DE19959004C1 - Lenksäule für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

Abstract

Eine Lenksäule für ein Kraftfahrzeug mit einer äußeren Hohlwelle und wenigstens einem innenliegenden Wellenteil, wobei die Hohlwelle und der innenliegende Wellenteil mittels einander zugewandter Keilwellenprofilabschnitte axial zueinander teleskopartig verschiebbar sind, ist bekannt. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist an einem Stirnende des innenliegenden, primären Wellenteiles ein sekundärer Keilstegprofilabschnitt unter Zwischengestaltung einer Torsionsstabfeder axial angefügt, der gegenüber dem innenliegenden, primären Wellenteil derart in Drehrichtung versetzt montiert ist, daß die Torsionsstabfeder über eine definierte Vorspannung gesetzt ist. DOLLAR A Einsatz für Personenkraftwagen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lenksäule für ein Kraftfahrzeug mit einer äußeren Hohlwelle und wenigstens einem innenliegenden Wellenteil, wobei die Hohlwelle und der innenliegende Wellen­ teil mittels einander zugewandter Keilwellenprofilabschnitte axial zueinander teleskopartig verschiebbar sind.

Eine solche Lenksäule ist aus der DE 197 15 845 A1 bekannt. Bei der bekannten Lenksäule für ein Kraftfahrzeug ist ein innerer Wellenteil an seinem Außenumfang mit Keilwellenprofilabschnit­ ten versehen, die in korrespondierende Keilwellenprofilab­ schnitte an einem Innenumfang einer äußeren Hohlwelle eingrei­ fen. Dadurch ist eine drehschlüssige Verbindung zwischen der Hohlwelle und dem innenliegenden Wellenteil geschaffen. Gleich­ zeitig ist eine axiale Verschiebbarkeit gewährleistet. Um zwi­ schen den einander zugewandten Keilwellenprofilabschnitten in Drehrichtung eine Spielfreiheit zu erzielen, sind auf dem in­ nenliegenden Wellenteil im Bereich von zwei Umfangsnuten Klemm­ federringe vorgesehen, die sich bei der Montage durch elasti­ sche Verformung an die Zahnflanken der Verzahnung des Keilwel­ lenprofilabschnittes der äußeren Hohlwelle anlegen. Durch die Verklemmung der Klemmfederringe zwischen der Hohlwelle und dem innenliegenden Wellenteil wird somit eine Spielfreiheit in bei­ den Drehrichtungen erzielt.

Aus der DE 34 38 918 A1 ist eine Verbindung zwischen einer Keilwelle und einer Keilnabe einer Sicherheitslenksäule be­ kannt. Zur Herstellung der erforderlichen radialen Spielfrei­ heit unter Beibehaltung der gewünschten axialen Verschiebbar­ keit wird dort das außenliegende Nabenteil mit einer Vorspannhülse verlängert. Diese Hülse ist dabei so ausgebildet, daß sie an ihrem einen Ende eine verzahnte Zusatznabe aufweist, sowie über ihrem Umfang verteilte schlitzartige Ausnehmungen, deren Verbindungsstege als Federelemente fungieren.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Lenksäule der eingangs ge­ nannten Art zu schaffen, die mit einfachen Mitteln eine Spiel­ freiheit zwischen der äußeren Hohlwelle und dem wenigstens ei­ nen innenliegenden Wellenteil gewährleistet.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß an einem Stirnende des innenliegenden, primären Wellenteiles ein sekundärer Keilsteg­ profilabschnitt unter Zwischenschaltung einer Torsionsstabfeder angefügt ist, der gegenüber dem innenliegenden, primären Wellen­ teil derart in Drehrichtung versetzt montiert ist, daß die Tor­ sionsstabfeder unter eine definierte Vorspannung gesetzt ist. Dadurch wird mit einfachen Mitteln eine Spielfreiheit zwischen dem innenliegenden Wellenteil und der äußeren Hohlwelle in bei­ den Drehrichtungen erzielt. Durch die Torsionsstabfeder legt sich der sekundäre Keilstegprofilabschnitt an den Gegenflanken der Keilwellenprofilabschnitte an, die den Flanken, an denen der innenliegende, primäre Wellenteil anliegt, gegenüberliegen. Ab einem definierten Drehmoment wird die Torsionsstabfeder dann überdrückt, wobei bei entsprechender Drehrichtung der primäre Wellenteil die Flankenanlage wechselt. Da aufgrund der Torsions­ stabfeder jedoch dieser Flankenanlagenwechsel nicht kraftlos er­ folgt, da das Drehmomentniveau aufgrund der Vorspannung der Tor­ sionsstabfeder erhalten bleibt, ergibt sich kein Spiel. Die Spielfreiheit ist durch die erfindungsgemäße Lösung daher in einfacher Weise gewährleistet. Da die Torsionsstabfeder sich im Inneren der Hohlwelle erstreckt, ist kein zusätzlicher Bauraum vonnöten. Aufgrund des axial stirnseitigen Ansetzens des sekun­ dären Keilstegprofilabschnittes und der Torsionsstabfeder an den innenliegenden, primären Wellenteil ist es zudem möglich, den primären Wellenteil einfach und mit kurzem Keilstegprofilab­ schnitt zu gestalten.

Durch die erfindungsgemäße Lösung ergibt sich zudem der wesent­ liche Vorteil, daß die Hohlwelle in zwei Schrägkugellagern gela­ gert werden kann, wohingegen der innenliegende Wellenteil mit einem dritten Wälzlager örtlich gehalten wird. Da diese drei in Reihe wirkenden Lager grundsätzlich zu einer statischen Überbe­ stimmung führen würden, muß der durch den innenliegenden Wellen­ teil und die Hohlwelle gebildete teleskopische Abschnitt wie ein Gelenk wirken können. Dies ist durch die erfindungsgemäße Lösung der Fall, da durch die erfindungsgemäße Lösung ein kurzer Keil­ stegprofilabschnitt sowie viel Flankenspiel zwischen den inneren und äußeren Keilstegen des innenliegenden Wellenteiles und der Hohlwelle ermöglicht wird, so daß ca. ±1° zulässige Winkelbewe­ gung erzielbar ist. Die erfindungsgemäße Lösung erfüllt auch die Forderung, daß dieses Winkelspiel beim Lenken nicht spürbar wer­ den darf und mit einfachen Mitteln zu beseitigen ist. Hierzu wird auf die vorstehende Beschreibung verwiesen.

In Ausgestaltung der Erfindung ist der sekundäre Keilstegpro­ filabschnitt mit der Torsionsstabfeder über einen Rückführab­ schnitt, der sich von einem abliegenden Ende der Torsionsstabfe­ der in Richtung des innenliegenden Wellenteiles axial zurücker­ streckt, verbunden. Dadurch wird die axiale Länge, über die das Vorsehen der Keilwellenprofilabschnitte und damit das Vorsehen der Verzahnung notwendig ist, reduziert. Vom Herstellungsaufwand her ist insbesondere eine relativ kurze axiale Erstreckung des Keilwellenprofilabschnittes der äußeren Hohlwelle vorteilhaft.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Rückführab­ schnitt durch zwei Biegefederschenkel gebildet, die gabelartig die Torsionsstabfeder auf gegenüberliegenden Seiten flankieren. Dadurch wirken die durch die Biegefederschenkel gebildeten Bie­ gebalken mit der Torsionsstabfeder in Reihe.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist im Bereich der frei­ en Enden der Biegefederschenkel jeweils ein radial nach außen abragender Keilsteg positioniert. Die beiden Keilstege der bei­ den Biegefederschenkel bilden den sekundären Keilstegprofilab­ schnitt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Biegefeder­ schenkel einschließlich ihrer Keilstege und die Torsionsstabfe­ der als gemeinsames, einteiliges Bauteil aus einem gestanzten Federblech gestaltet. Dies ist eine besonders einfache und ko­ stengünstige Ausgestaltung, da sie in einem Arbeitsgang als ein­ zelnes Bauteil herstellbar ist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Biegefeder­ schenkel und die Torsionsstabfeder derart gestaltet, daß sie in Reihe wirken und bei einem Drehwinkel von 5° bis 10° relativ zum primären Wellenteil ein vorgespanntes Drehmoment zwischen 6 Nm und 8 Nm erzeugen. Dies ist eine besonders vorteilhafte Ausle­ gung der Biegefederschenkel und der Torsionsstabfeder, die zum einen die Spielfreiheit gewährleistet, zum anderen jedoch keinen zu hohen Klemmwiderstand gegen eine Axialverschiebung zwischen Hohlwelle und primären Wellenteil bildet.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist der als Torsions­ stabfeder gestaltete mittlere Federabschnitt des Federblechbau­ teiles einen quadratischen Querschnitt auf. In weiterer Ausge­ staltung weisen die Biegeschenkel jeweils einen rechteckigen Querschnitt mit zum mittleren Federabschnitt gleicher Dicke auf. Dadurch wird mittels des einstückigen Federblechbauteiles zum einen eine besonders gute Torsionswirkung und zum anderen eine gute Biegebalkenwirkung erzielt.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevor­ zugten Ausführungsbeispiels der Erfindung, das anhand der Zeich­ nungen dargestellt ist.

Fig. 1 zeigt in einem Längsschnitt einen Teil einer Ausführungs­ form einer erfindungsgemäßen Lenksäule im Bereich einer oberen Lenkspindel,

Fig. 2 in vergrößerter, perspektivischer Darstellung einen in­ nenliegenden, primären Wellenteil, der stirnseitig mit einem sekundären Keilstegprofilabschnitt unter Zwischen­ schaltung einer Torsionsstabfeder sowie zweier Biegefe­ derschenkel versehen ist,

Fig. 3 in einer Seitenansicht die Anordnung nach Fig. 2,

Fig. 4 in einer Draufsicht in Richtung des Pfeiles IV die Anord­ nung nach Fig. 3, und

Fig. 5 einen Querschnitt durch die Anordnung nach Fig. 4 entlang der Schnittlinie V-V in Fig. 4.

Eine Lenksäule für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Personenkraftwagen, weist gemäß Fig. 1 eine obere, teleskopier­ bare Lenkspindel 1, 2 auf, die mittels eines lediglich angedeu­ teten Kreuzgelenkes in eine untere Lenkspindel in grundsätzlich bekannter Weise übergeht. Die obere Lenkspindel weist eine äuße­ re Hohlwelle 1 auf, die in einem Mantelrohr 3, das karosserie­ fest positioniert ist, drehbar gelagert ist. Die Hohlwelle 1 ist mittels zweier Schrägkugellager gelagert, von denen in Fig. 1 lediglich ein unteres Schrägkugellager dargestellt ist. Die au­ ßenliegende Hohlwelle 1 weist in einem einem Lenkgetriebe zuge­ wandten unteren Längenabschnitt an seinem Innenumfang einen Keilwellenprofilabschnitt 4 auf, der sich bis zum unteren Stirn­ ende der Hohlwelle 1 erstreckt. Der Keilwellenprofilabschnitt bildet in grundsätzlich bekannter Weise eine Vielzahl von axial ausgerichteten und parallel zueinander über den Innenumfang ver­ teilten Keilstegen, so daß sich eine Innenverzahnung ergibt. In der Hohlwelle 1 ist ein primärer, innenliegender Wellenteil 2 längsverschiebbar positioniert. Auch der innenliegende Wellen­ teil 2 ist in nicht näher dargestellter Weise mittels eines Wälzlagers etwa im Bereich des Bezugszeichens 3 örtlich gehal­ ten. Dazu weist der Wellenteil 2, der mit der unteren Lenkspin­ del verbindbar ist, mit seinem oberen, zu einem Lenkrad hin ge­ wandten Stirnabschnitt einen Keilwellenprofilabschnitt 5 auf, der durch auf dem Außenumfang vorgesehene, axial ausgerichtete und parallel zueinander gleichmäßig über den Außenumfang ver­ teilte Keilstege gebildet ist. Die Teilung der Keilstege ist auf die Teilung der Keilstege des Keilwellenprofilabschnittes 4 der Hohlwelle 1 abgestimmt, so daß der Keilwellenprofilabschnitt 5 des primären Wellenteiles 2 eine korrespondierende Gegenverzah­ nung bildet. Der primäre Wellenteil 2 ist somit relativ zu der Hohlwelle 1 in dieser axial verschiebbar. Die Keilwellenprofilabschnitte 4, 5 gewährleisten gleichzeitig die drehschlüssige Mitnahme zwischen der Hohlwelle 1 und dem primären Wellenteil 2 in beiden Drehrichtungen um die strichpunktiert dargestellte Drehachse. Der Keilwellenprofilabschnitt ist relativ kurz gehal­ ten und es ist ein relativ großes Flankenspiel zwischen den Keilstegen des Keilwellenprofilabschnittes 4, der Hohlwelle 1 und den Keilstegen des Keilwellenprofilabschnittes 5 des primä­ ren Wellenteiles 2 vorgesehen, um zwischen dem primären Wellen­ teil 2 und der Hohlwelle 1 eine Winkelbewegung im Bereich der Mittellängsachse um etwa ±1° zuzulassen. Dadurch kann der durch die Hohlwelle 1 und den Wellenteil 2 gebildete teleskopische Ab­ schnitt als Gelenk wirken, um eine statische Überbestimmung durch die beiden Schrägkugellager der Hohlwelle 1 einerseits und die örtliche Lagerung des primären Wellenteiles 2 andererseits zu vermeiden.

Die Hohlwelle 1 ist in Pfeilrichtung V relativ zu dem primären Wellenteil 2 axial verschiebbar. Dazu ist eine nicht näher dar­ gestellte Verstelleinrichtung vorgesehen. Es ist möglich, daß das drehfest positionierte Mantelrohr 3 die Axialverstellung mitmacht, so daß das Mantelrohr 3 gemeinsam mit der Hohlwelle 1 in Pfeilrichtung V verstellt wird.

Um zwischen den korrespondierenden Keilwellenprofilabschnitten 4, 5 der Hohlwelle 1 und des primären Wellenteiles 2 eine Spiel­ freiheit zu erzielen, weist der primäre Wellenteil 2 im Bereich seines dem Lenkrad zugewandten Stirnendes einen axial abragenden Haltefortsatz 10 auf, an dem ein sekundäres Wellenbauteil 6 festgelegt ist. Das sekundäre Wellenbauteil 6 stellt ein ein­ stückiges Federblechbauteil dar, das durch Ausstanzen oder durch Ausschneiden mittels Lasertrennung hergestellt ist. Das Feder­ blechbauteil 6 bildet zum einen eine sich koaxial zur Drehachse in Richtung des Lenkrades erstreckende Torsionsstabfeder 8, an deren vom primären Wellenteil 2 abgewandten Stirnende einstückig zwei Biegefederschenkel 9 anschließen, die als Rückführabschnitt gestaltet sind und auf gegenüberliegenden Seiten der Torsions­ stabfeder 8 wieder in Richtung des primären Wellenteiles 2 zurückerstreckt sind. An ihren freien Stirnenden tragen die beiden Biegefederschenkel 9 jeweils einen Keilsteg 7, die gemeinsam ei­ nen in den Keilwellenprofilabschnitt der Hohlwelle 1 eingreifen­ den Keilstegprofilabschnitt 7 bilden. Beim dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel ist das Federblechbauteil 6 aus einem 5 mm dicken Federstahlblech hergestellt, wobei die Torsionsstabfeder 8 einen quadratischen Querschnitt und die Biegefederschenkel 9 einen rechteckigen Querschnitt mit ca. 4 mm Breite aufweisen (Fig. 3). Das Federblechbauteil 6 weist einen plattenartigen Verankerungs­ abschnitt auf, der in dem Haltefortsatz 10 mittels eines Nietes festgelegt ist.

Im montierten Zustand innerhalb der Hohlwelle 1 wird das Feder­ blechbauteil 6 um einen Verdrehwinkel α, der beim vorliegenden Ausführungsbeispiel 7,5° beträgt, relativ zum primären Wellen­ teil 2 verdreht angeordnet (Fig. 2 und 5). Dabei sind die beiden Keilstege 7 der Biegefederschenkel 9 in zur Drehachse gegenüber­ liegenden Keilnuten des Keilwellenprofilabschnittes 4 abge­ stützt. Die Keilstege 7 stützen sich somit an gleichgerichteten Flanken der Verzahnung des Keilwellenprofilabschnittes 4 der Hohlwelle 1 ab. Der Keilwellenprofilabschnitt 5 hingegen stützt sich an entsprechenden Gegenflanken des Keilwellenprofilab­ schnittes 4 ab. Durch die Verdrehung um den Verdrehwinkel α wird auf den primären Wellenteil 2 aufgrund der entsprechenden Vor­ spannung durch das Federblechbauteil 6, bei dem die Biegefeder­ schenkel 9 und die Torsionsstabfeder 8 in Reihe wirken, ein Drehmoment von 7 Nm ausgeübt. Bei einem Wechsel der Drehrichtung und einem entsprechend umgekehrten Anliegen des Keilwellenpro­ filabschnittes 5 an den gegenüberliegenden Flanken des Keilwel­ lenprofilabschnittes 4 der Hohlwelle 1 erfolgt zwar ein Über­ drücken des vorgespannten Drehmomentes, wobei dieser Flanken­ wechsel jedoch nicht als "Spiel" spürbar ist, da aufgrund der durch die Torsionsstabfeder 8 und die Biegefederschenkel 9 ge­ bildete Federschenkelanordnung das Momentniveau erhalten bleibt.

Claims (8)

1. Lenksäule für ein Kraftfahrzeug mit einer äußeren Hohlwelle und wenigstens einem innenliegenden Wellenteil, wobei die Hohl­ welle und der innenliegende Wellenteil mittels einander zuge­ wandter Keilwellenprofilabschnitte axial zueinander teleskopar­ tig verschiebbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß an einem Stirnende des innenliegenden, primären Wellenteiles (2) ein sekundärer Keilstegprofilabschnitt (7) unter Zwischen­ schaltung einer Torsionsstabfeder (8) angefügt ist, der gegen­ über dem innenliegenden, primären Wellenteil (2) derart in Dreh­ richtung versetzt montiert ist, daß die Torsionsstabfeder (8) unter definierte Vorspannung gesetzt ist.

2. Lenksäule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der sekundäre Keilstegprofilabschnitt (7) mit der Torsions­ stabfeder (8) über einen Rückführabschnitt (9), der sich von ei­ nem abliegenden Ende der Torsionsstabfeder (8) axial in Richtung des innenliegenden Wellenteiles (2) zurückerstreckt, verbunden ist.

3. Lenksäule nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückführabschnitt durch zwei Biegefederschenkel (9) ge­ bildet ist, die gabelartig die Torsionsstabfeder (8) auf gegen­ überliegenden Seiten flankieren.

4. Lenksäule nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der freien Enden der Biegefederschenkel (9) je­ weils ein radial nach außen abragender Keilsteg (7) positioniert ist.

5. Lenksäule nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegefederschenkel (9) einschließlich ihrer Keilstege (7) und die Torsionsstabfeder (8) als gemeinsames, einteiliges Bauteil aus einem Federstahlblech gestaltet sind.

6. Lenksäule nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegefederschenkel (9) und die Torsionsstabfeder (8) derart gestaltet sind, daß sie in Reihe wirken und bei einem Verdrehwinkel von 5° bis 10° relativ zum primären Wellenteil (2) ein vorgespanntes Drehmoment zwischen 6 Nm und 8 Nm erzeugen.

7. Lenksäule nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der als Torsionsstabfeder (8) gestaltete mittlere Federab­ schnitt des Federblechbauteiles (6) einen quadratischen Quer­ schnitt aufweist.

8. Lenksäule nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegeschenkel (9) jeweils einen rechteckigen Querschnitt mit zum mittleren Federabschnitt (8) gleicher Dicke aufweisen.