WO2023227157A1

WO2023227157A1 - Lenkungsanordnungen für ein fahrzeug und fahrzeug mit einer lenksäule und einer lenkungsanordnung

Info

Publication number: WO2023227157A1
Application number: PCT/DE2023/100295
Authority: WO
Inventors: Joseph GISSLER; Sebastian Müller; Benjamin Severin; Christian Bahrmann
Original assignee: Schaeffler Technologies AG & Co. KG
Priority date: 2022-05-23
Filing date: 2023-04-25
Publication date: 2023-11-30
Also published as: DE102022112862A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lenkungsanordnung für ein Fahrzeug, die eine um eine Drehachse drehbar gelagerte Lenkwelle umfasst und eine hieran angeordnete Lagereinheit zur Steuerung und Begrenzung des Drehwinkels der Lenkwelle bei der Drehung um die Drehachse. Hierbei umfasst die Lagereinheit die folgenden Lagerelemente: - einen auf der Lenkwelle an einer Anlagefläche festgelegten inneren Anschlagskörper, - eine an einer weiteren Anlagefläche anliegenden oder festgelegte äußere Anschlagseinheit, wobei der innere Anschlagskörper und/oder die äußere Anschlagseinheit ein Kopplungselement umfasst, mittels welchem eine Drehkraft an mindestens ein in Achsrichtung benachbartes Lagerelement übertragbar ist. Hierbei weist mindestens ein Lagerelement mindestens einseitig ein rotatives Axiallager auf und/oder ist mit einem rotativen Axiallager verbunden. Über das Kopplungselement wird die von der Drehung der Lenkwelle verursachte Drehkraft auf den mitdrehenden inneren Anschlagkörper übertragen und von dort über dessen Kopplungselement auf ein benachbartes Lagerelement. Dies ist bei einer ersten Ausführungsform unmittelbar eine benachbarte äußere Anschlageinheit.

Description

Bezeichnung der Erfindung

Lenkungsanordnungen für ein Fahrzeug und Fahrzeug mit einer Lenksäule und einer Lenkungsanordnung

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Lenkungsanordnung für ein Fahrzeug und ein Fahrzeug mit einer solchen Lenkungsanordnung

Gebiet der Erfindung

Hintergrund der Erfindung

Lenkungsanordnungen und Begrenzungen für Lenkungen eines Fahrzeuges sind im Stand der Technik bekannt.

Aus der DE 10 2019 111 992 Al ist eine Lenkungsanordnung für ein Kraftfahrzeug bekannt, umfassend eine drehantreibbare Lenksäule, die begrenzt drehbar in einem Gehäuse gelagert ist, und drei axial benachbarte Ringelemente, die relativ zur Lenksäule sowie relativ zueinander begrenzt drehbar sind, wobei die Ringelemente durch eine Rotation der Lenksäule um dessen Längsachse jeweils verzögert mitnehmbar sind, sodass sich die Ringelemente am Gehäuse in Umfangsrichtung abstützen, um eine Rotation der Lenksäule zu begrenzen.

Weiterhin beschreibt die US 2018/105198 Al eine Rotationssteuerungsanordnung für eine Lenksäulenanordnung, die eine Lenkwelle und eine Antriebslasche umfasst, welche mit der Lenkwelle drehbar ist. Weiterhin ist eine Drehplatte umfasst, die die Lenkwelle umgibt und relativ zu der Lenkwelle drehbar ist, wobei die Drehplatte ein Arretierungsmittel aufweist, das sich in Achsrichtung von der Drehplatte erstreckt, wobei das Arretierungsmittel mit einer angetriebenen Antriebslasche in Eingriff gebracht werden kann, um so die Drehplatte zu drehen. Weiterhin ist ein Endanschlag vorgesehen. Bei der Drehung der Antriebslasche mit dem Arretierungsmittel wird den Endanschlags die Drehung der Lenkwelle begrenzt. Dies Lösungen sind nach wie vor verbesserungsbedürftig, so dass Bedarf für alternative Lenkungsanordnungen sowie ein hierdurch verbessertes Fahrzeug besteht.

Zusammenfassung der Erfindung

Diese Aufgabe wird durch eine Lenkungsanordnung für ein Fahrzeug nach den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst und ein Fahrzeug nach den Merkmalen des Anspruchs 10. Vorteilhafte Ausführungsformen sind beispielsweise in den Unteransprüchen genannt.

Die Erfindung umfasst eine Lenkungsanordnung für ein Fahrzeug, die eine um eine Drehachse drehbar gelagerte Lenkwelle umfasst und eine hieran angeordnete Lagereinheit zur Steuerung und Begrenzung des Drehwinkels der Lenkwelle bei der Drehung um die Drehachse. Hierbei umfasst die Lagereinheit die folgenden Lagerelemente:

- einen auf der Lenkwelle an einer Anlagefläche festgelegten inneren Anschlagskörper,

- eine an einer weiteren Anlagefläche anliegenden oder festgelegte äußere Anschlagseinheit, wobei der innere Anschlagskörper und/oder die äußere Anschlagseinheit ein Kopplungselement umfasst, mittels welchem eine Drehkraft an mindestens ein in Achsrichtung benachbartes Lagerelement übertragbar ist. Hierbei weist mindestens ein Lagerelement mindestens einseitig ein rotatives Axiallager auf und/oder ist mit einem rotativen Axiallager verbunden.

Über das Kopplungselement wird die von der Drehung der Lenkwelle verursachte Drehkraft auf den mitdrehenden inneren Anschlagkörper übertragen und von dort über dessen Kopplungselement auf ein benachbartes Lagerelement. Dies ist bei einer ersten Ausführungsform unmittelbar eine benachbarte äußere Anschlageinheit.

Als Vorteil der rotativen Axiallagerung hat sich gezeigt, dass ein Lenkmoment von weniger als 0,5 Nm bis unter 0,1 Nm erreicht werden konnte. Hierbei meint „rotative Lagerung", dass diese keine Gleitlagerung ist und entsprechende Laufkörper, wie Walzen oder Kugeln vorgesehen sind.

Das Anschlägen oder das Anlegen des Kopplungselements des Anschlagkörpers an der Anschlageinheit oder umgekehrt, definiert das Drehwinkelende bei der kleinste, einfachsten Ausführungsform das jeweilige Drehwinkelende.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist als weiteres Lagerelement mindestens ein Mitnehmerkörper vorgesehen, der zwischen dem Anschlagskörper und der Anschlagseinheit angeordnet ist, wobei der mindestens eine Mitnehmerkörper um die Drehachse rotierbar gelagert ist und ein Kopplungselement zur mechanischen Kopplung an ein in Achsrichtung benachbartes Lagerelement aufweist. Hierbei weist der mindestens eine Mitnahmekörper mindestens einseitig ein rotatives Axiallager auf und/oder ist mit einem rotativen Axiallager verbunden.

Ein Vorteil und eine besonders kompakte Bauform kann darin bestehen, dass mindestens ein Mitnehmerkörper beidseitig ein rotatives Axiallager aufweist oder hiermit verbunden ist. Ein weiterer vorteilhafter Effekt ergibt sich durch den Einsatz von bahngeführten Kugeln und/oder Walzen, dass allein hierüber die zueinander rotierend bewegten Lagerelemente sowohl axial als auch radial ausgerichtet und zentriert sind. Vorliegend meint mechanische Kopplung von Lagerelementen insbesondere die Kopplung von zwei Lagerelementen zur Weiterleitung der Drehkraft auf das jeweils benachbarte Lagerelement, ausgehend von einem inneren Anschlagelement, welches auf der Lenkwelle befestigt ist und sich gemeinsam mit der Lenkwelle dreht. Das Anschlägen oder das Anlegen des Kopplungselements des einen oder des letzten Mitnehmerkörpers an dem Anschlagkörper oder der Anschlageinheit definiert das Drehwinkelende.

Vorliegend soll unter Drehkraft eine Kraft verstanden werden, die das jeweilige Lagerelement in Umfangrichtung um die Drehachse der Lenkwelle antreibt.

Somit kann bei fast identischem Design bedarfsweise unter einer gewissen Vergrößerung der Erstreckung der Lageranordnung in axialer Richtung, über die Anzahl der Mitnehmerkörper und der zugehörigen Kopplungselemente ein beliebiger Drehwinkel ermöglicht werden, der ein Vielfaches von 360° (Winkelgrad) betragen kann.

Durch die vorteilhafte rotative, axiale Lagerung ist auch bei sehr großen Drehwinkeln nur ein sehr geringes Drehmoment erforderlich.

Um eine kompakte und wirtschaftliche Ausführung zur Verfügung zu stellen, kann eine Verbesserung darin bestehen, dass mindestens ein Lagerelement mindestens einseitig eine mindestens teilweise umlaufende Laufbahn für mindestens einen Laufkörper aufweist, insbesondere einen Laufkörper, der als Kugel oder Walze ausgebildet ist.

Vorteilhafterweise wirken die Laufbahn und der Laufkörper derart zusammen, dass diese sich in axialer und in radialer Richtung zentrieren, also gegenseitig ausrichten. Somit kann zwischen einem sich um die Lenkwelle drehenden Lagerelement ein Luftspalt vorgesehen werden und eine Lagerung oder die Auflage von mindestens einzelnen Lagerelementen direkt auf der Lenkwelle entfallen.

Idealerweise bilden zwei benachbarte Lagerelemente, wie der Anschlagkörper mit einem Mitnehmerkörper oder zwei Mitnehmerkörper durch einen gemeinsamen Satz an Laufkörpern ein gemeinsames Axiallager aus.

Eine weitere Verbesserung kann darin bestehen, dass mindestens eine Laufbahn in mindestens zwei Teilbahnen unterteilt ist, insbesondere drei oder vier Teilbahnen, wobei in jeder Teilbahn mindestens ein Laufkörper vorgesehen und geführt ist. Idealerweise sind die Teilbahnen auf der Vorder- und Rückseite des Mitnehmerkörpers versetzt verteilt, so dass eine gleichmäßige Kraftverteilung in Achsrichtung erfolgt.

Hierbei können aus Fertigungsgründen auch mehr Teillaufbahnen vorgesehen werden, als Laufkörper bei dem bestimmungsgemäßen Einbau und der bestimmungsgemäßen Nutzung eingelegt werden. Vorliegend soll eine Laufbahn, die im bestimmungsgemäßen Einbau und/oder der bestimmungsgemäßen Nutzung ohne Laufkörper verbleibt, im Sinne dieser Erfindung keine Laufbahn darstellen. So könnten, um die Anzahl der Gleichteile zu verringern, immer sechs Teilbahnen vorgesehen werden, von denen Bedarfsweise nur drei durch einen Laufkörper zur Lagerung genutzt werden.

Eine weitere Verbesserung kann darin bestehen, dass das Kopplungselement zur Weiterleitung der Drehkraft auf das axial benachbarte Lagerelement ausgebildet ist als

- ein Stoppelement, ein Stegabschnitt oder ein Bremsabschnitt im Bereich der Laufbahn und/oder mindestens einer Teilbahn, wobei die Weiterleitung der Drehkraft über den mindestens einen Laufkörper erfolgt und/oder

- ein Eingriffsfinger oder Eingriffsbolzen, wobei die Weiterleitung der Drehkraft über ein entsprechendes Gegen- oder Anschlagselement erfolgt.

Diese beiden Kopplungsarten zur Weiterleitung einer Drehkraft unterscheiden sich also darin, dass bei der ersten Alternative die Kraftweiterleitung über den Laufkörper, wie beispielsweise eine Kugel erfolgt. Schlägt diese am Ende einer Laufbahn beispielsweise gegen einen Steg oder Stegabschnitt des ersten Lagerelementes an, wird sie so lange in Umfangsrichtung weitergeführt, bis sie an dem Steg oder Stegabschnitt des benachbarten Lagerelementes anschlägt und dieses in Drehrichtung antreibt.

Diese Wirkweise kann auch schon eingeleitet werden, indem eine Teilstrecke der Laufbahn oder einer Teilbahn eine einen Bremsabschnitt aufweist. Hierbei ist in der Teilstrecke die Kontur der Bahn derart, dass der Laufkörper bei der Bewegung in Umfangsrichtung auch in axialer Richtung eine Kraft erfährt. Hierzu kann sich die Kontur der Laufbahn auf einer Strecke verjüngen oder einen geringeren Querschnitt aufweisen, so dass der Laufkörper eine ansteigende Kraft in Richtung der Drehachse erfährt, also mit einer größeren Kraft in axialer Richtung eingeklemmt wird. Dieser Bremsabschnitt kann alleinig oder vor dem jeweiligen Enden der Laufbahn oder einer Teilbahn vorgesehen werden, um so eine noch größere Laufruhe und Dämpfung für die Lenksäule vorzusehen.

Bei der zweiten Alternative wirkt die Drehkraft nicht über einen oder mehrere Laufkörper, sondern ein oder mehrere starr am Lagerelement vorgesehene Kopplungselemente, wie Mitnahmefinger, Bolzen oder sonstige Anschlagskörper wirken mit einer auf dem benachbarten Lagerelement vorgesehenen Gegenkontur/-element zusammen und veranlassen so eine gemeinsame Drehbewegung um die Lagerwelle bis zum Endanschlag. In der Situation des Endanschlag erfolgt keine weitere Drehbewegung mehr, sondern nur noch eine starre Kraftübertragung.

Bei einer Ausführungsform ist hierbei vorgesehen, dass ein solches starres Mitnahmeelement gemäß der zweiten Alternative in einer Steuerungskurve, -nut oder Kontur eines benachbarten Lagerelements eingreift.

Insgesamt kann es vorteilhaft sein, um ein Verkanten oder Verdrehen zu vermeiden, wenn bei zwei oder mehr Kopplungselementen diese symmetrisch in Umfangsrichtung verteilt angeordnet sind, insbesondere zueinander dieselben Winkelabstände aufweisen.

Insgesamt können die zwei Alternativen auch kombiniert werden, indem zum Beispiel eine aus zwei Teilbahnen bestehende Laufbahn vorgesehen wird und zusätzlich die Teilbahnen in zwei Teilstrecken unterbrochen werden, durch zwei auf dem äußeren Umfang angeordnete Kopplungselemente in Form von Mitnahmefingern oder Bolzen.

Zur leichteren Montage und Demontage, sowie zur gleichbleibenden und/oder symmetrischen Positionierung innerhalb einer Laufbahn oder den Teilbahnen, kann bei einer weiter verbesserten Lenkungsanordnung vorgesehen sein, dass mindestens zwei Laufkörper in einer (gemeinsamen) Führungsstruktur rotierbar gehalten sind, wie beispielsweise einem Kugelkäfig, einem Walzenkäfig oder einem Lagerungsrahmen für eine Mehrzahl von Walzen, beispielsweise Nadelwalzen. Diese Führungsstruktur oder Führungskäfig hält die Laufkörper zusätzlich zu der eigentlichen Laufbahn in einem definierten Abstand zueinander. Auf diesem Wege kann bei mehreren Teilbahnen ein gemeinsamer Anschlag an allen Kopplungselementen gleichzeitig sichergestellt werden und Schlupf eines einzelnen Laufelementes auf einer Teilbahn verhindert werden.

Vorteilhafterweise weist der Anschlagskörper und/oder der mindestens eine Mitnehmerkörper zwei oder mehr Mitnahmeelemente zur mechanischen Kopplung an ein in Achsrichtung benachbartes Mitnahmeelement und/oder einen Anschlagskörper/-einheit auf, die insbesondere symmetrisch in Umfangsrichtung verteilt sind.

Ein Fahrzeug ist regelmäßig starken Vibrationen und auch Temperaturschwankungen unterworfen, die zu entsprechenden Materialdehnungsvorgängen führen. Daher kann eine Verbesserung darin bestehen, wenn die Anschlagseinheit ein Dämpfungselement umfasst und/oder als solches ausgebildet ist. Dieses Dämpfungselement wirkt in Achsrichtung und kompensiert Schwingungen und Längenänderungen in achsparalleler Richtung.

Als Dämpfungsmittel kann ein Elastomerkörper, wie eine Elastomerring, oder eine Feder vorgesehen werden. Die Feder kann als Spiralfeder oder Tellerfeder ausgebildet sein und die Lenkwelle umschließen.

Dabei kann das Dämpfungsmittel, insbesondere eine Feder, unmittelbar an einem oder mehreren festen Abschlusselementen eines an die Lenkwelle angrenzenden nicht drehenden Bauteils abgestützt sein, wie beispielsweise dem Mantelrohr.

In Richtung des Anlagekörpers kann ein in der Regel nicht drehendes Übergangselement vorgesehen sein, dass auf der Innenseite eine Laufbahn oder Teillaufbahnen aufweisen kann, wie vorsehend beschrieben.

Das Federelement kann auch direkt auf der Lenkwelle abgestützt sein. Diese Ausführungsform bietet sich an, wenn das letzte Kopplungselement, das an die Feder angrenzt oder diese in Achsrichtung überragt, ein Bolzen oder Finger ist, der eine hinreichende Erstreckung in Achsrichtung hat, um Längenänderungen aufzunehmen. Wegen der beidseitigen Abstützung der rotierbaren Lagerelemente auf der Lenkwelle, wird sich immer zuerst das äußere Kopplungselement vom starren Anschlagelement der angrenzenden Baueinheit lösen, wie dem Mantelrohr, und auf die gegenüberliegende Anschlagsseite geführt werden, bevor die Kopplungselemente eines Mitnehmerkörpers oder des Anschlagskörpers relativ zueinander bewegt werden.

Bei einer weiteren Ausführungsform weist die Anschlagseinheit ein ringartiges äußeres Abschlusselement und ein inneres Übergangselement auf, zwischen denen das Dämpfungselement angeordnet ist. Das äußere Abschlusselement und das innere Übergangselement können zur Verdrehsicherung einen oder mehrere lineare Führungselemente aufweisen, wie einen Steg oder einen Bolzen, der in einer kommunizierenden Gegenstruktur aufgenommen und geführt ist, so dass eine geringe Bewegung in Achsrichtung möglich ist.

Auf dem Übergangselement kann auf der inneren Ringfläche ein rotatives Lager ausgebildet sein, analog den vorherigen Ausführungen. Das Dehnungselement ist vorteilhafterweise auf dem Abschlusselement und/oder dem Übergangselement in radialer Richtung abgestützt oder gelagert. Das Übergangselement kann im Wesentlichen analog einem Mitnehmerkörper ausgebildet sein.

Das Federelement oder das Anschlagselement stützt sich alternativ an einer Anlagefläche der Lenkungsanordnung ab, wobei die Anlagefläche Teil einer inneren Oberfläche, mindestens einer Anschlagskante oder sonst einer angrenzenden und nicht um die Drehachse drehenden Konstruktion sein kann.

Der große Vorteil des Dämpfungselementes ist eine sehr hohe Lagesicherheit und sehr geringe akustische Emissionen bei der Lenkung.

Alternativ oder zusätzlich können mindestens zwei Lagerelemente, insbesondere zwei Mitnehmerkörper, zueinander federnd in Anlage gebracht werden, indem beispielsweise zwischen einzelnen Mitnehmerkörpern eine Tellerfeder vorgesehen wird.

Es kann weiterhin ein Vorteil darin bestehen, insbesondere um Verschleiß bei starken Schwingungen an den Laufbahnen zu verringern, dass eine Festlegung auch in radialer Richtung vorgesehen wird. Hierbei wird bei mindestens einem Lagerelement, insbesondere einem Mitnahmeelement ein rotatives Radiallager vorgesehen, an dem das mindestens eine Lagerelement an der Lenksäule und um diese rotierbar gelagert ist.

Bei einer weiteren alternativen Ausführungsform ist in radialer Richtung zwischen mindestens einem Lagerelement und der Lenkwelle ein Gleitlager ausgebildet. Insbesondere kann mindestens eine Gleithülse auf der Lenkwelle angebracht sein, auf welcher ein oder mehrere Lagerelemente mit der radial inneren Oberfläche gleiten.

Da die Lageranordnung Dehnvorgängen unterworfen ist und in Achsrichtung verspannt wird oder in der Endlage erhöhte Kräfte in Achsrichtung erzeugt, kann eine weitere Verbesserung der Anordnung bei einer Radiallagerung mindestens eines Lagerelementes, insbesondere eines Mitnehmerkörpers darin bestehen, dass das mindestens eine Lagerelement entweder

- relativ zu dem rotativen Radiallager und/oder

- mit dem rotativen Radiallager in Achsrichtung verschiebbar ist und/oder verschieblich gelagert ist.

Diese Verschiebbarkeit parallel zur Achsrichtung kann auch einen Teil einer Lagerelementes betreffen, wie beispielsweise die Verschiebbarkeit des Übergangelementes der Anschlagseinheit. Die sinnvolle Strecke, auf der die lineare Verschiebung im eingebauten Zustand erfolgen sollte, ist auf den Feder- oder Kompressionsweg des Dämpfungselements begrenzbar.

Eine Verschiebung relativ zum Radiallager ist insbesondere dann möglich, wenn das Radiallager als ein Walzenlager ausgebildet ist, so dass der jeweilige Mitnehmerkörper auf den Walzen in deren Achsrichtung verschieblich ist.

Von der Erfindung ist weiterhin ein Fahrzeug mit einer Lenksäule umfasst, wobei eine Lenkungsanordnung nach den Ausführungsformen und Varianten ausgebildet ist, wie vorstehend beschrieben. Alle für die Lenkanordnung gemachten Ausführungen gelten in analoger Weise für ein Fahrzeug mit der Lenkanordnung.

Insgesamt weist die Lagereinheit einen sehr geringen Reibungswiderstand und einen sehr geringen Bauraum auf. Weiterhin kann es wie eine Baukastenlösung bedarfsweise durch beispielsweise eine Variation der Anzahl der Mitnehmerkörper verändert werden.

Schließlich zeichnet es sich auch durch eine sehr geringe Geräuschemission aus.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Nachfolgend werden anhand von Abbildungen einzelne Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 als vertikale Schnittzeichnung die erfindungsgemäße Lenkanordnung als Überblicksdarstellung,

Fig. 2 als Detailansicht die Schnittzeichnung und das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1,

Fig. 3. eine weitere Ausführungsform als Schnittzeichnung in zwei Teilbildern I., II.,

Fig. 4 eine zu Figur 3 alternative Ausführungsform als Schnittzeichnung in zwei Teilbildern I., II.,

Fig. 5 in zwei Teilbildern I., II. eine Ausführungsform eines Anschlagskörpers als Draufsicht und Schnittdarstellung,

Fig. 6 in zwei Teilbildern I. II. eine Ausführungsform eines Mitnehmerkörpers als Draufsicht und Schnittdarstellung,

Fig. 7 in zwei Teilbildern I., II. eine alternative Ausführungsform zur Figur 5 und

Fig. 8 eine alternative Ausführungsform zur Figur 2.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnung

In der Figur 1 ist eine als vertikale Schnittzeichnung eine Lenkanordnung 100 als Überblicksdarstellung gezeigt. Hierbei ist eine Lenkungsanordnung 100 für ein Fahrzeug dargestellt, das eine Lagereinheit 200 mit einer Mehrzahl an Lagerelementen 202 aufweist. Die zentrale Lenkwelle 102 erstreckt sich in Längsrichtung der Drehachse 106, um die die Lenkwelle 102 drehbar ist. Die Lenkwelle 102 ist mindestens teilweise in einem Mantelrohr 104 untergebracht und hiervon umschlossen.

Die Lagereinheit 200 umfasst als Lagerelemente 202 einen inneren Anschlagskörper 108, der in einem Anlagebereich 138 auf der Lenkwelle 102 befestigt ist und mit dieser rotiert. Der Anschlagskörper 108 kann beispielsweise aufgeschraubt oder aufgepresst sein. Dabei verweist die Benennung „innen" darauf, dass dieser Anschlagskörper 108 radial innen auf der Lenkwelle 102 befestigt ist, im Gegensatz zu dem äußeren Anschlagskörper 112, welcher radial außen, außerhalb von der Lenkwelle 102, in Anlage gebracht ist und nicht mit dieser rotiert. Die äußere Anschlagseinheit 112 ist an einer weiteren Anlagefläche 132 angelegt oder befestigt, die als Kranz, Kante oder Ring ausgebildet sein kann. Alternativ ist diese auch aus einem oder mehreren Anlagestegen oder Anlagefingern ausgebildet.

Weiterhin umfasst die Lagereinheit 200, wie in Figur 5 im Detail dargestellt, drei umlaufende Teilbahnen 122, deren trennende Stege 142 zwischen den Teilbahnen 122, drei Kopplungselemente 114 darstellen. Die vier zentralen Mitnehmerkörper 110 sind jeweils beidseitig und die beiden Anschlagskörper 108, 112 jeweils einseitig als rotative Axiallager 116 ausgebildet. Das heißt, jede der sich gegenüberliegenden Lagerelemente 202 weist eine Seite einer Laufbahn 118 bzw. die jeweiligen Teilbahnen 122 auf, so dass zwei Lagerelemente 202 gemeinsam eine rotatives Axiallager 116 bilden. Die vier Mitnehmerkörper 110 sind ring- oder kranzförmig ausgebildet.

Der innere Anschlagskörper 108 und die vier Mitnehmerkörper 110 weisen alle die in Figur 5 gezeigten inneren Stege 142 als Kopplungselemente 114 auf. Es kann somit jedes dieser Elemente ca. 120° gedreht werden, bevor das Kopplungselement 114 mit dem jeweils benachbarten Mitnehmerkörper 110 oder dem Ende der Teilbahn 122 als Kopplungselement 114 in Eingriff gerät und dieses antreibt. In dem gezeigten Beispiel kann somit eine maximale Drehung der Lenkwelle 102 als das Fünffache von ca. 110° vorgenommen werden, bevor das letzte Kopplungselement 114 des letzten Mitnehmerkörpers 110 an dem Anschlagselement 130 des äußeren Anschlagskörpers 112 als Endanschlag in Kontakt kommt, das eine weitere Drehung der Lenkwelle 102 hindert. Das stegartige Kopplungselement 114 zwischen den Teilbahnen 122, belegt in dem gezeigten Beispiel einen Winkel von ca. 10°. Alternativ hindert ein oder mehrere innere Kopplungselemente 114 eine weitere Drehung, wie insb. im Zusammenhang mit Figur 5 oder 6 im Detail gezeigt und erläutert ist.

In der Figur 2, einer Detailansicht der Lagereinheit 200 gemäß der Figur 1, ist das Dämpfungselement 128 dargestellt, das aus dem äußeren Anschlagskörper 112, dem Federelement 128 und dem Abschlusselement 140 gebildet ist. Das Federelement 128 ist als Tellerfeder ausgebildet und zwischen dem ringförmigen Abschlusselement 140 und dem äußeren Anschlagskörper 112 eingelegt. Das Abschlusselement 140 ist in axialer Richtung in Anlage an der am Anschlagelement 130 angeordneten Anlagefläche 132 angelegt. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist das an dem äußeren Mantelrohr 104 befestigte Anschlagselement 130 als eine Mehrzahl von Einzelfingern ausgebildet. Das Übergangselement 150 der äußere Anschlagseinheit 112 kann unter Verformung des Federelementes 128 in Richtung des ringförmigen Anschlagelementes 140 verschoben werden. Weiterhin ist in der Figur 2 zu erkennen, wie die das als Tellerfeder ausgebildete Dämpfungselement 128 zwischen dem äußeren Abschlusselemente 140 und dem Übergangselement 150 angeordnet ist, wobei das innere Übergangselement 150 eine Lagerkante für das als Dämpfungsmittel 128 aufweist. Das Mantelrohr 104 weist nasenartige Stege als Anschlagelemente 130 auf, an denen das Abschlusselement 140 nach außen hin abgestützt ist. Das innere Überganselement 150 weist eine zu dem benachbarten Mitnehmerkörper 108 korrespondierende Laufbahn 118 auf.

Die äußere Anschlagseinheit 112 ist fixiert oder im Wesentlichen fixiert und dreht nicht um die Drehachse 106.

Wie in der Figur 2 dargestellt, sind die Lagerelement 202 durch die fünf rotativen Axiallager 116 vollständig axial und auch radial ausgerichtet, so dass zwischen der Lenkwelle 104 und der radial inneren Oberfläche gelagerten Lagerelemente 202 ein Luftspalt 126 ausgebildet ist.

In der Figur 3 ist eine zur Figur 2 alternative Ausführungsform dargestellt, wobei der Vertikalschnitt im Teilbild I. analog verläuft und ein hierzu quer verlaufender Schnitt im Teilbild II. gezeigt ist. Diese Ausführungsform unterscheidet sich im Wesentlichen dadurch, dass nur zwei statt vier Mitnehmerkörper 110 vorgesehen sind, sowie durch eine unterschiedliche äußere Anschlagseinheit 112. Diese äußere Anschlagseinheit 112 umfasst kein ringförmiges Anschlagselement, sondern das als Feder, hier Tellerfeder, ausgebildetes Dämpfungselement 128, stützt sich unmittelbar an den starren Anschlagselementen 130 des umgebenden Mantelrohres 104 ab. An den starren Anschlagselementen 130 liegen in Umfangsrichtung beidseitig fingerartige Drehversicherungen 138 an.

Das in der Figur 4 im Teilbild I. als vertikaler Längsschnitt gezeigte Ausführungsbeispiel zeigt drei Mitnehmerkörper 110, die auf als Wälzlager ausgebildeten rotativen Radiallagern 124 gelagert sind, zusätzlich zu den dazwischen angeordneten rotativen Axiallagern 116. Weiterhin ist in dem gezeigten Beispiel der innere Anschlagskörper 108 vorgesehen, wobei die äußere Anschlagseinheit 112 im Wesentlichen aus dem als Feder ausgebildeten Dehnungselement 128 gebildet wird, dass auf der Lenkwelle 102 in axialer Richtung festgelegt ist und in Richtung an dem äußersten Mitnehmerkörper 110 klemmend anliegt. Der äußerste Mitnehmerkörper 110 weist ein fingerartiges Kopplungselement 114 auf, welches eine gewisse Bewegung parallel zur Drehachse ermöglicht. Das als Tellerfeder ausgebildete Federelement 128 ist eigenständig auf der Lenkwelle 102 befestigt und wirkt in axialer Richtung pressend auf den hintersten Mitnehmerkörper 110. Dieser äußere Mitnehmerkörper 110 weist nur eine einseitige Laufbahn 118 für Laufkörper 120 auf, wie beispielsweise in der Figur 5 im Detail dargestellt ist. Weiterhin ist im Teilbild I. die Schnittlinie A-A und die Blickrichtung für das Teilbild II. eingezeichnet.

Die rotativen Axiallager 116 sind bei einer Ausführungsform der Figur 4 als Wälzlager ausgebildet, die eine eigene, die Walzen tragende Lagerstruktur aufweisen und sind als eigenständige Wälzlager zwischen den rotierbaren Mitnehmerkörpern 110 beziehungsweisen dem Abschlusskörper 108 angeordnet. Die Mitnehmerkörper 110 sind vorliegend an den die Axiallager berührenden Flächen flach ausgeführt, dies bedeutet, dass dort keine Laufbahnen vorgesehen sind, so dass diese parallel zu Drehachse 106 und in Richtung der Federkraft verschieblich sind.

Wie in der vertikalen Schnittdarstellung quer zur Drehachse 106 des Teilbildes II. der Figur 4 zu erkennen, weist jeder Mitnehmerkörper 110 nur ein Mitnahmeelement 114 auf. Somit beträgt der gesamte Drehwinkel maximal das Vierfache von ca. 360°, abzüglich jeweiligen Breiten der interagierenden Elemente. Fluchtend mit der Lotrechten 136, die senkrecht auf der Drehachse 106 steht, ist ein Anschlagselement 130 in einer oberen Position dargestellt, gegen welches das Mitnahmeelement 114 des äußersten Mitnehmerkörpers 110 anliegt. Das äußere Mitnahmeelement 114 des zweiten, mittleren Mitnehmerkörpers 110 in mit der Lotrechten 136 fluchten in einer tiefen Position und würde bei der gezeigten Drehrichtung 138, wenn es selbst angetrieben würde, nach ca. 360° mit dem Mitnahmeelement 114 des äußersten Mitnehmerkörpers 110 in Kontakt kommen und dieses gegen den Uhrzeigersinn von dem Anschlagselement 130 distanzieren.

In dem Beispiel nach Figur 4 sind sowohl das Radiallager wie auch das Axiallager als Wälzlager bzw. als Nadellager ausgebildet, bei denen die Wälzkörper Nadeln oder sehr kleinen Zylinderrollen ähneln. Alternativ kann zumindest das Axiallager 116 auch als rotative Kugellager ausgebildet sein.

In der Figur 5 ist ein Ausführungsbeispiel der in drei Teilbahnen 122 aufgeteilte Laufbahn 118 eines Anschlagköpers 108 in zwei Teilbildern I., II. gezeigt, wie er beispielsweise in den Figuren 1, 2 und 3 beschrieben ist. Dieser weist einseitig eine Laufbahn 118 auf, die in drei Teilbahnen 122 aufgeteilt ist, wobei in jeder Teilbahn eine Kugel als Laufkörper 120 geführt wird. Die Länge bzw. der Winkel 144 der Teilbahnen 122 beträgt 110° und der Winkel 146 des Steges 142 zwischen den Teilbahnen 122, der das innere Kopplungselement 114 darstellt, beträgt ca. 10°.

Ein Mitnehmerkörper 110 mit einer einseitigen Laufbahn wäre analog aufgebaut.

In der Figur 6 ist ein Mitnehmerkörper 110 einer beidseitigen Laufbahn 118 gezeigt, wobei die Draufsicht im Teilbild I. analog zu Teilbild I. der Figur 5 zu verstehen ist. Die Teilbahnen 122 der Innen- und Außenseite sind, wie in Teilbild II. zu erkennen, um 60° versetzt oder um die Horizontale gespiegelt angeordnet. Die obere und untere Schnittfläche weist somit auf einer Seite jeweils den Steg 142 zwischen den Teilbahnen 122 auf, der als Kopplungselement 114 fungiert und gegenüberliegend die jeweilige Teilbahn 122 der Laufbahn 118.

In den Figuren 5 und 6 ist weiterhin erkennbar, dass die jeweiligen Enden der Teilbahnen 122 leicht angephast sind, so dass der Laufkörper 120, wenn er in diese Endposition gezwungen wird durch eine Kraftkomponente in Umfangsrichtung, auch eine Kraftkomponente in axialer Richtung verursacht, die gegen die Federkraft des Dämpfungselementes 128 wirkt.

Dieser Effekt kann bei nicht dargestellten Ausführungsformen weiter ausgeprägt werden, indem die Teillaufbahnen 122 auf einem Endabschnitt eine geringere Tiefe und/oder einen geringeren Radius aufweisen, so dass der umlaufende Laufkörper 120 auf einer längeren Strecke eine Bewegungs- und Kraftkom ponente in axialer Richtung erfährt. Diese Verringerung der Tiefe und/oder des Radius der Laufbahn 118 auf einem Abschnitt kann insbesondere 0,05 bis 5,0 % betragen und ein- oder beidseitig 1,0 bis 10% der Teillaufbahn 122 betreffen.

Vorliegend wird die Lenkanordnung in einer konkreten Abfolge der Lagerelemente gezeigt, wobei ein nicht dargestelltes Lenkrad auf der linken Seite der Abbildungen unterstellt wird. Die ist aber nicht einschränkend zu verstehen und es kann für die Abfolge auf eine Invertierung vorgenommen werden, indem der innere Anschlagkörper links auf der Lenkwelle angeordnet ist und die äußere Anschlagseinheit rechts an einem Mantelrohr oder einer anderen starren Baueinheit angebracht ist.

Figur 7 zeigt eine alternative Ausführungsform zur Figur 5, welche zusätzlich auf dem äußeren Umfang im selben Winkelabstand wie die Lage der Stege 142 zwischen den Teilbahnen 122 Kopplungselemente 114 aufweist, die als Eingriffsfinger oder Eingriffsbolzen ausgebildet sind. Diese Ausführungsform kann vorteilhaft sein, wenn hohe Drehkräfte erwartet werden und eine zusätzlich mechanische Drehsicherung vorgehalten werden soll, zusätzlich zu den als Kopplungselementen 114 wirkenden Stegen 142.

In der Figur 8 ist schließlich ein zur Figur 2 analoges Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem analog zur Figur 7 am äußeren Umfang auf jedem Lagerelement 202 ein äußeres, fingerartiges Kopplungselement 114 angeordnet ist, die in der entsprechenden Drehposition an dem benachbarten Kopplungselement 114 oder der jeweiligen Basis des Kopplungselementes 114 anschlägt und bis zur finalen Endposition in Umfangsrichtung antreibt.

Bezugszahlenliste

100 Lenkungsanordnung

102 Lenkwelle

104 Mantelrohr

106 Drehachse

108 Anschlagskörper (innen)

110 Mitnehmerkörper

112 Anschlagseinheit (außen)

114 Kopplungselement

116 Axiallager

118 Laufbahn

120 Laufkörper (Kugel, Walze)

122 Teilbahn

124 Radiallager

126 Luftspalt

128 Dämpfungselement, Feder/-element

130 Anschlagselement (auf Mantelrohr)

132 Anlagefläche (auf Welle)

134 Führungsstruktur (Kugelkäfig)

136 Lotrechte

138 Drehrichtung

140 Abschlusselement

142 Steg

144 Winkel (Teilbahn)

146 Winkel (Steg, Kopplungselement) Übergangselement Lagereinheit Lagerelement

Claims

Patentansprüche Lenkungsanordnung (100) für ein Fahrzeug, umfassend eine um eine Drehachse (106) drehbar gelagerte Lenkwelle (102) und eine hieran angeordnete Lagereinheit (200) zur Steuerung und Begrenzung des Drehwinkels der Lenkwelle (102) bei der Drehung um die Drehachse (106), wobei die Lagereinheit (200) die folgenden Lagerelemente (202) umfasst:

- einen rotativ auf der Lenkwelle (102) an einer Anlagefläche (132) festgelegten inneren Anschlagskörper (108),

- eine an einer weiteren Anlagefläche (146) anliegenden oder festgelegte äußere Anschlagseinheit (112), wobei der innere Anschlagskörper (108) und/oder die äußere Anschlagseinheit (112) ein Kopplungselement (114) umfasst, mittels welchem eine Drehkraft an mindestens ein in Achsrichtung benachbartes Lagerelement (202) übertragbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Lagerelement (202) mindestens einseitig ein rotatives Axiallager (116) aufweist und/oder mit einem rotativen Axiallager (116) verbunden ist. Lenkungsanordnung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als weiteres Lagerelement (202) mindestens ein Mitnehmerkörper (110) vorgesehen ist, der zwischen dem Anschlagskörper (108) und der Anschlagseinheit (112) angeordnet ist, wobei der mindestens eine Mitnehmerkörper (110) um die Drehachse (106) rotierbar gelagert ist und mindestens ein Kopplungselement (114) zur mechanischen Kopplung an ein in Achsrichtung benachbartes Lagerelement (202) aufweist, wobei der mindestens eine Mitnahmekörper (110) mindestens einseitig ein rotatives Axiallager (116) aufweist und/oder mit einem rotativen Axiallager (116) verbunden ist, mindestens ein Mitnehmerkörper (110) beidseitig ein rotatives Axiallager (116) aufweist oder hiermit verbunden ist. Lenkungsanordnung (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Lagerelement (202) mindestens einseitig eine mindestens teilweise umlaufende Laufbahn (118) für mindestens einen Laufkörper (120) aufweist, der als Kugel oder Walze ausgebildet ist. Lenkungsanordnung (100) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufbahn (118) in mindestens zwei Teilbahnen (122) unterteilt ist, wobei in jeder Teilbahn (122) mindestens ein Laufkörper (120) vorgesehen und geführt ist. Lenkungsanordnung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kopplungselement (114) zur Weiterleitung der Drehkraft auf das axial benachbarte Lagerelement (202)

- ein Stoppelement, ein Stegabschnitt oder eine Bremsabschnitt im Bereich der Laufbahn (118) und/oder mindestens einer Teilbahn (122) ist, wobei die wobei die Weiterleitung der Drehkraft über den mindestens einen Laufkörper (120) erfolgt und/oder

- ein Eingriffsfinger oder Eingriffsbolzen, wobei die Weiterleitung der Drehkraft über ein entsprechendes Gegen- oder Anschlagselement erfolgt. Lenkungsanordnung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Laufkörper (120) in einer Führungsstruktur (134) rotierbar gehalten sindwelcher als ein Kugelkäfig, einem Walzenkäfig oder einem Lagerungsrahmen für einem Mehrzahl von Walzen ausgebildet ist. Lenkungsanordnung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlagseinheit (112) ein Dämpfungselement (126) umfasst und/oder als solches ausgebildet ist. Lenkungsanordnung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Lagerelement (202), und/ oder mindestens eine Mitnahmeelement (110), am radialen Übergang zur Lenkwelle (102) ein Radiallager (124) aufweist, insbesondere rotatives Radiallager (124). Lenkungsanordnung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Lagerelement (202), und/oder mindestens ein Mitnahmeelement (110), entweder

- relativ zu dem rotativen Radiallager (112) und/oder

- mit dem rotativen Radiallager (112) in Achsrichtung verschieblich gelagert ist. Fahrzeug mit einer Lenksäule, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine Lenkungsanordnung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche umfasst.