Titel

Lenksäulenanordnung für ein Kraftfahrzeug

Die Erfindung betrifft eine Lenksäulenanordnung für ein Kraftfahrzeug.

Stand der Technik

In der Regel sind Lenksäulen im Pkw manuell oder elektrisch in der Höhe und der Länge verstellbar. Speziell die Längsverstellung wird häufig als Teleskoprohr zwischen dem Gehäuse, welches die Schwenkbewegung für die Höhenverstellung ausführt, und dem Teleskoprohr, häufig als Crashrohr oder Führungsrohr bezeichnet, ausgeführt.

Des Weiteren weisen manche Lenksäulen eine sogenannte Easy-Entry-Funktion auf, welche es ermöglicht, dass ein Lenksäulenkörper der Lenksäule so tief einfahrbar ist, wie es ein Verstellbereich der Lenksäule erlaubt. Der Verstellbereich der Lenksäule weist in der Regel einen Hub von 25 mm bis 35 mm auf.

Die DE 102008 060225 B4 offenbart eine verstellbare Lenksäule für ein Kraftfahrzeug mit einem Lenksäulenkörper zur Lagerung einer drehbaren Lenkwelle, einem Klemmmechanismus zur Umsetzung einer stufenlosen Verstellbarkeit der Lenkwelle entlang der Längsrichtung des Lenksäulenkörpers und einem Energieabsorptionsmechanismus zur energieverzehrenden Verlagerung der Lenkwelle bei einem Unfall.

Im Rahmen der Anwendung eines autonomen Fährbetriebs des Fahrzeugs ist es jedoch wünschenswert, zum einen einen größeren Verstellbereich der Lenksäule zu ermöglichen, sodass die Lenksäule und eine daran angebrachte Lenkvorrichtung in einem autonomen Fährbetrieb des Fahrzeugs weitestgehend in einem Armaturenbrett bzw. einer Innenraumverkleidung des Fahrzeugs versenkbar ist und zum anderen die Funktionalität der Lenksäule erhalten bleibt, dass der Energieabsorptionsmechanismus zur energieverzehrenden Verlagerung der Lenkwelle bei einem Unfall sowohl in einer Nominalposition der Lenksäule, d.h. in einem manuellen Fahrmodus des Kraftfahrzeugs, sowie während der Verstellung der Lenksäule gegeben ist.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Lenksäulenanordnung für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, welche eine erweiterte Verstellbarkeit der Lenksäule ermöglicht und zudem im Crashfall einen effektiven Energieabsorptionsmechanismus bereitstellt, welcher in verschiedenen Betriebsmodi der Lenksäule seine Funktion erfüllen kann.

Die Aufgabe wird mit einer verstellbaren Lenksäule für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Offenbarung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung schafft eine Lenksäulenanordnung für ein Kraftfahrzeug, mit einer Lenksäule und einem Antrieb zum axialen Verstellen der Lenksäule, welcher eine Zahnstange, eine Antriebseinheit und ein mit einer Ausgangswelle der Antriebseinheit verbundenes Ritzel aufweist, das mit der Zahnstange im Eingriff ist, wobei in einem Kraftübertragungspfad zwischen der Antriebseinheit und der Zahnstange ein Drehmomentbegrenzungselement angeordnet ist, welches dazu ausgebildet ist, ein von der Antriebseinheit auf die Zahnstange und umgekehrt wirkendes Drehmoment ab einem vorbestimmten Schwellwert zu begrenzen.

Eine Idee der vorliegenden Erfindung ist es, zum einen, einen konstruktiv einfachen Mechanismus zur axialen Verstellung der Lenksäule zu ermöglichen. Dies wird durch Ausbilden der Lenksäule mit einer darin integral angeordneten Zahnstange ermöglicht, welche mit einem Ritzel der Antriebseinheit im Eingriff ist. Somit kann der Mechanismus zur axialen Verstellung der Lenksäule mit einer geringen Anzahl beweglicher Teile, wenigen Komponenten und reduzierter Komplexität bereitgestellt werden.

Weiterhin ermöglicht das Vorsehen des Drehmomentbegrenzungselements, dass während eines normalen Betriebs einer Verstellung der Lenksäule das durch die Antriebseinheit erzeugte Drehmoment über das mit der Zahnstange im Eingriff befindliche Ritzel übertragbar ist.

Des Weiteren kann im Falle einer Fahrzeugkollision eine zumindest abschnittsweise auf die Lenksäule axial wirkende Aufprallenergie, welche in einer Drehmomentübertragung von der Zahnstange auf das Ritzel resultiert durch die am Drehmomentbegrenzungselement vorgenommene Drehmomentbegrenzung absorbiert werden.

Die Drehmomentbegrenzung ermöglicht somit eine axiale Verstellung der Lenksäule in Richtung der wirkenden Aufprallenergie, wobei das Drehmomentbegrenzungselement eine Gegenkraft bzw. einen Verstellwiderstand der Lenksäule in Axialrichtung und damit eine effektive Energieabsorption der erzeugten Aufprallenergie bereitstellt.

Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Drehmomentbegrenzungselement durch einen zwischen einer Innenoberfläche einer Öffnung des Ritzels und einer Außenoberfläche der Ausgangswelle der Antriebseinheit angeordneten Toleranzring ausgebildet ist. Der Toleranzring ist somit in vorteilhafter Weise in der Lage, durch das Entstehen von Schlupf ab dem vorbestimmten Schwellwert eine effektive Drehmomentbegrenzung der Kraftübertragung zwischen Antriebseinheit und Zahnstange sowie umgekehrt zu ermöglichen.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Toleranzring auf die Ausgangswelle der Antriebseinheit aufgepresst und mit dem Ritzel drehtest verbunden ist. Bei Überschreiten des vorbestimmten Schwellwerts entsteht somit in vorteilhafter Weise zwischen der Innenoberfläche des Toleranzrings und der Außenoberfläche der Ausgangswelle der Antriebseinheit entsprechender Schlupf.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Toleranzring an der Innenoberfläche der Öffnung in das Ritzel eingepresst und mit der Ausgangswelle der Antriebseinheit drehtest verbunden ist. Auch in dieser Konfiguration kann somit in vorteilhafter Weise vorgesehen werden, dass bei Überschreiten des vorbestimmten Schwellwerts somit in vorteilhafter Weise zwischen der Innenoberfläche des Ritzels und der Außenoberfläche des Toleranzrings entsprechender Schlupf entsteht.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Toleranzring an einer Außenoberfläche eine Mehrzahl von Vorsprüngen aufweist, wobei eine erste Kontaktfläche der Vorsprünge des Toleranzrings mit der Innenoberfläche der Öffnung des Ritzels geringer als eine zweite Kontaktfläche einer Innenoberfläche des Toleranzrings mit der Außenoberfläche der Ausgangswelle der Antriebseinheit ist. Aufgrund der höheren Flächenpressung der ersten Kontaktfläche der Vorsprünge des Toleranzrings mit der Innenoberfläche der Öffnung des Ritzels gegenüber der zweiten Kontaktfläche der Innenoberfläche des Toleranzrings mit der Außenoberfläche der Ausgangswelle der Antriebseinheit kann in vorteilhafter weise die Drehfestigkeit zwischen dem Toleranzring und der Innenoberfläche der Öffnung des Ritzels gewährleistet werden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Toleranzring an einer Innenoberfläche eine Mehrzahl von Vorsprüngen aufweist, wobei eine dritte Kontaktfläche der Vorsprünge des Toleranzrings mit der Außenoberfläche der Ausgangswelle der Antriebseinheit geringer als eine vierte Kontaktfläche einer Außenoberfläche des Toleranzrings mit der Innenoberfläche der Öffnung des Ritzels ist. Aufgrund der höheren Flächenpressung der dritten Kontaktfläche der Vorsprünge des Toleranzrings mit der Außenoberfläche der Ausgangswelle der Antriebseinheit gegenüber der vierten Kontaktfläche der Außenoberfläche des Toleranzrings mit der Innenoberfläche der Öffnung des Ritzels kann in vorteilhafter weise die Drehfestigkeit zwischen dem Toleranzring und der Außenoberfläche der Ausgangswelle der Antriebseinheit gewährleistet werden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Toleranzring entlang dessen Umfang einen Unterbrechungsspalt aufweist. Der Unterbrechungsspalt stellt in vorteilhafter Weise sicher, dass der Toleranzring eine ausreichende Expansionsfähigkeit im Falle von thermischen Einwirkungen aufweist.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Antriebseinheit an einer fahrzeugfest angeordneten Platte befestigt ist, und wobei die Platte eine Öffnung aufweist, durch welche die Ausgangswelle der Antriebseinheit durchgeführt ist. Somit kann die Antriebseinheit aufgrund ihrer Anordnung auf der fahrzeugfest angeordneten Platte effektiv von der Lenksäule getrennt bzw. entkoppelt werden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass ein Sperrmoment der Antriebseinheit größer als ein durch das Drehmomentbegrenzungselement maximal zwischen Antriebseinheit und Zahnstange übertragbares Drehmoment ist. Die im Falle einer Fahrzeugkollision im Wesentlichen in Axialrichtung der Lenksäule wirkende axiale Aufprallenergie kann somit in vorteilhafter Weise durch das Drehmomentbegrenzungselement aufgenommen bzw. absorbiert werden.

Gleichzeitig kann sichergestellt werden, dass aufgrund der Ausführung der Antriebseinheit mit einem höheren Sperrmoment als dem durch das Drehmomentbegrenzungselement maximal übertragbaren Drehmoment, eine Beschädigung der Antriebseinheit verhindert und zugleich eine effektive Energieabsorption der Aufprallenergie durch die kontrollierte Verschiebbarkeit der Lenksäule aufgrund des durch das Drehmomentbegrenzungselement erzeugte Gegenmoment ermöglicht werden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Drehmomentbegrenzungselement durch eine Reibkupplung, insbesondere eine Rutschkupplung, eine Sperrkörperkupplung, eine hydrodynamische Kupplung oder eine elektrodynamische Kupplung ausgebildet ist. Das Drehmomentbegrenzungselement kann somit in vorteilhafter Weise auf unterschiedlichste Art und Weise ausgebildet sein, um die erfindungsgemäße Funktion der Drehmomentbegrenzung zwischen Antriebseinheit und Zahnstange zu ermöglichen.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Antriebseinheit durch eine elektrische Maschine oder eine Einheit umfassend eine mit einem Getriebe gekoppelte elektrische Maschine ausgebildet ist. Unter dem Begriff der Antriebseinheit können somit eine Mehrzahl unterschiedlicher Ausführungsformen bzw. Ausbildungen der Antriebseinheit verstanden werden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Zahnstange an der Lenksäule und die Antriebseinheit fahrzeugfest angeordnet ist, wobei die Lenksäule relativ zu der fahrzeugfest angeordneten Antriebseinheit entlang der an der Lenksäule angeordneten Zahnstange axial verstellbar ist. Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt somit in der konstruktiv einfachen und kompakten Ausführung der Verstellbarkeit der Lenksäule, welche durch die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht wird.

Die beschriebenen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich beliebig miteinander kombinieren.

Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die beiliegenden Zeichnungen sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung. Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die dargestellten Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Längsschnittansicht einer Lenksäulenanordnung für ein Kraftfahrzeug gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 eine vergrößerte Detaildarstellung der in Fig. 1 gezeigten

Längsschnittansicht der Lenksäulenanordnung für das Kraftfahrzeug gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Details der

Lenksäulenanordnung für das Kraftfahrzeug gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines in eine Zahnstange der Lenksäule eingreifendes Ritzel sowie ein

Drehmomentbegrenzungselement der Lenksäulenanordnung für das Kraftfahrzeug gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; und

Fig. 5 eine vergrößerte Detailansicht der in Fig. 1 gezeigten

Längsschnittansicht der Lenksäulenanordnung für das Kraftfahrzeug gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.

In den Figuren der Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Elemente, Bauteile oder Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.

Fig. 1 zeigt eine Längsschnittansicht einer Lenksäulenanordnung für ein Kraftfahrzeug gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Die Lenksäulenanordnung 1 für das Kraftfahrzeug weist eine Lenksäule 10 und einen Antrieb 11 zum axialen Verstellen der Lenksäule 10 auf. Der Antrieb 11 zum axialen Verstellen der Lenksäule 10 weist eine an der Lenksäule 10 angeordnete Zahnstange 12, eine fahrzeugfest angeordnete Antriebseinheit 14 und ein mit einer Ausgangswelle 16 der Antriebseinheit 14 verbundenes Ritzel 18 auf.

Alternativ kann beispielsweise die Zahnstange 12 fahrzeugfest und die Antriebseinheit 14 an der Lenksäule 10 angeordnet sein.

Die Antriebseinheit 14 ist in der vorliegenden Ausführungsform durch eine Einheit umfassend eine mit einem Getriebe gekoppelte elektrische Maschine, welche auch als Motor/Getriebeeinheit oder Powerpack bezeichnet wird, ausgebildet.

Die Lenksäule 10 ist relativ zu der fahrzeugfest angeordneten Antriebseinheit 14 entlang der an der Lenksäule 10 angeordneten Zahnstange axial verstellbar. Ein durch die Antriebseinheit 14 erzeugtes Drehmoment wird somit durch das Ritzel 18 auf die Zahnstange 12 übertragen. Die Drehbewegung des Ritzels 18 bewirkt somit das axiale Verstellen der Lenksäule 10 entlang der Zahnstange 12 relativ zur Antriebseinheit 14.

Fig. 2 zeigt eine vergrößerte Detaildarstellung der in Fig. 1 gezeigten Längsschnittansicht der Lenksäulenanordnung für das Kraftfahrzeug gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.

Der Antrieb 11 weist die an der Lenksäule 10 angeordnete Zahnstange 12, die fahrzeugfest angeordnete Antriebseinheit 14 und das mit der Ausgangswelle 16 der Antriebseinheit 14 verbundene Ritzel 18 auf. Das Ritzel 18 ist mit der Zahnstange 12 im Eingriff.

In einem Kraftübertragungspfad zwischen der Antriebseinheit 14 und der Zahnstange 12 ist ein Drehmomentbegrenzungselement 20 angeordnet. Das Drehmomentbegrenzungselement 20 ist dazu ausgebildet, ein von der Antriebseinheit 14 auf die Zahnstange 12 und umgekehrt wirkendes Drehmoment ab einem vorbestimmten Schwellwert zu begrenzen. Die Antriebseinheit 14 ist an einer fahrzeugfest angeordneten Platte 24 befestigt. Die Platte 24 weist eine Öffnung 26 auf, durch welche die Ausgangswelle 16 der Antriebseinheit 14 durchgeführt ist.

Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Details der Lenksäulenanordnung für das Kraftfahrzeug gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.

Das Drehmomentbegrenzungselement 20 ist durch einen zwischen einer Innenoberfläche 18al einer Öffnung des Ritzels 18 und einer Außenoberfläche der Ausgangswelle 16 der Antriebseinheit 14 angeordneten Toleranzring ausgebildet.

Der Toleranzring ist auf der Ausgangswelle 16 der Antriebseinheit 14 aufgepresst und mit dem Ritzel 18 drehfest verbunden.

Ein Sperrmoment der Antriebseinheit 14 ist größer als ein durch das Drehmomentbegrenzungselement 20 maximal zwischen Antriebseinheit 14 und Zahnstange 12 übertragbares Drehmoment.

Das Drehmomentbegrenzungselement 20 ist in der vorliegenden Ausführungsform durch eine Reibkupplung, insbesondere eine Rutschkupplung, ausgebildet. Alternativ kann das Drehmomentbegrenzungselement beispielsweise durch eine Sperrkörperkupplung, eine hydrodynamische Kupplung oder eine elektrodynamische Kupplung ausgebildet sein.

Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung eines in eine Zahnstange der Lenksäule eingreifendes Ritzel sowie ein Drehmomentbegrenzungselement der Lenksäulenanordnung für das Kraftfahrzeug gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.

Der Toleranzring weist an einer Außenoberfläche 20a eine Mehrzahl von Vorsprüngen 20b auf. Eine erste Kontaktfläche der Vorsprünge 20b des Toleranzrings mit der Innenoberfläche 18a1 der Öffnung 18a des Ritzels 18 ist geringer als eine zweite Kontaktfläche einer Innenoberfläche 20c des Toleranzrings mit der Außenoberfläche 16a der Ausgangswelle 16 der Antriebseinheit 14.

Der Toleranzring weist entlang dessen Umfang zudem einen Unterbrechungsspalt 22 auf. Der Unterbrechungsspalt ermöglicht eine thermische Ausdehnung des Toleranzrings.

Die an der Außenoberfläche 20a ausgebildete Mehrzahl von Vorsprüngen 20b des Drehmomentbegrenzungselements 20 sind in der vorliegenden Ausführungsform gestanzt. Alternativ können die Mehrzahl von Vorsprüngen 20b des Drehmomentbegrenzungselements 20 auf andere Art und Weise in das Drehmomentbegrenzungselement 20 eingebracht werden.

Eine alternative Möglichkeit besteht beispielsweise in der additiven Fertigung des Drehmomentbegrenzungselements oder in einem Ausfräsen des Drehmomentbegrenzungselements 20 zum Erreichen der gewünschten Formgebung.

Fig. 5 zeigt eine vergrößerte Detailansicht der in Fig. 1 gezeigten Längsschnittansicht der Lenksäulenanordnung für das Kraftfahrzeug gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.

Der Toleranzring ist in der vorliegenden alternativen Ausführungsform an der Innenoberfläche 18al der Öffnung 18a in das Ritzel 18 eingepresst und mit der Ausgangswelle 16 der Antriebseinheit 14 drehfest verbunden.

Das durch den Toleranzring ausgebildete Drehmomentbegrenzungselement 120 der vorliegenden Ausführungsform weist an einer Innenoberfläche 120c eine Mehrzahl von Vorsprüngen 120b auf. Eine dritte Kontaktfläche der Vorsprünge 120b des Toleranzrings mit der Außenoberfläche 16a der Ausgangswelle 16 der Antriebseinheit 14 ist geringer als eine vierte Kontaktfläche einer Außenoberfläche 120d des Toleranzrings mit der Innenoberfläche 18a1 der Öffnung 18a des Ritzels 18.