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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Lenksäule für ein Kraftfahrzeug, umfassend mindestens eine in Längsrichtung einer Längsachse verstellbaren Lenkwelle, die eine in einer Außenwelle axial teleskopierbar aufgenommene Innenwelle und ein koaxial zwischen Innenwelle und Außenwelle angeordnetes Zwischenelement aufweist, wobei das Zwischenelement und mindestens eine der Wellen einander gleitend kontaktierende Kontaktflächen aufweisen.
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Teleskopierbare Lenkwellen in Kraftfahrzeugen ermöglichen eine Längsverstellung der Lenksäule, wobei die Betriebsposition einer in Fahrtrichtung hinten an der Lenkwelle angebrachten manuellen Lenkhandhabe in Richtung der Längsachse eingestellt werden kann. Außerdem kann die Lenkwelle im Fall eines Crashs durch einen auf die Lenkhandhabe aufprallenden Körper axial zusammengeschoben werden, wodurch wirksam verhindert wird, dass die Lenksäule weiter in das Innere der Fahrgastzelle eindringt und zu Verletzungen der Insassen führt. Für die axiale Verstellbarkeit werden mindestens zwei Wellenabschnitte teleskopartig angeordnet, nämlich eine Außenwelle, die als Hohlwelle in Form eines rohrförmigen Hohlprofils ausgebildet ist, und eine darin axial verschieblich aufgenommene Innenwelle. Die Innenwelle und die Außenwelle bilden gemeinsam die Lenkwelle, die durch teleskopierende Relativbewegung axial, d.h. in Längsrichtung verkürzt oder verlängert werden kann.
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Zur Übertragung des in die Lenkwelle eingebrachten Lenkmoments sind Innen- und Außenwelle drehmomentschlüssig miteinander verbunden, indem beispielsweise ein unrunder Profilquerschnitt, wie beispielsweise ein Mehrkant-, Kleeblatt-, Verzahnungsprofil oder dergleichen vorgesehen ist, um einen bezüglich Drehung um die Längsachse formschlüssigen Eingriff von Innen- und Außenwelle zu bilden.
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Um ein definiertes Gleitverhalten bei einer axialen Verstellung der teleskopierbaren Wellen und eine geringe Reibung zu gewährleisten, ist es beispielsweise aus der
DE 10 2017 201 709 A1 oder der
KR 1020190012401 A bekannt, koaxial zwischen Innen- und Außenwelle ein Zwischenelement anzuordnen, welches als Gleitelement ausgebildet sein kann, beispielsweise aus einem Material zur Realisierung einer günstigen Reibpaarung zur Reduzierung der Gleitreibung bei der teleskopierenden Verstellung von Innen- und Au-ßenwelle. Dadurch, dass das Zwischenelement beispielsweise hülsenförmig ausgebildet ist und über seine gesamte axiale Länge einen Gleitkontakt zur relativ dazu verschiebbaren Innen- oder Außenwelle bereitstellt, kann eine spielarme oder spielfreie Gleitführung mit einer vorteilhaft geringen Verschiebekraft realisiert werden. Insbesondere bei relativ großen Verschiebewegen, wie sie beispielsweise für Anwendungen in autonom fahrenden Fahrzeugen beim Verfahren zwischen einer Betriebsposition und einer dazu relativ weit beabstandeten Verstauposition auftreten, können durch Verkantungen am Zwischenelement Querkräfte auf den Reibkontakt wirken, beispielsweise aufgrund von Geradheits- oder Rundlauftoleranzen. Als nachteilige Folge kann die Verschiebekraft in unerwünschter Weise erhöht werden oder schwanken.
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Angesichts der vorangehend erläuterten Problematik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Gleitkontakt zu optimieren und eine gleichmäßigere Verschiebekraft zu ermöglichen.
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Darstellung der Erfindung
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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 mindestens eine in Längsrichtung einer Längsachse verstellbaren Lenkwelle, die eine in einer Außenwelle axial teleskopierbar aufgenommene Innenwelle und ein koaxial zwischen Innenwelle und Außenwelle angeordnetes Zwischenelement aufweist, wobei das Zwischenelement und mindestens eine der Wellen einander gleitend kontaktierende Kontaktflächen aufweisen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass mindestens eine Kontaktfläche bombiert oder tailliert ausgebildet ist.
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Die Außenwelle wird im Folgenden gleichbedeutend auch als äußere Welle bezeichnet, und die Innenwelle als innere Welle. Dabei ist es möglich, dass die Lenkwelle jeweils eine Außen- und Innenwelle aufweist, oder es können in einer Mehrfach-Teleskopanordnung zusätzliche Wellen teleskopierbar dazwischen angeordnet sein, die dann gleichzeitig als Innen- und Außenwellen funktionieren, und allgemein als Zwischenwellen bezeichnet werden können. Soweit allgemein von den Wellen die Rede ist, sind damit Innen- und Außenwellen eingeschlossen, und - soweit vorhanden - auch Zwischenwellen.
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In dem erfindungsgemäß bombierten Bereich ist die Kontaktfläche bezüglich eines Längsschnitts konvex in Richtung der Oberfläche vorstehend ausgeformt. Durch die Bombierung ist die Kontaktfläche quer zur Längsachse vorgewölbt. Anders ausgedrückt ist die Kontaktfläche im Längsschnitt bogenförmig oder gerundet, im Unterschied zu einer in Längsrichtung ebenen oder zylinderförmigen Kontaktfläche, die im Längsschnitt gerade ist.
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Die bombierte Kontaktfläche kann auch als ballig oder fassartig bezeichnet werden.
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Die Kontaktfläche erstreckt sich über eine axiale Kontaktlänge in Längsrichtung, d.h. in Richtung der Längsachse.
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Bei einer äußeren Kontaktfläche, die durch eine radial außen liegende Mantelfläche gebildet wird, ist der Außendurchmesser in der axialen Mitte des bombierten Bereichs am größten, und verringert sich davon ausgehend in beide axiale Richtungen. Dadurch ist die bombierte Kontaktfläche zumindest abschnittweise als tonnenförmige Außenfläche ausgebildet.
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Bei einer inneren Kontaktfläche, die innerhalb eines axial offenen Durchgangsquerschnitts durch eine radial innen liegende Mantelfläche gebildet wird, ist der Innendurchmesser des Durchgangs in der axialen Mitte des taillierten Bereichs am kleinsten, und vergrößert sich davon ausgehend in beide axiale Richtungen. Dadurch ist die taillierte Kontaktfläche zumindest abschnittweise als sanduhrförmige oder eingeschnürte Innenfläche ausgebildet.
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Sowohl eine bombierte, als auch eine taillierte Kontaktfläche ist über ihre axiale Länge bogenförmig quer zur Längsachse gewölbt. Die Wölbung hat bevorzugt einen stetig differenzierbaren Kurvenverlauf, d.h. ohne Kanten oder Knicke. Bevorzugt kann dabei die Bombierung oder Taillierung spiegelsymmetrisch zu einer quer zur Längsachse stehenden Querebene ausgebildet sein, die in Längsrichtung mittig durch die Kontaktfläche verläuft.
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Die erfindungsgemäß gebogenen bzw. gewölbten Kontaktflächen bilden nur über einen Teilabschnitt ihrer axialen Länge einen Gleitkontakt mit den zugeordneten Gegen-Kontaktflächen, gegen die sie gleitend anliegen. Konkret wird ein Gleitkontakt nur in einem Teilabschnitt der bombierten oder taillierten Kontaktfläche ausgebildet, dem sogenannten Anlage- oder Kontaktbereich, im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten, im Längsschnitt geraden, ebenen oder zylindrischen Kontaktflächen, die einander immer über ihre gesamte axiale Länge gleitend kontaktieren. Dadurch ist es möglich, dass die Achsen von aufeinander gleitenden Kontaktflächen relativ zueinander geneigt oder verkippt werden können, insbesondere kann eine Innen- oder Außenwelle relativ zu einem dazwischen angeordneten Zwischenelement geneigt oder verkippt werden. Das erfindungsgemäße Gleitlager ist somit nachgiebig bezüglich eines Winkelversatzes der aufeinander gleitenden Kontaktflächen bezüglich der Längsachse, und entsprechend bezüglich eines Winkelversatzes zwischen Zwischenelement und Innen- oder Außenwelle. Anders ausgedrückt kann ein zwischen Innen- und Außenwelle auftretender Winkelversatz, der beispielsweise durch Biegungs- oder Rundheitstoleranzen erzeugt werden kann, in dem Gleitlager aufgenommen und kompensiert werden. Dadurch ist es in vorteilhafter Weise möglich, dass auf die Lenkwelle einwirkende Querkräfte, die sich im Stand der Technik potentiell negativ auf das Gleitverhalten und die Verstellkraft auswirken können, bei der Erfindung eliminiert oder zumindest auf ein unschädliches Maß reduziert werden. Daraus resultiert der Vorteil, dass die Verstellkraft minimiert und vergleichmäßigt werden kann.
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Bei einer relativen Verkippung zwischen dem auf dem einen Mantelrohr fixierten Zwischenelement zu dem anderen Mantelrohr, welches gleitend das Zwischenelement kontaktiert, kann sich der Anlage- oder Kontaktbereich, in dem sich die Kontaktflächen berühren, innerhalb der axialen Länge der Kontaktflächen verlagern. Dadurch ist bei einem Winkelversatz in jedem Fall ein ausreichender und weitgehend konstanter Gleitkontakt gewährleistet. Dies ist positiv im Sinne einer gleichmäßigen Verstellkraft und eines geringen Verschleißes.
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Ein weiterer Vorteil ist, dass die Mantelrohre durch die einen Winkelversatz ausgleichende Wirkung des erfindungsgemäß in Querrichtung nachgiebigen Gleitlagers die Biegebeanspruchung von Innen- und Außenwelle im Vergleich zum starren Gleitlager in Stand der Technik verringert wird. Entsprechend können die Innen- und Außenwellen ohne Beeinträchtigung der Funktionalität kleiner und leichter dimensioniert werden, was einer Leichtbauweise zugutekommt.
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Es ist möglich, dass eine bombierte oder taillierte Kontaktfläche an dem Zwischenelement ausgebildet ist. Das Zwischenelement kann beispielsweise koaxial auf einer Innenwelle angeordnet sein, und außen umfangsseitig eine bombierte, tonnen- oder fassförmige Kontaktfläche aufweist, welche eine äußere Gleitfläche bildet. Es ist auch möglich, dass das Zwischenelement innen im Durchgang einer Außenwelle angeordnet ist, und innen eine taillierte, sanduhrförmige oder eingeschnürte Kontaktfläche aufweist, welche eine innere Gleitfläche bildet. Eine erfindungsmäßig geformte Kontaktfläche kann in jedem Fall mit geringem Konstruktions- und Fertigungsaufwand bereitgestellt werden. Es ist weiterhin vorteilhaft, dass ein Zwischenelement bezüglich axialer Länge, und/oder Form und/oder Abmessungen der Bombierung oder Taillierung individuell an die zu erwartenden Beanspruchungen ausgelegt werden kann. Dadurch ist es möglich, die Charakteristik des Gleitlagers mit geringem Aufwand bei gleichen Innen- und Außenwellen zu verändern oder an unterschiedliche Innen- und Au-ßenwellen anzupassen.
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Es kann vorgesehen sein, dass eine bombierte oder taillierte Kontaktfläche an der Innenwelle und/oder der Außenwelle ausgebildet ist.
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Es ist möglich, dass sich eine erfindungsgemäße Bombierung oder Taillierung über die gesamte axiale Länge einer Kontaktfläche erstreckt, welche sich beispielsweise durch die axiale Länge eines Zwischenelements erstrecken kann. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass sich die Bombierung oder Taillierung über einen axialen Teilabschnitt der Kontaktfläche erstreckt.
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Es ist weiter möglich, dass sich die Kontaktfläche über den gesamten Umfang einer Innen- oder Außenwelle, und/oder eines Zwischenelements erstreckt. Bei einem unrunden, beispielsweise einem mehrkantigen, kleeblattförmigen oder anders geformten Querschnitt kann sich die Kontaktfläche in Umfangsrichtung über einen Umfangs-Teilabschnitt erstrecken, und beispielsweise segmentartig ausgebildet sein. Durch die Abmessungen können die Flächenpressungen der Kontaktflächen und damit das Gleitverhalten angepasst und optimiert werden.
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Der gebogene, bevorzugt stetig differenzierbare Verlauf des Querschnitts der bombierten oder tailiierten Kontaktfläche kann gemäß einer definierten Kurvenfunktion vorgegeben und angepasst werden. Beispielsweise kann die Kontaktfläche durchgehend kreisbogenförmig, mit konstantem Biegeradius gerundet sein. Alternativ kann durchgehend oder auch abschnittweise eine polynomförmige, elliptische oder sonstige Biegung vorgesehen sein, um optimierte funktionale Eigenschaften zu realisieren.
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Eine vorteilhafte Ausführung ist, dass eine bombierte oder taillierte Kontaktfläche eine flachere Gegen-Kontaktfläche gleitend kontaktiert. Mit einer „flacheren“ Ausgestaltung ist gemeint, dass die Gegen-Kontaktfläche quer zur Längsachse nicht oder zumindest weniger stark profiliert ist, d.h. bevorzugt in Längsrichtung gerade oder zumindest weniger stark gebogen ist, als die radial dagegen gleitend anliegende, erfindungsgemäß bombierte oder taillierte Kontaktfläche. Beispielsweise kann einer bombierten oder taillierten Kontaktfläche eine zylindrische, ebene oder rinnen- oder nutförmige Gegen-Kontaktfläche zugeordnet sein, die im Längsschnitt gerade ist. Derartig geformte Gegen-Kontaktflächen können mit besonders geringem Aufwand realisiert werden, und sind fertigungs- und montagefreundlich.
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Alternativ ist es auch denkbar und möglich, dass eine Kontaktfläche und eine gleitend dagegen anliegende Gegen-Kontaktfläche entgegengesetzt zueinander bombiert bzw. tailliert ausgebildet sind. Dadurch wird ein in axialer Richtung schmaler Gleitkontakt zwischen balligen, konvex vorstehenden Umfangsabschnitten von Zwischenelement und Innenwelle und/oder Außenwelle erzeugt. Ein Vorteil ist, das die Bombierung oder Taillierung an dem Zwischenelement und der gleitend zugeordneten Welle weniger stark ausgeprägt sein kann, als wenn sie ausschließlich an dem Zwischenelement oder der Welle ausgebildet ist.
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Es kann vorgesehen sein, dass das Zwischenelement in Längsrichtung an der Innenwelle oder an der Außenwelle fixiert ist. Bevorzugt kann das Zwischenelement koaxial auf- oder eingesteckt sein, und zusätzlich oder alternativ kraft- und/oder form- und/oder stoffschlüssig mit einem Mantelrohr verbunden sein. In jedem Fall ist das Zwischenelement in der Gleitrichtung, dies ist die Längsrichtung, an der Innen- oder Außenwelle fixiert, was den Vorteil einer axial definierten Gleitführung hat, und das Zwischenelement nicht unkontrolliert in axialer Richtung zwischen den Mantelrohren schwimmen kann. Falls das Zwischenelement an einer Innenwelle fixiert ist, kann es an seinem Außenumfang eine erfindungsgemäß bombierte Kontaktfläche aufweisen, welche eine Gleitfläche bezüglich der koaxial dazu angeordneten Außenwelle bildet. Es ist alternativ möglich, dass der Außenumfang im Längsschnitt gerade ist, und die umgebende Außenwelle tailliert ausgebildet ist. Entsprechend kann das Zwischenelement einen erfindungsgemäß taillierten Durchgang haben, falls es in einer Außenwelle fixiert ist, oder gerade ausgebildet sein, um eine korrespondierende bombierte Kontaktfläche einer eingesetzten Innenwelle gleitend aufnehmen zu können.
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Eine vorteilhafte Ausführung kann sein, dass das Zwischenelement hülsenförmig ausgebildet ist. Das Zwischenelement kann dadurch bevorzugt als zwischen Innen- und Außenwelle eingesetzte Gleithülse ausgebildet sein. Es kann dabei in Umfangsrichtung geschlossen sein. Alternativ kann es einen offenen Querschnitt aufweisen, der beispielsweise C-förmig oder in Umfangsrichtung segmentiert ist, beispielsweise in Form von in Umfangsrichtung beabstandeten, axial verlaufenden Rippen, Stegen oder dergleichen.
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Es ist vorteilhaft, dass eine Kontaktfläche einen Kunststoff aufweist. Geeignete Kunststoffe ermögliche in Gleitpaarung mit diversen anderen Materialien, beispielsweise Metallen oder Kunststoffen, eine relativ niedrige Reibung, und eine entsprechend vorteilhaft niedrige Verstellkraft. Bevorzugt kann das Zwischenelement ganz oder teilweise aus einem Kunststoff ausgebildet sein, um es bevorzugt als Gleitelement der erfindungsgemäßen Gleitführung einzusetzen. Vorzugsweise weist es dazu den Kunststoff zumindest im Bereich einer Kontaktfläche auf. Das Zwischenelement kann bevorzugt im Kunststoff-Spritzguss aus thermoplastischem Polymer gefertigt sein, welches als separates Spritzgussteil bereitgestellt und zwischen Innen- und Außenwelle eingesetzt sein kann. Es kann auch vorteilhaft vorgesehen sein, dass das Zwischenelement im Kunststoff-Spritzguss an die Innenwelle oder die Außenwelle angespritzt ist, zur Bildung einer unlösbaren stoffschlüssigen Verbindung. Die Festigkeit der Verbindung kann dadurch noch weiter erhöht werden, dass die umspritzte Wellenoberfläche Formschlusselemente aufweist, die beim Umspritzen formschlüssig in den Kunststoff eingebettet werden. Es ist zusätzlich oder alternativ möglich, dass eine Kontaktfläche oder eine korrespondierende Gegen-Kontaktfläche einer Innen- oder Außenwelle zumindest teilweise einen Kunststoff aufweist, beispielsweise in Form einer Umspritzung oder Beschichtung. Aus diese Weise können an die jeweiligen Anforderungen optimal angepasste Gleitpaarungen realisiert werden.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Außenwelle eine Kontaktfläche im Bereich einer radial von außen eingebrachte sickenförmige Einformung aufweist. Die radial von außen eingebrachte sickenförmige Einformung bildet eine in den offenen Durchgangsquerschnitt der Au-ßenwelle radial nach innen vorstehende Innensicke, die eine taillierte Einformung bildet und bevorzugt plastisch von außen in die Außenwelle eingeformt sein kann, beispielsweise durch Pressen, Walzen oder dergleichen. Dadurch kann eine taillierte Kontaktfläche innerhalb der Außenwelle ausgebildet werden. Auf diese Weise kann eine taillierte Kontaktfläche rationell gefertigt werden, beispielweise durch Kaltumformung einer Außenwelle aus einem metallischen Werkstoff, wie beispielsweise Stahl.
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Es ist möglich, dass die Innenwelle eine Kontaktfläche im Bereich einer radial von innen eingebrachten sickenförmigen Ausformung aufweist. Die sickenförmige Ausformung bildet eine radial nach außen vorstehende Außensicke, die bevorzugt plastisch von innen in die Außenwelle eingebracht sein kann, beispielsweise durch Pressen, Walzen, Innen-Hochdruck-Umformung oder dergleichen. Dadurch kann eine bauchige Aufweitung erzeugt werden, zur Ausbildung einer bombierten, tonnen- oder fassförmigen Kontaktfläche an einer Innenwelle.
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Es ist bevorzugt, dass die Innenwelle und/oder die Außenwelle ein Metall aufweisen, bevorzugt aus Stahl ausgebildet sind. Dadurch wird eine hohe Steifigkeit und eine rationelle Fertigung ermöglicht. In einer Gleitpaarung mit einem Kunststoff, der an den Kontaktflächen am Zwischenelement und zusätzlich oder alternativ an einer Innen- oder Außenwelle vorgesehen sein kann, können eine vorteilhaft niedrige Gleitreibung und entsprechend geringe und durch die Erfindung gleichmäßige Verstellkraft realisiert werden.
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Es ist bevorzugt, dass die Innenwelle die Außenwelle und das Zwischenelement korrespondierende unrunde Querschnitte zur Ausbildung einer drehschlüssigen Verbindung aufweisen. Dadurch, dass ein von der Zylinderform abweichender, unrunder Querschnitt ausgebildet ist, beispielsweise ein mehrkantiger oder abgeflachter Querschnitt, ein Kleeblatt- oder Verzahnungs-Querschnitt oder dergleichen, kann in an sich bekannter Weise vorteilhaft eine bezüglich Rotation um die Längsachse formschlüssige drehmomentübertragende Verbindung erzeugt werden.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Lenkwelle in einer Manteleinheit drehbar gelagert ist. In der Manteleinheit kann die erfindungsgemäße Lenkwelle in an sich bekannter Weise von der Gleitführung axial beanstandeten Lagern um die Längsachse drehbar gelagert sein. Dabei ist ein Vorteil der Erfindung, dass toleranzbedingte Winkelfehlstellungen auch bei einem geringen axialen Lagerabstand, der im Hinblick auf eine hohe Steifigkeit vorteilhaft sein kann, sicher ausgeglichen werden können. Bevorzugt kann die Manteleinheit ebenfalls in Längsrichtung variabel ausgebildet sein, beispielsweise in an sich bekannter Weise durch teleskopierbar angeordnete Mantelrohre.
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Eine vorteilhafte Ausführung sieht vor, dass die Lenkwelle von einer Trageinheit gehalten ist. Die Trageinheit ist zur Verbindung der Lenksäule mit einer Fahrzeug-Karosserie ausgestaltet, und kann beispielsweise eine Konsole aufweisen, und kann bevorzugt in an sich bekannter Weise eine Manteleinheit halten, bevorzugt relativ zur Karosserie quer zur Längsachse höhenverstellbar.
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Beschreibung der Zeichnungen
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Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Im Einzelnen zeigen:
- 1 eine schematische perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Lenksäule,
- 2 einen Längsschnitt durch die Lenksäule gemäß 1,
- 3 eine vergrößerte Detailansicht von 2 in einer ersten Ausführungsform,
- 4 eine vergrößerte Detailansicht von 2 in einer zweiten Ausführungsform,
- 5 eine Teilansicht eines schematischen Längsschnitts durch eine Lenksäule in einer dritten Ausführungsform,
- 6 eine Teilansicht eines schematischen Längsschnitts durch eine Lenksäule in einer vierten Ausführungsform,
- 7 eine Teilansicht eines schematischen Längsschnitts durch eine Lenksäule in einer fünften Ausführungsform.
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Ausführungsformen der Erfindung
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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.
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Lenksäule 1 in einer schematischen perspektivischen Ansicht von oben links schräg auf das hintere Ende, bezogen auf die Fahrtrichtung eines nicht dargestellten Fahrzeugs, wo ein hier nicht dargestelltes Lenkrad im Bedienungsbereich gehalten wird. 2 zeigt die Lenksäule 1 in einem Längsschnitt.
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Die Lenksäule 1 umfasst eine Trageinheit 2, welche als Konsole ausgebildet ist, die Befestigungsmittel 21 in Form von Befestigungsbohrungen aufweist, die zur Anbringung an einer nicht dargestellten Fahrzeug-Karosserie dienen. Von der Trageinheit 2 wird eine Manteleinheit 3 gehalten.
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In der Manteleinheit 3 ist eine Lenkwelle 4 drehbar gelagert um eine Längsachse L, die sich axial in Längsrichtung erstreckt. Am hinteren, der Fahrerposition zugewandten Endbereich ist an der Lenkspindel 4 ein Befestigungsabschnitt 41 ausgebildet, an dem eine nicht dargestellte manuelle Lenkhandhabe anbringbar ist, beispielsweise ein Lenkrad.
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Die Lenkwelle 4 weist eine rohrförmige Außenwelle 42 auf, in die eine Innenwelle 43 in Längsrichtung gleitend teleskopierbar eingeführt ist. Durch die teleskopartige Ausgestaltung wird eine Längsverstellung in Richtung der Längsachse L ermöglicht, wie mit dem Doppelpfeil angedeutet ist. Die Außenwelle 42 und die Innenwelle 43 weisen korrespondierende, unrunde Profilquerschnitte auf, beispielsweise mehrkantig, verzahnt, kleeblattförmig oder dergleichen, so dass eine bezüglich Drehung um die Längsachse L formschlüssige, und damit drehmomentschlüssige Verbindung zwischen Außenwelle 42 und Innenwelle 43 erzeugt wird.
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Um die Längsverstellung der Lenksäule 1 zu realisieren, ist die Manteleinheit 3 ebenfalls längsverstellbar ausgestaltet, dadurch, dass ein Innenmantel 31 teleskopartig verstellbar in einen Außenmantel 32 eintaucht, der von der Trageinheit 2 gehalten ist.
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Die Außenwelle 42 ist in Lagern 33 und 34 in dem Außenmantel 31 drehbar gelagert, die bevorzugt als Wälzlager ausgebildet sein können und vorzugsweise in Endbereichen des Außenmantels 31 angeordnet sind.
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Die Innenwelle 43 ist in dem Außenmantel 32 in einem Lager 35 drehbar gelagert, welches ebenfalls bevorzugt als Wälzlager ausgebildet ist und in einem von dem Innenmantel 31 aus gesehen abgewandten Endbereich des Außenmantels 32 angeordnet ist.
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Die Manteleinheit 3 ist um eine quer zur Längsachse L liegende, horizontale Schwenkachse 22 verschwenkbar an der Trageinheit 2 gelagert. Im hinteren Bereich ist die Manteleinheit 4 über einen Stellhebel mit der Trageinheit 2 verbunden. Durch eine Drehbewegung des Stellhebels mittels eines Verstellantriebs 8 kann die Manteleinheit 4 relativ zur Trageinheit 2 um die im Einbauzustand waagerecht liegende Schwenkachse 22 verschwenkt werden, wodurch eine Verstellung eines an dem Befestigungsabschnitt 33 angebrachten Lenkrads in Höhenrichtung H vorgenommen werden kann, was mit dem Doppelpfeil angedeutet ist.
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Ein erster Verstellantrieb 5 dient zur Längsverstellung der Lenksäule 1 zur Manteleinheit 4 in Richtung der Längsachse L. Der Verstellantrieb 5 weist einen motorisch antreibbaren Spindeltrieb auf, der eine von einem elektrischen Motor 51 um ihre Gewindeachse drehend antreibbare Spindelmutter 52 aufweist, die axial an dem Außenmantel 32 abgestützt ist. Eine in Längsrichtung erstreckte Gewindespindel 53 greift in die Spindelmutter 52 ein, und ist mit ihrem freien Ende relativ dazu drehfest axial an dem Innenmantel 31 abgestützt. Durch drehenden Antrieb der Spindelmutter 52 kann die Gewindespindel 53 in Längsrichtung axial verlagert werden, so dass der Innenmantel 31 zusammen mit der Außenwelle 42 relativ zum Außenmantel 32 mit der Innenwelle 43 axial verstellt wird. Dabei gleitet die Innenwelle 43 relativ zur Außenwelle 42 in einer erfindungsgemäß ausgestalteten Gleitführung 6, die in einer ersten Ausführungsform in 3 ausschnittweise vergrößert dargestellt ist.
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Die Gleitführung 6 weist eine Gleithülse 7 auf, die als Zwischenelement im Sinne der Erfindung koaxial zwischen der Innenwelle 43 und der Außenwelle 42 angeordnet ist. Die Gleithülse 7 ist vorzugsweise aus einem Kunststoff ausgebildet, beispielsweise einem thermoplastischen Polymer, und weist eine Gleitpaarung mit der Innenwelle 43 oder der Außenwelle 42 auf, die vorzugsweise aus einem metallischen Werkstoff wie Stahl oder dergleichen ausgebildet sind.
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4 zeigt in derselben Ansicht wie 3 eine abgewandelte Ausführung, wobei dieselben Bezugszeichen verwendet werden.
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Die Außenwelle 42 weist einen radial von außen plastisch eingeformten Führungsabschnitt 44 auf, der radial nach innen in den offenen Durchgangsquerschnitt vorspringt und einen unrunden Querschnitt realisiert, zur drehschlüssigen Verbindung mit der Innenwelle 43.
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In der in 3 gezeigten Ausführung ist die Gleithülse 7 am Innenumfang der Außenwelle 42 fixiert, beispielsweise durch Verkleben oder Anspritzen im Kunststoff-Spritzguss. Die Gleithülse 7 hat eine axiale Länge, die im Wesentlichen der Länge der Länge des eingeformten Führungsabschnitts 44 entspricht.
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Die Gleithülse 7 weist auf ihrer gegen die Längsachse L gerichteten Innenseite eine Kontaktfläche 71 auf, die radial von außen im Gleitkontakt gegen eine am Außenumfang der Innenwelle 43 ausgebildete, korrespondierende Kontaktfläche 45 anliegt. Anders ausgedrückt bildet die Kontaktfläche 45, die sich über die Länge der Innenwelle 43 erstreckt, eine Gegen-Kontaktfläche zur Kontaktfläche 71 der Gleithülse 7, wodurch die Innenwelle 43 in Längsrichtung gleitend in der Gleithülse 7 geführt ist.
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In der Ausführung gemäß 3 ist die Kontaktfläche 71 der Gleithülse 7 erfindungsgemäß tailliert ausgeführt. Dadurch ist ein Innendurchmesser Ri des Durchgangs in einem mittleren Längenbereich der Gleithülse 7 kleiner als der Innendurchmesser Ra in den beiden axialen Endbereichen der Gleithülse 7.
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Die Kontaktfläche 45 an der Innenwelle 43 kann in Längsrichtung gerade durchgehend ausgebildet sein, beispielsweise zumindest abschnittweise zylindrisch, eben oder dergleichen.
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Zur Verdeutlichung ist der Verlauf der Taillierung T rein schematisch, nicht maßstabsgerecht gestrichelt eingezeichnet. Damit ist verdeutlicht, wie die Kontaktfläche 71 bogenförmig konvex nach innen gegen die Längsachse gewölbt ausgebildet ist, wobei die Wölbung übertrieben dargestellt ist. Anders ausgedrückt könnte man sagen, dass die Taillierung T durch eine radial nach innen gerichtete Bombierung der Kontaktfläche 71 ausgebildet wird, oder dass die Kontaktfläche 71 nach innen vorstehend ballig ausgebildet ist.
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Bevorzugt kann sich die Taillierung T über die gesamte axiale Länge der Gleithülse 7 erstrecken, und kann bezüglich einer quer zur Längsachse L durch die Mitte durchgehenden Spiegelebene spiegelsymmetrisch ausgebildet sein. Dabei kann die Wölbung beispielsweise kreisbogenförmig sein, oder auch einen anderen gerundeten Verlauf haben, beispielsweise elliptisch oder polynomförmig.
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Innerhalb der taillierten Kontaktfläche 71 kann die darin gleitend aufgenommene Kontaktfläche 45, die bevorzugt gerade und nicht tailliert ist, quer zur Längsachse L verkippen, wie dies schematisch mit dem gebogenen Doppelpfeil angedeutet ist, beispielsweise aufgrund von Biegungs- oder Rundheitstoleranzen. Dabei kann ein auftretender Winkelversatz aufgenommen werden, wobei der Gleitkontakt zwischen den Kontaktflächen 71 und 45 erhalten bleibt. Dadurch wird ein Aufbau von Querkräften, durch die die Gleitreibung und entsprechend die Verstellkraft erhöht werden könnte, zuverlässig verringert.
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Bei der in 4 gezeigten Ausführung ist die Gleithülse 7 fest mit der Innenwelle 43 verbunden. Dabei ist die Kontaktfläche 71 radial außen auf der Gleithülse 7 angeordnet, und erfindungsgemäß bombiert ausgebildet. Dabei ist der Außendurchmesser Ra der Gleithülse 7 im mittleren axialen Bereich größer als der Durchmesser R1 in den axialen Endbereichen. Die Wölbung der Bombierung B ist rein schematisch, nicht maßstabsgerecht gestrichelt eingezeichnet. Damit ist verdeutlicht, wie die Kontaktfläche 71 bogenförmig konvex nach außen von der Längsachse L weg gerichtet gewölbt ausgebildet ist, wobei die Wölbung schematisch übertrieben dargestellt ist.
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Die Kontaktfläche 71 der Gleithülse 7 liegt gleitend gegen eine innen in der Außenwelle 42 ausgebildete Kontaktfläche 46 an, die bevorzugt in Längsrichtung gerade ausgebildet sein kann. Dadurch kann ebenfalls ein Winkelversatz zwischen Innenwelle 43 und Außenwelle 42 ausgeglichen werden, wie mit dem gebogenen Doppelpfeil angedeutet ist.
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Bei der in 5 schematisch gezeigten weiteren Ausführungsform ist die Gleithülse 7 in der Außenwelle 42 fixiert und weist eine taillierte Kontaktfläche 71 auf, die radial nach innen gerichtet gewölbt ist, ähnlich der Ausführung gemäß 3. Diese Kontaktfläche 71 liegt gleitend an einer korrespondierenden Kontaktfläche 45 außen an der Innenwelle 43 an. Im Unterschied zu der Ausführung gemäß 3 weist die Außenwelle 42 keinen eingeformten Führungsabschnitt 44 auf, sondern kann axial durchgehend denselben Querschnitt haben.
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Bei der in 6 schematisch in einer Ansicht wie in 5 gezeigten weiteren Ausführungsform ist die Gleithülse 7 an der Innenwelle 43 fixiert. Dabei weist sie eine in Längsrichtung gerade durchgehende Kontaktfläche 72 auf, die radial von innen an einer innen in der Außenwelle 42 ausgebildeten, taillierten Kontaktfläche 47 gleitend anliegt. Diese Kontaktfläche 47 kann innen an einer von außen in die Außenwelle 42 eingebrachten sickenförmigen Einformung 48 ausgebildet sein.
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Bei der in 7 schematisch in einer Ansicht wie in 5 und 6 gezeigten weiteren Ausführungsform ist die Gleithülse 7 an der Außenwelle 42 fixiert. Dabei weist sie eine in Längsrichtung gerade durchgehende Kontaktfläche 72 auf, die radial von außen an der Innenwelle 43 gleitend anliegt. Weiterhin weist die Gleithülse 7 eine bombierte Kontaktfläche 71 auf, die in einer taillierten radial nach außen stehenden Einformung der Außenwelle 42 eingreift und mit dieser in Kontakt steht.
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Durch das erfindungsgemäße Zusammenwirken der taillierten bzw. bombierten Kontaktflächen 71 bzw. 47 mit den korrespondierenden geraden Kontaktflächen 45, 46 bzw. 72 kann in der Gleitführung 6 eine vorteilhafte Kompensation von zwischen der Innenwelle 43 und der Außenwelle 42 auftretenden Winkeltoleranzen erfolgen.
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Es kann ein zweiter Verstellantrieb 8 vorgesehen sein, der ebenfalls einen motorisch antreibbaren Spindeltrieb aufweisen kann, und der wirkungsmäßig zwischen der Manteleinheit 2 und der Trageinheit 2 angebracht sein kann, dass durch Verschwenken um die Schwenkachse 22 eine Höhenverstellung in einer Höhenrichtung H realisiert werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lenksäule
- 2
- Trageinheit
- 21
- Befestigungsmittel
- 22
- Schwenkachse
- 3
- Manteleinheit
- 31
- Innenmantel
- 32
- Außenmantel
- 33, 34
- Lager
- 35
- Lager
- 4
- Lenkwelle
- 41
- Befestigungsabschnitt
- 42
- Außenwelle
- 43
- Innenwelle
- 44
- Führungsabschnitt
- 45, 46
- Kontaktfläche
- 47
- Kontaktfläche
- 48
- Einformung
- 5
- Verstellantrieb
- 51
- Motor
- 52
- Spindelmutter
- 53
- Gewindespindel
- 6
- Gleitführung
- 7
- Gleithülse (Zwischenelement)
- 71
- Kontaktfläche
- 72
- Kontaktfläche
- L
- Längsachse
- Ra
- Durchmesser
- Ri
- Durchmesser
- T
- Taillierung
- B
- Bombierung
- H
- Höhenrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017201709 A1 [0004]
- KR 1020190012401 A [0004]
