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Dokumentenidentifikation DE102009051107B3 28.04.2011
Titel Lager zur drehbaren Lagerung einer Lenkspindel
Anmelder ThyssenKrupp Presta AG, Eschen, LI
Erfinder Oertle, Max, Mauren, LI;
Sulser, Hansjörg, Gamprin, LI
Vertreter Vonnemann, Kloiber & Kollegen, 87437 Kempten
DE-Anmeldedatum 28.10.2009
DE-Aktenzeichen 102009051107
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 28.04.2011
Veröffentlichungstag im Patentblatt 28.04.2011
IPC-Hauptklasse F16C 35/06  (2006.01)  A,  F,  I,  20100426,  B,  H,  DE
IPC-Nebenklasse F16C 19/16  (2006.01)  A,  L,  I,  20100426,  B,  H,  DE
B62D 1/16  (2006.01)  A,  L,  I,  20100426,  B,  H,  DE
Zusammenfassung Ein Lager zur drehbaren Lagerung einer Lenkspindel (12) einer Lenksäule für ein Kraftfahrzeug gegenüber einem Mantelrohr (13) der Lenksäule umfasst einen gegenüber der Lenkspindel (12) festzusetzenden Innenring (17), einen gegenüber dem Mantelrohr (13) festzusetzenden Außenring (21) und zwischen dem Innenring (17) und dem Außenring (21) ablaufende Wälzkörper (22), wobei der Innenring (17) einen Laufbahnabschnitt (18), der eine Laufbahn (25) für die Wälzkörper (22) ausbildet und eine zentrale Längsachse (24) des Lagers (14) umgibt, und einen Montageabschnitt (19) aufweist, der einteilig mit dem Laufbahnabschnitt (18) ausgebildet ist und ein erstes der beiden axialen Enden (26, 27) des Innenrings (17) bildet und über den der Innenring (17) auf der Lenkspindel (12) montierbar ist. Der Innenring (17) weist weiters einen Sicherungsabschnitt (20) auf, der einteilig mit dem Laufbahnabschnitt (18) ausgebildet ist und das zweite der beiden axialen Enden (26, 27) des Innenrings (17) bildet, wobei sich der Sicherungsabschnitt (20) zum zweiten axialen Ende (27) des Innenrings (17) hin der zentralen Längsachse (24) annähert und am zweiten axialen Ende (27) des Innenrings (17) eine Kante (29) zum Zusammenwirken mit der Lenkspindel (12) aufweist.

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf ein Lager zur drehbaren Lagerung einer Lenkspindel einer Lenksäule für ein Kraftfahrzeug gegenüber einem Mantelrohr der Lenksäule umfassend einen gegenüber der Lenkspindel festzusetzenden Innenring, einen gegenüber dem Mantelrohr festzusetzenden Außenring und zwischen dem Innenring und dem Außenring ablaufende Wälzkörper, wobei der Innenring einen Laufbahnabschnitt, der eine Laufbahn für die Wälzkörper ausbildet und eine zentrale Längsachse des Lagers umgibt, und einen Sicherungsabschnitt aufweist, der einteilig mit dem Laufbahnabschnitt ausgebildet ist und eines der beiden axialen Enden des Innenrings bildet, wobei sich der Sicherungsabschnitt zum von ihm gebildeten Ende des Innenrings hin der zentralen Längsachse annähert und an diesem axialen Ende des Innenrings eine Kante zum Zusammenwirken mit der Lenkspindel aufweist.

Lenksäulen für Kraftfahrzeuge sind in unterschiedlichen Ausführungsformen bekannt. Solche Lenksäulen können unverstellbar oder in ihrer Länge und/oder Höhe bzw. Neigung verstellbar ausgebildet sein. Eine verstellbare Lenksäule für ein Kraftfahrzeug geht beispielsweise aus der DE 10 2005 034 952 B3 hervor. Im geschlossenen Zustand eines Spannmechanismus wird eine Manteleinheit, die einen an das lenkradseitige Ende anschließenden Abschnitt der Lenkspindel drehbar lagert, unverstellbar gegenüber einer chassisfesten Trageinheit gehalten. Die Halterung erfolgt hierbei durch Reibschluss. Zur Erhöhung der Anzahl der Reibflächen sind auch verstellbare Lenksäulen mit nach Art einer Lamellenkupplung zusammenwirkenden Lamellen bekannt geworden. Bei anderen Ausführungsformen von Lenksäulen erfolgt die Halterung gegen eine Verstellung formschlüssig.

Aus der US 6,513,984 B1 geht die Lagerung einer Welle hervor, die von der Lenkspindel eines Kraftfahrzeugs gebildet wird, wobei die Axialpositionierung des Wälzlagers durch Sicherungsringe, die beidseits angeordnet und in Nuten der Welle eingesetzt sind, sichergestellt wird. Nachteilig ist, dass für die Sicherungsringe entsprechende Nuten vorgesehen sein müssen. Diese Nuten bedingen eine Wandstärkenerhöhung der Welle, damit das notwendige Drehmoment übertragen werden kann. Weiters besitzt diese Anordnung den Nachteil, dass die Lagerung nicht axial vorgespannt werden kann.

Die EP 1 408 247 B1 offenbart eine Lagerung einer Welle, insbesondere einer Lenkspindel für ein Kraftfahrzeug, bei der die Laufringe des in Form eines Schrägkugellagers ausgebildeten Wälzlagers von Blechschalen gebildet werden. Um eine Spielfreiheit der Lagerung zu erreichen sind erste und zweite axial beabstandete Schrägkugellager vorhanden, deren Laufringe mittels einer Feder in axialer Richtung der Welle gegeneinander verspannt werden. Zur axialen Halterung der Innenringe gegenüber der Welle sind Sicherungsringe vorgesehen. Die Innenringe werden mit Hilfe von Toleranzringen auf der Welle befestigt. Durch die Verwendung von Toleranzringen kann die erforderliche Nacharbeit an der Welle reduziert werden. Diese Anordnung ist aufwendig und besteht aus sehr vielen Einzelteilen.

Aus der DE 103 37 021 A1 geht ein Lager zur Lagerung einer Lenkwelle eines Kraftfahrzeuges hervor, das einen Innenring besitzt, der als Massivring ausgebildet ist und in seiner Aufnahmebohrung mit einer Innenverzahnung versehen ist. Mit seiner Innenverzahnung wird der Innenring auf die Lenkwelle aufgepresst. Dieser Innenring übernimmt auch die bisherige Funktion des Toleranzringes, gleicht also auch Fertigungsungenauigkeiten zwischen dem Innenring und der Welle aus. Damit der Innenring an die vorgesehene Position aufgeschoben werden kann, wird es erforderlich sein, die Welle in diesem Bereich mit einem Ansatz (= ein Abschnitt eines größeren Durchmessers) auszubilden. Andernfalls würde es zu einer Verformung der oder Abschabungen auf der Welle über den gesamten axialen Weg des Aufschiebens kommen. Die Ausbildung eines solchen Ansatzes bedingt einen zusätzlichen Herstellungsaufwand für die Welle. Auch die Ausbildung eines Lagerinnenrings mit einer Innenverzahnung bedingt einen erhöhten Herstellungsaufwand. Auch muss der Lagerinnenring speziell gefertigt werden und für diese Anordnung ist kein Standardlager einsetzbar. Da ein Lagerinnenring üblicherweise gehärtet ist, graben sich die Zähne der Verzahnung im Wesentlichen in das Material der Lenkwelle ein, ohne selbst umgeformt zu werden, was Nachteile beinhaltet.

Versuche haben gezeigt, dass es beim aus der DE 103 37 021 A1 bekannten Lager im Crashfall dazu kommen kann, dass das Lager auf der Welle in axialer Richtung durchrutscht, sodass keine kontrollierte Energieabsorption zwischen einem Mantelrohr, das die Lenkspindel drehbar über das Lager hält, und einer karosseriefesten Halterung der Lenksäule erfolgen kann.

Die US 5,531,526 A offenbart die Lagerung einer Lenkspindel gegenüber einem Mantelrohr durch ein erstes und ein zweites Lager. Beim näher beim Lenkrad gelegenen Lager stützt sich der Innenring an einem zusätzlichen, unverschiebbar gegenüber der Lenkspindel gehaltenen Haltering ab. Das vom Lenkrad weiter entfernt gelegene Lager ist über eine relativ komplizierte Anordnung zwischen dem Mantelrohr und der Lenkspindel gehalten, wobei an dieses Lager auch andere Anforderungen gestellt sind als an das näher beim Lenkrad gelegene Lager.

Eine weitere Lagerung einer Welle, insbesondere einer Lenkspindel, mittels ersten und zweiten Lager geht aus der DE 40 13 655 C2 hervor. Auch hier ist der Innenring des näher beim Lenkrad gelegenen Lagers von einem zusätzlichen Sicherungsring, der gegenüber der Lenkspindel axial unverschiebbar gehalten ist, axial abgestützt.

Ein Lager der eingangs genannten Art geht aus der DE 10027513 A1 hervor. Ein Problem ist hier die Übertragung von Biegekräften auf den Laufbahnabschnitt, wodurch die Laufeigenschaften des Lagers beeinträchtigt werden.

Aus der DE 69702541 T2 geht ein Lager hervor, bei dem der Innenring des Lagers auf einem Ausgleichsring aufliegt, der in Berührung mit der Lenkspindel steht. Der Ausgleichsring ist durch einen Sicherungsring gegen eine axiale Verschiebung auf der Lenkspindel gesichert. Eine ähnliche Ausbildung geht auch aus der DE 10300725 A1 hervor. Anstelle eines massiven Ausgleichsrings ist hier ein von einem gebogenen Blech gebildetes Zwischenelement vorgesehen, welches den Innenring des Lagers abstützt und das von einem Sicherungsring gegen eine axiale Verschiebung gegenüber der Lenkspindel gesichert ist. Das Zwischenelement liegt beidseitig (bezogen auf die axiale Erstreckung der Lenkspindel) des Innenrings an der Lenkspindel an.

Eine weitere Lagerung einer Lenkwelle, wie sie durch Vorbenutzung bekannt ist, wird zu Beginn der Figurenbeschreibung im Einzelnen beschrieben.

Aufgabe der Erfindung ist es ein Lager zur einfachen und kostengünstigen Lagerung einer Lenkspindel einer Lenksäule für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, das einerseits ein leichtgängiges Drehen der Lenkspindel ermöglicht und durch das andererseits eine ausreichende Haltefunktion gegenüber einer auf das Lenkrad in Richtung zur Fahrzeugfront ausgeübten Kraft, insbesondere bewirkt durch den Aufprall des Fahrers im Falle eines Fahrzeugcrashs, erreicht werden kann. Erfindungsgemäß gelingt dies durch ein Lager mit den Merkmalen des Anspruchs 1. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung dargestellt.

Beim Lager entsprechend der Erfindung weist der, vorzugsweise in Form eines Blechumformteils ausgebildete, Innenring zusätzlich zum Laufbahnabschnitt und zum Montageabschnitt einen Sicherungsabschnitt auf, wobei der Laufbahnabschnitt, Montageabschnitt und Sicherungsabschnitt miteinander einteilig ausgebildet sind. Hierbei bildet der Montageabschnitt das erste axiale Ende, das auch als Montageende bezeichnet werden kann, des Innenrings und der Sicherungsabschnitt das gegenüberliegende zweite axiale Ende, das auch als Sicherungsende bezeichnet werden kann, des Innenrings. Der Montageabschnitt und der Sicherungsabschnitt liegen also auf axial gegenüberliegenden Seiten des dazwischen liegenden Laufbahnabschnitts. Der in einem Längsmittelschnitt (= parallel zur zentralen Längsachse und durch diese verlaufender Schnitt) durch den Innenring gesehene Verlauf des Sicherungsabschnitts (vorzugsweise in jedem beliebigen Längsmittelschnitt durch den Innenring) ist so, dass sich der Sicherungsabschnitt in Richtung zum zweiten axialen Ende, dem Sicherungsende, des Innenrings hin der zentralen Längsachse annähert. Am Sicherungsende des Innenrings bildet der Sicherungsabschnitt eine zur Lenkspindel gerichtete und im montierten Zustand des Lagers an der äußeren Oberfläche der Lenkspindel anliegende Kante zum Zusammenwirken mit der Lenkspindel aus. Durch diese Kante wird einer Verschiebung der Lenkspindel durch eine auf das lenkradseitige Ende der Lenkspindel in Richtung zur Fahrzeugfront einwirkenden Kraft entgegengewirkt, insbesondere dadurch, dass sich die Kante in die äußere Oberfläche der Lenkspindel, zumindest bei beginnender Verschiebung, eingräbt. Dadurch wird erreicht, dass sich im Crashfall die Lenkspindel nicht gegenüber dem Mantelrohr verschiebt.

Diese Kante ist vorzugsweise zwischen einer ebenen stirnseitigen Schmalfläche des Innenrings und der zur zentralen Längsachse gerichteten Innenfläche des Innenrings ausgebildet. Diese Kante ist in einer bevorzugten Ausführungsform einfach durch das Stanzen des Blechs, aus dem der Innenring hergestellt ist, hergestellt.

Vorteilhafterweise weist eine Tangente, die in einem Längsmittelschnitt des Innenrings, vorzugsweise in jedem das Material des Sicherungsabschnitts durchsetzenden Längsmittelschnitt, an die Innenfläche des Innenrings beim Sicherungsende des Innenrings angelegt wird, gegenüber der zentralen Längsachse einen Winkel im Bereich von 15° bis 60° auf. Ein Winkel im Bereich von 15° bis 40° ist besonders bevorzugt. Am Sicherungsende besitzt der Innenring vorteilhafterweise eine ebene stirnseitige Schmalfläche, die einen Winkel im Bereich von 90° +/– 20° mit dieser Tangente einschließt. Besonders bevorzugt ist es, wenn der Winkel, der zwischen der stirnseitigen Schmalfläche am Sicherungsende und der zentralen Längsachse des Innenrings gemessen wird, 70° bis 90° beträgt.

Der Sicherungsabschnitt ist mit dem Montageabschnitt über einen Zwischenabschnitt verbunden, wobei der Innenring des Lagers im auf die Lenkspindel montierten Zustand nur an zwei Stellen an der Lenkspindel anliegt, nämlich im Montageabschnitt und bei der Kante des Sicherungsabschnitts.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnung erläutert. In dieser zeigen:

1 eine in einem Mantelrohr drehbar gelagerte Lenkspindel gemäß dem Stand der Technik, in Schrägsicht;

2 eine Explosionsdarstellung der Anordnung von 1;

3 einen vergrößerten Längsmittelschnitt eines Teils der Anordnung von 1 im Bereich des näher beim lenkradseitigen Ende gelegenen Lagers;

4 eine Explosionsdarstellung einer mittels eines erfindungsgemäßen Lagers in einem Mantelrohr gelagerten Lenkspindel;

5 einen Längsmittelschnitt durch die Anordnung von 4;

6 ein vergrößertes Detail A von 5;

7 einen Längsmittelschnitt durch ein in der Anordnung von 4 eingesetztes erfindungsgemäßes Lager;

8 eine Schrägsicht des Lagers von 7;

9 einen vergrößerten Abschnitt des Innenrings im Längsmittelschnitt;

10, 11 und 12 Ausführungsvarianten der Befestigung des Innenrings auf der Lenkspindel;

13 eine Schrägsicht einer möglichen Ausführungsform einer Lenksäule mit einer in erfindungsgemäßer Weise gelagerten Lenkspindel;

14 die Lenksäule von 13 in auseinandergezogener Darstellung von Teilen der Lenksäule.

Im Folgenden wird zunächst anhand der 1 bis 3 eine herkömmliche Lagerung einer Lenkspindel 1 in einem Mantelrohr 2 erläutert. Es sind hierzu ein Lager 3 und ein Zusatzlager 4 vorgesehen, wobei das Zusatzlager vom lenkradseitigen Ende der Lenkspindel weiter entfernt liegt als das Lager 3. Das Lager 3 und das Zusatzlager 4 sind in Form von Schrägkugellagern ausgebildet. Zur axialen Halterung des Lagers 3 dient ein durch Aufpressen auf die Lenkspindel 1 an dieser gehaltener Haltering 5, an den ein Federring 6 anschließt, der mit einem Kunststoffring 7 zusammenwirkt, auf dem der Innenring 8 des Lagers 3 angeordnet ist und der zum Toleranzausgleich zwischen der Lenkspindel 1 und dem Innenring 8 dient. Der Außenring 9 ist am Mantelrohr 2 gehalten. Durch den Federring 6 wird der verschiebbar auf der Lenkspindel 1 angeordnete Kunststoffring 7 in Richtung zum Zusatzlager 4 beaufschlagt.

Das Zusatzlager 4 umfasst ebenfalls einen Außenring und einen Innenring mit dazwischen angeordneten Wälzkörpern, wobei der Innenring wiederum auf einem Kunststoffring 10 angeordnet ist, der zum Toleranzausgleich zwischen der Lenkspindel 1 und dem Innenring des Zusatzlagers 4 dient. Der Kunststoffring 10 und damit das Zusatzlager 4 ist axial mittels eines auf der Lenkspindel 1 aufgepressten Halterings 11 positioniert. Durch den das Lager 3 beaufschlagenden Federring 6 sind das Lager 3 und Zusatzlager 4 axial vorgespannt.

Ein Ausführungsbeispiel für eine Lagerung einer Lenkspindel 12 gegenüber einem Mantelrohr 13 mittels eines erfindungsgemäßen Lagers 14 und eines Zusatzlagers 15, welches vom lenkradseitigen Ende 16 der Lenkspindel 12 weiter entfernt liegt als das Lager 14, wird im Folgenden anhand der 4 bis 10 erläutert. Mit Vorzug sind die beiden Lager 14, 15 an den beiden Endbereichen des Mantelrohrs 13 angeordnet.

Das Lager 14 umfasst einen Innenring 17, der die weiter unten noch genauer beschriebenen Abschnitte in Form eines Laufbahnabschnitts 18, eines Montageabschnitts 19 und eines Sicherungsabschnitts 20 und weiters einen Zwischenabschnitt 28 umfasst. Der Innenring mit seinem Laufbahnabschnitt 18, Montageabschnitt 19 und Sicherungsabschnitt 20 und dem weiters vorhandenen Zwischenabschnitt 28 ist insgesamt einstückig ausgebildet.

Der Innenring ist als Blechumformteil ausgebildet.

Das Wälzlager umfasst weiters einen Außenring 21, der hier ebenfalls in Form eines Blechumformteils ausgebildet ist und vom Mantelrohr 13 gegen ein Verdrehen gehalten und axial positioniert ist. Die Halterung des Außenrings 21 am Mantelrohr 13 kann beispielsweise durch Eingriff eines umgebördelten Abschnitts in eine Nut des Mantelrohrs 13 oder auch in herkömmlicher Weise wie in 3 dargestellt erfolgen.

Zwischen dem Innenring 17 und dem Außenring 21 laufen die Wälzkörper 22, hier Kugeln ab. Die Wälzkörper 22 sind in einem Käfig 23 gehalten. Je nach Ausbildung des Lagers 14 kann ein solcher Käfig 23 auch entfallen.

Das Lager 14 ist als Schrägkugellager ausgebildet. Der Einsatz von anderen Wälzlagern, insbesondere Schrägwälzlagern ist denkbar und möglich.

Der Laufbahnabschnitt 18 des Innenrings 17, der die zentrale Längsachse 24 des Lagers 14, die mit der zentralen Längsachse 24 der Lenkspindel 12 zusammenfällt, bezogen auf einen Querschnitt rechtwinkelig zur zentralen Längsachse 24 kreisringförmig umgibt, bildet mit seiner äußeren (= von der zentralen Längsachse 24 abgewandten) Oberfläche die Laufbahn 25 für die Wälzkörper 22.

An den Laufbahnabschnitt 18 schließt auf einer Seite der Montageabschnitt 19 an. Dieser bildet das erste axiale Ende, das Montageende 26 des Innenrings 17. Bezogen auf die axiale Erstreckung des Innenrings 17 überlappen sich der Laufbahnabschnitt 18 und der Montageabschnitt 19 nicht, diese liegen also bezogen auf die axiale Erstreckung nebeneinander, vorzugsweise unmittelbar aneinander anschließend.

Auf der axial gegenüberliegenden Seite des Laufbahnabschnitts 18 liegt der Sicherungsabschnitt 20. Dieser bildet das zweite axiale Ende 27 des Innenrings 17 und nähert sich, wenn man seinen im Längsmittelschnitt gesehenen Verlauf in Richtung zum zweiten axialen Ende, dem Sicherungsende 27 hin betrachtet, über seinen gesamten Verlauf der zentralen Längsachse 24 an. Bezogen auf die axiale Erstreckung des Innenrings 17 überlappen der Laufbahnabschnitt 18 und der Sicherungsabschnitt 20 nicht, liegen also bezogen auf die axiale Erstreckung des Innenrings 17 nebeneinander, und zwar unter Zwischenschaltung eines Zwischenabschnitts 28.

Die axiale Stelle, an der der Laufbahnabschnitt 18 endet und der Zwischenabschnitt 28 beginnt, ist durch den Wendepunkt der Krümmung definiert, den die äußere Oberfläche des Innenrings 17 im Längsmittelschnitt gesehen besitzt.

Ausgehend vom Übergangspunkt zwischen dem Laufbahnabschnitt 18 und dem Zwischenabschnitt 28 erstreckt sich der Laufbahnabschnitt 18 über eine dem Durchmesser der Wälzkörper 22 entsprechende Bogenlänge in Richtung zum Montageende 26. Am Ende dieser Erstreckung beginnt der Montageabschnitt 19.

Der Beginn des Montageabschnitts 19 könnte alternativ auch dahingehend durch die axiale Stelle der äußeren Oberfläche des Innenrings 17 definiert werden, an welcher der im Längsmittelschnitt gesehene Radius der äußeren Oberfläche des Innenrings 17 den 1,5-fachen Wert des Radius der Wälzkörper 22 überschreitet.

Vorzugsweise ist die im Längsmittelschnitt durch den Innenring 17 gesehene axiale Erstreckung des Zwischenabschnitts 28 größer als die axiale Erstreckung des Laufbahnabschnitts 18.

Durch die Zwischenschaltung eines Zwischenabschnitts 28 zwischen dem Laufbahnabschnitt 18 und dem Montageabschnitt 19 ist der axiale Abstand des zweiten axialen Endes 27 von der axialen Mitte des Laufbahnabschnitts 18 größer als der Abstand des ersten axialen Endes 26 von dieser Mitte des Laufbahnabschnitts 18.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel verläuft der Zwischenabschnitt 28 im Längsmittelschnitt durch den Innenring 17 gesehen über den größten Teil seiner Erstreckung, insbesondere über mehr als 70% seiner Erstreckung, parallel zur zentralen Längsachse 24. Eine solche Ausrichtung des Zwischenabschnitts 28 parallel zur zentralen Längsachse 24, vorzugsweise jedoch eine zumindest mit einer Abweichung zur parallelen Lage von weniger als 20° ausgerichtete Ausrichtung, ist bevorzugt. Nur in dem Teil des Zwischenabschnitts 28, der an den den Laufbahnabschnitt 18 begrenzenden Wendepunkt der Krümmung der äußeren Oberfläche des Innenrings 17 anschließt, verläuft der Zwischenabschnitt 28 nicht zumindest annähernd parallel zur zentralen Längsachse 24. Die entsprechenden Bögen ergeben sich aus der umformtechnischen Herstellung des Innenrings 17.

Andere Ausbildungen, beispielsweise eine im Längsmittelschnitt gesehene bogenförmige Ausbildung ist aber denkbar und möglich.

Im montierten Zustand des Lagers 14 auf der Lenkspindel 12 liegt der Montageabschnitt 19 unter Vorspannung an der äußeren Oberfläche der Lenkspindel 12 an, wodurch das Lager 14 verdrehgesichert auf der Lenkspindel 12 gehalten ist. Auch eine erste Halterung gegen eine axiale Verschiebung auf der Lenkspindel 12 ist dadurch gegeben.

Um Toleranzen in der Ausbildung der Lenkspindel 12 aufnehmen zu können, nähert sich der Montageabschnitt 19 zumindest über einen Teil seines im Längsmittelschnitt durch den Innenring 17 gesehenen Verlaufs, der vom Laufbahnabschnitt 18 ausgeht und bis zum Montageende 26 reicht, der zentralen Längsachse 24 an.

Der Sicherungsabschnitt 20 liegt im auf der Lenkspindel 12 montierten Zustand des Lagers 14 am Sicherungsende 27 des Innenrings 17 mit einer Kante 29 an der äußeren Oberfläche 12 der Lenkspindel an. Es wird dadurch eine zusätzliche axiale Halterung gegen eine Verschiebung der Lenkspindel 12 gegenüber dem Lager 14, und somit gegenüber dem Mantelrohr 13, ausgebildet, wenn auf das lenkradseitige Ende 16 der Lenkspindel 12 eine Kraft einwirkt, welche zumindest eine Komponente aufweist, die parallel zur zentralen Längsachse 24 gerichtet ist, wobei sie zur Fahrzeugfront weist. Eine solche Kraft (bzw. Kraftkomponente) 30 ist in 5 eingezeichnet.

Bei Einwirken einer solchen Kraft 30 gräbt sich die scharfkantig ausgebildete Kante 29 in die äußere Oberfläche der Lenkspindel 12 ein, sodass es, zumindest nach einer beginnenden anfänglichen Verschiebung, zu einer formschlüssigen Halterung gegen eine Verschiebung der Lenkspindel 12 gegenüber dem Innenring 17 kommt.

Die Kante 29 ist zwischen der stirnseitigen Schmalfläche 31 und der der zentralen Längsachse 24 zugewandten Innenfläche 32 des Innenrings 17 ausgebildet. Günstigerweise schließt hierbei eine im Längsmittelschnitt des Innenrings 17 an die Innenfläche 32 des Innenrings 17 beim Sicherungsende 27 angelegte Tangente 33 (vgl. 9) mit der zentralen Längsachse 24 einen Winkel 34 ein, der im Bereich von 15° bis 60° liegt, wobei ein Wert im Bereich von 15° bis 40° besonders bevorzugt ist. Der Winkel 58 zwischen der stirnseitigen Schmalfläche 31 und der Innenfläche 32 bzw. der Tangente 33, dies ist also der Öffnungswinkel der beiden an die Kante 29 anschließenden Flächen (wiederum bezogen auf den Längsmittelschnitt), liegt beispielsweise im Bereich von 70° bis 110°, wobei ein Bereich von 70° bis 90° bevorzugt ist.

Zusätzliche Maßnahmen zur axialen Sicherung des Lagers 14 gegenüber der Lenkspindel 12 in Form von separaten, an der Lenkspindel 12 befestigten Teilen, beispielsweise eines zusätzlichen separaten Sicherungsrings, sind vorteilhafterweise nicht erforderlich.

Vorzugsweise ist der Sicherungsabschnitt 20 im Längsmittelschnitt gesehen gebogen ausgebildet, wobei sich der Winkel zwischen einer an seine Innenfläche 32 angelegten Tangente und der zentralen Längsachse 24 zum Sicherungsende 27 hin verringert.

Der Sicherungsabschnitt 20 ist mit dem Zwischenabschnitt 28 günstigerweise über eine Abwinkelung von mindestens 45°, vorzugsweise von mehr als 70° verbunden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt diese Abwinkelung etwa 90°. Der Radius der Abwinkelung liegt hierbei vorteilhafterweise unter 1,0 mm, besonders bevorzugt unter 0,5 mm. Auch in diesem Fall sind die umformtechnischen Grenzen zu berücksichtigen und ausreichend. Durch diese Abwinkelung wird eine Schwächung ausgebildet, durch die die Übertragung von auf den Sicherungsabschnitt 20 wirkenden Kräften, entsprechend der Kraft 30, auf den Zwischenabschnitt 28 verringert wird.

Durch die relativ lange Ausbildung des Zwischenabschnitts 28 können auf ihn durch eine einwirkende Kraft 30 übertragene Kräfte eine Biegung des Zwischenabschnitts 28 bewirken, wodurch eine Übertragung auf den Laufbahnabschnitt 18 verringert wird. Gute Laufeigenschaften des Lagers 14 können dadurch auch bei einwirkenden Kräften 30 beibehalten werden.

Auch die Abwinkelung im vom Sicherungsende 27 entfernt gelegenen Endabschnitt des Zwischenabschnitts 28 stellt eine Schwächung dar, durch die eine Übertragung von Kräften auf den Laufbahnabschnitt 18 verringert wird.

Zur Erhöhung der elastischen Biegbarkeit des Sicherungsabschnitts 20 sind mehrere, in Umfangsrichtung des Innenrings voneinander beabstandete, vorzugsweise gleichmäßig beabstandete, Ausnehmungen 35 vorhanden, die vom Sicherungsende 27 ausgehen und sich in axialer Richtung erstrecken und von denen zwischen den Ausnehmungen 35 liegende Zungen 36 des Sicherungsabschnitts 20 ausgebildet werden. Die Zungen 36 können sich über einen Teil der Erstreckung des Sicherungsabschnitts 20 oder, wie dargestellt über den gesamten Sicherungsabschnitt 20 erstrecken, wobei sie auch in den Zwischenabschnitt 28 hineinreichen können.

Zur Erhöhung der elastischen Biegbarkeit des Montageabschnitts 19 sind mehrere, in Umfangsrichtung des Innenrings 17 voneinander beabstandete, vorzugsweise gleichmäßig beabstandete, Ausnehmungen 37 vorhanden, die vom Montageende 26 des Innenrings 17 ausgehen und sich in axialer Richtung erstrecken und von denen zwischen diesen Ausnehmungen 37 liegende Zungen des Montageabschnitts 19 ausgebildet werden. Die Zungen 38 können sich über die gesamte axiale Ausdehnung des Montageabschnitts 19 oder, wie dargestellt, nur über einen Teil von dessen axialer Ausdehnung erstrecken.

Durch Abknicken bzw. Falten sind im Bereich des Montageabschnitts zwei oder mehr linienförmige Schwächungen 39 ausgebildet, die kreisförmig um die zentrale Längsachse umlaufen. Die sich dadurch im zentralen Längsmittelschnitt ausbildenden Abwinkelungen bzw. Krümmungen sind nur gering (z. B. < 10°). Eine Übertragung von auf den Innenring 17 im Bereich des Montageabschnitts 19 einwirkenden Biegekräften auf den Laufbahnabschnitt 18 wird dadurch verringert.

Um eine ausreichende Härte der Laufbahn 25 des Innenrings 17 zu erreichen, wird der Innenring 8 gehärtet, vorzugsweise einsatzgehärtet. Eine solche Härtung erfolgt günstigerweise, nachdem die Umformoperationen des Blechs zur Ausbildung der Form des Innenrings durchgeführt worden sind. Durch ein solches Einsatzhärten kommt es im Bereich der Kante 29 automatisch zu einer größeren Härte als sie beispielsweise im bezogen auf seinen Verlauf, wie er sich im Längsmittelschnitt darstellt, mittleren Bereich des Montageabschnitts 19 oder im Bereich des Zwischenabschnitts 28 vorliegt.

Die Wandstärke des den Innenring 17 bildenden geformten Blechs kann beispielsweise im Bereich von 0,7 bis 1,2 mm, vorzugsweise etwa im Bereich von 0,9 mm liegen.

Das Zusatzlager 15, das vom lenkradseitigen Ende 16 weiter entfernt liegt als das Lager 14, umfasst einen Innenring 40, der gegenüber der Lenkspindel 12 unverdrehbar gehalten ist und axial positioniert ist, einen Außenring 21, der gegenüber dem Mantelrohr 13 unverdrehbar gehalten und axial positioniert ist und zwischen diesen abrollende Wälzkörper 42, hier Kugeln. Die Wälzkörper 42 können günstigerweise in einem Käfig angeordnet sein. Zwischen dem Innenring 40 und der Lenkspindel 12 ist ein Zwischenring 29 angeordnet, der vorzugsweise aus Kunststoff ausgebildet ist. Über diesen Zwischenring 43 werden auch Toleranzen der Lenkspindel 12 ausgeglichen.

Das Zusatzlager 15 ist in Form eines Schrägkugellagers ausgebildet. Der Einsatz von anderen Wälzlagern, insbesondere Schrägwälzlagern ist denkbar und möglich.

Zur axialen Vorspannung des Zusatzlagers 15 und Lagers 14 dient ein hier in Form eines Federrings ausgebildetes Federelement 44. Dieses greift am Zwischenring 28 an dessen vom Lager 14 abgewandten Stirnseite an und stützt sich andererseits an einem Haltering 45 ab, der axial unverschiebbar gegenüber der Lenkspindel 12 ist, vorzugsweise auf diese aufgepresst ist.

Unterschiedliche Modifikationen in der Ausbildung des Zusatzlagers 15 und/oder in der axialen Vorspannung des Lagers 14 und Zusatzlagers 15 mittels eines Federelements sind denkbar und möglich.

Bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel ist der Innenring 17 des Lagers 14 mit seinem Montageabschnitt 19 auf eine ebene äußere Oberfläche der Lenkspindel 12 aufgepresst. 10 zeigt eine Modifikation dahingehend, dass der Montageabschnitt 19 auf Materialerhebungen 46 der Lenkspindel aufgepresst ist. Diese sind an der äußeren Oberfläche der Lenkspindel 12 ausgebildet, vorzugsweise durch Umformung der Lenkspindel 12 unter Aufweitung des Durchmessers der Lenkspindel 12 im Bereich dieser Materialerhebungen 46.

Die Materialerhebungen 46 können beispielsweise von einer Rollierung gebildet werden. Auf diese Weise können in Form von umlaufenden Stegen, Wülsten oder Zähnen ausgebildete Materialerhebungen ausgebildet werden. Auch in anderer Form ausgebildete Materialerhebungen 46, insbesondere durch Umformung der Lenkspindel 12 und eine hierbei erfolgende Aufweitung der Lenkspindel 12 sind denkbar und möglich, beispielsweise in Form von Rändeln, Diamanträndeln usw..

Der Außendurchmesser der Lenkspindel 12 im Bereich einer jeweiligen Materialerhebung 46 ist vor dem Aufpressen des Innenrings 17 größer als der Innendurchmesser des Innenrings 17. Die Materialerhebungen 46, auf die der Innenring 17 aufgepresst ist und die unterhalb des Innenrings 17 liegen, sind beim Aufpressen des Innenrings 17 verformt worden.

Zusätzlich zu den Materialerhebungen 46 ist die Lenkspindel in einem zu ihrem lenkradseitigen Ende 16 axial anschließenden Abschnitt ihrer Längserstreckung mit Materialerhebungen 47 einer gegenüber der Höhe der Materialerhebungen 46 größeren Höhe versehen. Die Materialerhebungen 47 können in gleicher Weise ausgebildet sein und die gleichen Formen aufweisen, wie zuvor für die Materialerhebungen 46 erläutert.

Der Innenring 17 liegt zur axialen Abstützung gegenüber der Lenkspindel 12 mit einer winkelig zur zentralen Längsachse 24 stehenden Fläche 48 an einer der Materialerhebungen 47 an. Es handelt sich hierbei um einen Abschnitt der der zentralen Längsachse 24 zugewandten Innenfläche im Bereich des Laufbahnabschnitts 18. Bei der hier dargestellten Rollierung liegt die Fläche 48 an der ersten der Materialerhebungen 47 an. Wenn die Materialerhebungen beispielsweise in Form eines Rändels ausgebildet werden, so würde die Fläche 48 an allen Materialerhebungen endseitig anliegen. Zur Anlage der Fläche 48 wäre grundsätzlich eine einzelne Materialerhebung ausreichend.

Die Materialerhebungen 46 geringerer Höhe, auf die der Montageabschnitt 19 aufgepresst ist, und die Materialerhebungen 47 mit der größeren Höhe, an denen der Innenring mit einer winkelig zur zentralen Längsachse 24 stehenden Fläche anliegt, können auch axial voneinander beabstandet sein, wie dies in 11 dargestellt ist.

Die Materialerhebungen 47 mit der größeren Höhe könnten auch entfallen, sodass der Innenring 17 nur mit seinem Montageabschnitt 19 auf Materialerhebungen 46 aufgepresst ist oder der Innenring zusätzlich hierzu mit einer winkelig zur zentralen Längsachse 24 stehenden Fläche an einer weniger oder nicht verformten Materialerhebung anliegt (die die gleiche Höhe aufweist, wie sie die Materialerhebungen, auf die der Montageabschnitt 19 aufgepresst ist, vor dem Aufpressen aufgewiesen haben).

Denkbar und möglich ist es auch, den Montageabschnitt 19 auf einen Bereich der Lenkspindel 12 ohne Materialerhebungen aufzupressen. Durch diesen Presssitz wird der Innenring 17 gegen eine Verdrehung gegenüber der Lenkspindel 12 gehalten. Dieser Presssitz kann somit relativ schwach sein. Zur zusätzlichen axialen Halterung des Innenrings 17 gegenüber der Lenkspindel 12, um diesen gegenüber einer Verschiebung in Richtung zum lenkradseitigen Ende 16 der Lenkspindel 12 zu sichern, dienen Materialerhebungen 47, an denen der Innenring 17 mit einer winkelig zur zentralen Längsachse 24 stehenden Fläche anliegt, vgl. 12. Eine einzelne Materialerhebung wäre zur Anlage dieser Fläche hier wieder grundsätzlich ausreichend.

Ein Ausführungsbeispiel einer Lenksäule mit einer in erfindungsgemäßer Weise gegenüber dem Mantelrohr 13 gelagerten Lenkspindel 12 ist in den 13 und 14 dargestellt.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Lenksäule in ihrer Länge und ihrer Höhe bzw. Neigung einstellbar. Hierzu ist das Mantelrohr 13 im geöffneten Zustand eines Spannmechanismus 49 gegenüber einer Trageinheit 50 verstellbar, die mit dem Chassis des Kraftfahrzeugs verbindbar ist. Im geschlossenen Zustand des Spannmechanismus 49 ist die eingestellt Position festgestellt.

Beidseitig des Mantelrohrs 13 erstrecken sich Seitenwangen 51, 52 der Trageinheit 50. Im Ausführungsbeispiel ist weiters zwischen der Trageinheit 50 und dem Mantelrohr 13 eine Zwischeneinheit 53 angeordnet. Im geöffneten Zustand des Spannmechanismus 49 ist das Mantelrohr 13 gegenüber der Zwischeneinheit 53 in Richtung der zentralen Längsachse 24 verstellbar und die Zwischeneinheit 53 ist gegenüber der Trageinheit 50 um die Achse 54 verschwenkbar.

Der Spannmechanismus umfasst einen quer zur zentralen Längsachse 24 liegenden und Langlöcher in den Seitenwangen 51, 52 sowie Öffnungen in der Zwischeneinheit 53 durchsetzenden Spannbolzen 55. Zum Öffnen und Schließen des Spannmechanismus 49 dient ein Betätigungshebel 56, der um die Achse des Spannbolzens 55 verschwenkt wird. Hierbei wirken zur Verspannung vom Betätigungshebel 56 betätigte Nocken 57 mit Schrägflächen zusammen.

Eine solche Lenksäule, abgesehen vom Einsatz der erfindungsgemäßen Lagerung, ist bekannt, beispielsweise aus dem in der Beschreibungseinleitung genannten Stand der Technik.

Lenksäulen, bei denen eine erfindungsgemäße Lagerung der Lenkspindel eingesetzt werden kann, können in unterschiedlicher anderer Weise ausgebildet sein. Hierbei können sie in der Länge und/oder Höhe bzw. Neigung verstellbar sein. Ebenso ist die Erfindung bei unverstellbaren Lenksäulen einsetzbar.

Unterschiedliche Modifikationen der Erfindung sind denkbar und möglich, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. So muss das Mantelrohr 13 nicht umfangsgeschlossen ausgebildet sein sondern könnte, insbesondere über einen Teil seiner Länge, auch umfangsoffen sein.

Bezugszeichenliste

1
Lenkspindel
2
Mantelrohr
3
Lager
4
Zusatzlager
5
Haltering
6
Federring
7
Kunststoffring
8
Innenring
9
Außenring
10
Kunststoffring
11
Haltering
12
Lenkspindel
13
Mantelrohr
14
Lager
15
Zusatzlager
16
lenkradseitiges Ende
17
Innenring
18
Laufbahnabschnitt
19
Montageabschnitt
20
Sicherungsabschnitt
21
Außenring
22
Wälzkörper
23
Käfig
24
zentrale Längsachse
25
Laufbahn
26
Montageende
27
Sicherungsende
28
Zwischenabschnitt
29
Kante
30
Kraft
31
stirnseitige Schmalfläche
32
Innenfläche
33
Tangente
34
Winkel
35
Ausnehmung
36
Zunge
37
Ausnehmung
38
Zunge
39
Schwächung
40
Innenring
41
Außenring
42
Wälzkörper
43
Zwischenring
44
Federelement
45
Haltering
46
Materialerhebung
47
Materialerhebung
48
Fläche
49
Spannmechanismus
50
Trageinheit
51
Seitenwange
52
Seitenwange
53
Zwischeneinheit
54
Achse
55
Spannbolzen
56
Betätigungshebel
57
Nocke
58
Winkel


Anspruch[de]
Lager zur drehbaren Lagerung einer Lenkspindel (12) einer Lenksäule für ein Kraftfahrzeug gegenüber einem Mantelrohr (13) der Lenksäule umfassend einen gegenüber der Lenkspindel (12) festzusetzenden Innenring (17), einen gegenüber dem Mantelrohr (13) festzusetzenden Außenring (21) und zwischen dem Innenring (17) und dem Außenring (21) ablaufende Wälzkörper (22), wobei der insgesamt einstückig als Blechumformteil ausgebildete Innenring (17) einen Laufbahnabschnitt (18), der eine Laufbahn (25) für die Wälzkörper (22) ausbildet und eine zentrale Längsachse (24) des Lagers (14) umgibt, und einen Sicherungsabschnitt (20) aufweist, der einteilig mit dem Laufbahnabschnitt (18) ausgebildet ist und eines der beiden axialen Enden (26, 27) des Innenrings (17) bildet, wobei sich der Sicherungsabschnitt (20) zum von ihm gebildeten Ende (27) des Innenrings (17) hin der zentralen Längsachse (24) annähert und an diesem Ende (27) des Innenrings (17) eine Kante (29) zum Zusammenwirken mit der Lenkspindel (12) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager weiters einen einteilig mit dem Laufbahnabschnitt (18) ausgebildeten und das andere der beiden axialen Enden (26, 27) des Innenrings (17) bildenden Montageabschnitt (19) zur Anlage unter Vorspannung an der äußeren Oberfläche der Lenkspindel (12) aufweist, wobei das Lager mittels des Montageabschnitts (19) verdrehgesichert und gegenüber einer axialen Verschiebung gesichert auf der Lenkspindel (12) befestigbar ist, und dass der Sicherungsabschnitt über einen Zwischenabschnitt (28) mit dem Laufbahnabschnitt (18) verbunden ist, wobei der Innenring (17) des Lagers im montierten Zustand nur an zwei Stellen an der Lenkspindel (12) anliegt, nämlich im Montageabschnitt (19) und bei der Kante (29) des Sicherungsabschnitts (20). Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Tangente (33), die in einem Längsmittelschnitt des Innenrings (17) an die Innenfläche (32) des Innenrings (17) beim zweiten axialen Ende (27) des Innenrings (17) angelegt ist, gegenüber der zentralen Längsachse (24) einen Winkel (34) im Bereich von 15° bis 60°, vorzugsweise im Bereich von 15° bis 40°, aufweist. Lager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring (17) am zweiten axialen Ende (27) eine ebene stirnseitige Schmalfläche (31) aufweist, die einen Winkel (58) im Bereich von 90° +/– 20° mit der Tangente (33) einschließt. Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der axiale Abstand des zweiten axialen Endes (27) von der auf die axiale Ausdehnung des Laufbahnabschnitts (18) bezogenen Mitte des Laufbahnabschnitts (18) größer ist als der axiale Abstand des ersten zentralen Endes (26) von dieser Mitte des Laufbahnabschnitts (18) ist. Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Sicherungsabschnitt (20) mit dem Zwischenabschnitt (28) über eine Abwinkelung von mindestens 45°, vorzugsweise von mehr als 70° verbunden ist. Lager nach Anspruch einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Erstreckung des Zwischenabschnitts (28) größer ist als die axiale Erstreckung des Laufbahnabschnitts (18). Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenabschnitt (28) im Längsmittelschnitt durch den Innenring (17) gesehen zumindest über 90% seiner Erstreckung parallel zur zentralen Längsachse (24) oder unter einer Abweichung von weniger als 20° gegenüber dem zur zentralen Längsachse parallelen Verlauf verläuft. Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass vom zweiten axialen Ende (27) des Innenrings (17) mehrere in Umfangsrichtung des Innenrings (17) voneinander beabstandete Ausnehmungen (35) ausgehen, die zwischen den Ausnehmungen (35) liegende Zungen (36) des Sicherungsabschnitts (20) ausbilden. Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Sicherungsabschnitt (20) im Längsmittelschnitt gesehen einen gebogenen Verlauf aufweist, wobei sich der Winkel zwischen einer Tangente, die an seine Innenfläche angelegt ist, und der zentralen Längsachse (24) zum zweiten axialen Ende (27) des Innenrings hin verringert. Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Montageabschnitt sich zumindest über einen Teil seines im Längsmittelschnitt des Innenrings (17) gesehenen Verlaufs, der vom Laufbahnabschnitt (18) ausgeht und bis zum ersten axialen Ende (26) des Innenrings (17) reicht, der zentralen Längsachse (24) annähert. Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Montageabschnitts (19) durch Abknicken des Innenrings (17) zwei oder mehr Schwächungen (39) ausgebildet sind, die kreisförmig um die zentrale Längsachse (24) verlaufen. Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass vom ersten axialen Ende (26) des Innenrings (17) mehrere in Umfangsrichtung des Innenrings (17) voneinander beabstandete Ausnehmungen (37) ausgehen, die zwischen den Ausnehmungen (37) liegende Zungen (38) des Sicherungsabschnitts (20) ausbilden. Lenksäule für ein Kraftfahrzeug mit einer Lenkspindel (12) die gegenüber einem Mantelrohr (13) von einem Lager (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 drehbar gelagert ist. Lenksäule nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkspindel (12) gegenüber dem Mantelrohr (13) in einem Abstand von einem lenkradseitigen Ende (16) der Lenkspindel (12), der größer als der Abstand des Lagers (14) vom lenkradseitigen Ende (16) ist, von einem Zusatzlager (15) drehbar gelagert ist.






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