 4 erfolgen, bei einer günstigen Krafteinleitung in die Lenksäule 1.
Dadurch kann ein Lenkstockschalter 4 quer und längs zur Längsachse L sicher und belastbar an der Lenksäule 1 befestigt werden.
In der Ansicht von oben ist in 3 erkennbar, wie ein Kopplungsabschnitt 5 bezüglich der Einbaulage auf der Oberseite des äußeren Mantelrohrs 14 zur Ankopplung einer Wegfahrsperre ausgebildet ist. Aus der vergrößerten Detailansicht in 8 ist erkennbar, dass sich der Kopplungsabschnitt 5 über einen Flächenbereich parallel zur Längsachse L erstreckt, welcher als Kopplungsfläche 51 bezeichnet wird. Quer zur Längsachse erstreckt sich die Kopplungsfläche 51 im Wesentlichen über die Breite B der Manteleinheit 13, in Längsrichtung über die Länge A. Die Orientierung der Kopplungsfläche 51 relativ zur Längsachse L ist in 10 erkennbar, welche einen Schnitt Z-Z durch den Kopplungsabschnitt 5 zeigt. Demnach hat die Kopplungsfläche 51 in radialer Richtung einen Abstand R zur Längsachse L.
Im Bereich der Kopplungsfläche 51 sind zwei Querbohrungen 52 und 53 angeordnet, deren Bohrungsachsen Q – wie aus 8 ersichtlich ist – im Wesentlichen normal, also senkrecht zur Kopplungsebene 51 verlaufen, und jeweils einen Abstand b/2 von der Längsachse L haben. Die beiden Querbohrungen 52 und 53 sind symmetrisch bezüglich der Längsachse L angeordnet, d.h. sie haben quer zur Längsachse L voneinander den Abstand b = 2·b/2, wie in 8 erkennbar ist. Dabei ist der Abstand b vorzugsweise größer als B/2, also die halbe Breite B der Manteleinheit 13. In der Praxis beträgt b bevorzugt zwischen 30mm und 50mm.
In Längsrichtung haben die Querbohrungen 52 und 53 einen Abstand a voneinander, der kleiner ist als die Länge A der Kopplungsfläche 51. In der Praxis kann a bevorzugt zwischen 80mm und 120mm liegen.
Die perspektivische Darstellung des Kopplungsabschnitts 5 in 9 zeigt, dass die Kopplungsfläche 51 nicht zwangsläufig eine in einer Ebene durchgehende Oberfläche aufweisen muss, sondern an zapfenartigen Vorprüngen 54, welche die Querbohrungen 52 und 53 aufnehmen, oder an rippenartigen Vorsprüngen 55 ausgebildet sein kann. Wesentlich ist die erfindungsgemäße Anordnung und Orientierung der Kopplungsfläche 51 und der Querbohrungen 52 und 53. Mittels Befestigungselementen 31 und 32, beispielsweise Schrauben, die in die Querbohrungen 52 und 53 eingeschraubt werden, kann ein Lenkradschloss 3 im Kopplungsabschnitt 5 auf der Kopplungsfläche 51 fest verspannt werden.
In der Kopplungsfläche 51 ist weiterhin eine Öffnung 56 ausgebildet, welche durch das äußere Mantelrohr 14 und das innere Mantelrohr 12 radial bezüglich der Längsachse L durchgeht. Diese Anordnung ist deutlich in 10 erkennbar, die einen Querschnitt in Höhe der besagten Öffnung 56 zeigt. Daraus geht weiterhin hervor, dass auf der Lenkwelle 11 ein Raststern 6 angebracht ist, wobei zwischen Lenkwelle 11 und Raststern 6 ein Toleranzring 61 angebracht ist. Dieser sorgt – wie weiter oben bereits erläutert worden ist – beim Überschreiten eines Drehmoments, welches ein vorgegebenes Haltemoments überschreitet dafür, dass die Lenkwelle 11 relativ zum Raststern 6 durchrutscht bzw. -dreht.
Der Raststern 6 ist in perspektivischer Darstellung in 11 und im Querschnitt in 12 gezeigt. Daraus geht hervor wie jeweils zwischen zwei radial vorstehenden Zähnen 62 eine Rastvertiefung 63 ausgebildet ist, die jeweils im Wesentlichen eine Axialnut darstellt. Auf der jeweils der Rastvertiefung 63 abgewandten Seite befindet sich zwischen zwei benachbarten Zähnen 62 ein Zwischenbereich 64, der mit einer Einformung 65 versehen ist.
Der Grund der Rastvertiefungen 63 befindet sich auf einem Hüllkreis mit einem Durchmesser d1, der die Zähne 62 außen umschließende Hüllkreis hat einen Kopfkreisdurchmesser d3. In dem Zwischenbereich 64 liegt der tiefste Punkt der Einformung 65 auf einem Durchmesser d2. Es gilt: d3 > d2 > d1. Von einem Zahn 62 aus gesehen verläuft eine Einformung 65 im Querschnitt bogenförmig geschwungen, bevorzugt elliptisch radial nach innen, dadurch sind die Zähne 62 bezüglich einer Krafteinleitung in Umfangsrichtung besonders stabil.
In den 11 und 12 ist schematisch ein Sperrelement 33 eingezeichnet, welches in dem Lenkradschloss 3 angeordnet ist und mittels einer nicht im Einzelnen gezeigten Vorschubmechanik in Richtung des eingezeichneten Pfeils in radialer Richtung in die dargestellte Verriegelungsposition bewegbar ist, und in umgekehrter Richtung in die Löseposition. In der Verriegelungsposition greift das Sperrelement 33 bezüglich einer Umfangsrichtung des Raststerns 6 formschlüssig in eine der Rastvertiefungen 63 ein. Dadurch, dass das Lenkradschloss 3 und damit das Sperrelement 33 relativ zu dem mit der Lenkwelle 11 drehbaren Raststern 6 feststeht, wird durch den formschlüssigen Eingriff die Verdrehung des Raststerns 6 blockiert, so dass die Lenkwelle 11 durch den beschriebenen Rutschkupplungs-Mechanismus erst bei Überschreiten eines vorgegebenen Haltemoments verdreht werden kann.
Bezugszeichenliste

1: Lenksäule
11: Lenkwelle
12: inneres Mantelrohr
13: Manteleinheit
14: äußeres Mantelrohr
15: Zwischenwelle
16: Schwenkarm
17: Stirnfläche
18: Befestigungsöffnung
19: Rastvorsprung
20: vordere Konsole
21: Schwenkachse
22: Seitenwangen
23: hintere Konsole
24: Spannmechanismus
3: Lenkradschloss
31, 32: Befestigungselemente
33: Sperrelement
4: Lenkstockschalter = Lenkstockschaltermodul
41: Befestigungselemente
42: Befestigungselemente
43: Blinkerschalter
5: Kopplungsabschnitt
51: Kopplungsfläche
52, 53: Querbohrungen
54, 55: Vorsprung
56: Öffnung
6: Raststern
61: Toleranzring
7: Trägereinheit
71: Aufnahmeöffnung
72: Arme
73: Anschlagflächen
74: Kopplungsabschnitt
75: Querbohrungen
76: Kopplungsflächen
77: Längsbohrungen
78: Vorsprünge
L: Längsachse
A: Länge Kopplungsfläche 51
a: Abstand 52–53 in Längsrichtung
B: Breite Kopplungsfläche 51
b: Abstand 52–53 in Querrichtung
R: Abstand Kopplungsfläche 51 von L
Q: Bohrungsachse 52, 53
D: Durchmesser
d1, d2, d3: Durchmesser

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009059932 A1 [0004]
DE 19933048 A1 [0004]

Claims

Lenksäule (1) für ein Kraftfahrzeug, mit einer Lenkwelle (11), die um ihre Längsachse (L) drehbar in einer Manteleinheit (13) gelagert ist, die mit einer Halteeinheit (20, 23) zur Anbringung an einer Kraftfahrzeug-Karosserie verbindbar ist, wobei an der Manteleinheit (13) mindestens eine Befestigungsvorrichtung zur Befestigung eines Lenkstockschaltermoduls (4) an der Lenksäule (1) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsvorrichtung einen Kopplungsabschnitt (74) umfasst, der sich über eine im Wesentlichen parallel zur Längsachse angeordnete Kopplungsfläche (76) erstreckt, wobei im Bereich der Kopplungsfläche (76) zumindest zwei Befestigungsbohrungen als Querbohrungen (75) ausgebildet sind, deren Bohrungsachsen (Q) im Wesentlichen normal zur Kopplungsfläche (76) und mit Abstand zur Längsachse (L) verlaufen.
Lenksäule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsvorrichtung mindestens eine als Längsbohrung (77) ausgebildete Befestigungsbohrung aufweist, deren Bohrungsachse in einem Raumwinkel von größer oder gleich 0° bis kleiner oder gleich ±10° zur Längsachse (L) ausgerichtet ist.
Lenksäule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Querbohrungen (75) bezüglich der Längsachse (L) gegenüberliegen.
Lenksäule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsbohrungen (75, 77) bezüglich der Längsachse (L) symmetrisch zueinander angeordnet sind.
Lenksäule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der Bohrungsachsen voneinander in Richtung senkrecht zur Längsachse (L) größer oder gleich der halben Breite (B) der Manteleinheit (13) ist.
Lenksäule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsbohrungen (75, 77) mit Abstand zueinander in Richtung der Längsachse (L) angeordnet sind.
Lenksäule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kopplungsabschnitt (74) an einer Trägereinheit (7) ausgebildet ist, welches an der Manteleinheit (13) anbringbar ist.
Lenksäule nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägereinheit (7) eine in Längsrichtung durchgehende Aufnahmeöffnung (71) aufweist, in welcher ein Mantelrohr (12) der Manteleinheit (13) einsetzbar ist.
Lenksäule nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägereinheit (7) einen Längsanschlag mit einer axialen Anschlagfläche (73) aufweist, die in die Aufnahmeöffnung (71) vorsteht und in Längsrichtung gegen eine Stirnfläche (17) des Mantelrohrs (12) in Anschlag bringbar ist.
Lenksäule nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägereinheit (7) als Spritzgussteil ausgebildet ist, das mit zumindest einem Rastvorsprung (19) versehen ist der in eine Befestigungsöffnung (18) am Mantelrohr eingreift.
Lenksäule (1) für ein Kraftfahrzeug, mit einer Lenkwelle (11), die um ihre Längsachse (L) drehbar in einer Manteleinheit (13) gelagert ist, die mit einer Halteeinheit (20, 23) zur Anbringung an einer Kraftfahrzeug-Karosserie verbindbar ist, wobei an der Manteleinheit (13) mindestens eine Befestigungsvorrichtung zur Befestigung einer Anbaukomponente (3) an der Lenksäule (1) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsvorrichtung einen Kopplungsabschnitt (74) umfasst, der sich über eine im Wesentlichen parallel zur Längsachse angeordnete Kopplungsfläche (76) erstreckt, wobei im Bereich der Kopplungsfläche (76) zumindest zwei Befestigungsbohrungen als Querbohrungen (75) ausgebildet sind, deren Bohrungsachsen (Q) im Wesentlichen normal zur Kopplungsfläche (76) und mit Abstand zur Längsachse (L) verlaufen.
Lenksäule (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Anbaukomponente ein Lenkradschloss (3) umfasst.