Lenksäule für ein Kraftfahrzeug

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Lenksäule für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Manteleinheit, in der eine Lenkspindel um eine in Längsrichtung verlaufende Längsachse drehbar gelagert ist und die mindestens zwei in Längsrichtung relativ zueinander verstellbar geführte Mantelrohre mit mehreckigem Querschnitt aufweist, wobei zwischen den Mantelrohren einen Wälzkörper radius aufweisende Wälzkörper in Laufbahnen in Längsrichtung abrollbar angeordnet sind, wobei mindestens drei Laufbahnen über den Umfang verteilt angeordnet sind.

Eine Lenksäule für ein Kraftfahrzeug weist eine Lenkwelle mit einer Lenkspindel auf, an de ren in Fahrtrichtung hinteren, dem Fahrer zugewandten Ende ein Lenkrad zur Einbringung eines Lenkbefehls durch den Fahrer angebracht ist. Die Lenkspindel ist in der Manteleinheit einer Stelleinheit drehbar gelagert, die an der Fahrzeugkarosserie über eine Trageinheit ge lagert ist, welche die Manteleinheit hält. Verstellbare Lenksäulen ermöglichen die Verstellung der Stelleinheit relativ zur Fahrzeugkarosserie.

Es ist bekannt, die Lenksäule in Längsrichtung, d.h. in Achsrichtung der Lenkspindel, ver stellbar zu gestalten, um im manuellen Fährbetrieb das Lenkrad in Bedienposition für einen bequemen Lenkeingriff an die Fahrerposition anzupassen. Zum autonomen Fahren, wenn kein manueller Lenkeingriff erfolgt, kann die Lenksäule einen möglichst großen Verstellweg in Längsrichtung haben, so dass durch maximales Zusammenschieben in Längsrichtung das Lenkrad in eine Verstauposition außerhalb der Bedienposition gebracht werden kann, um den Fahrzeuginnenraum für eine anderweitige Nutzung freizugeben.

Zur Verstellung in Längsrichtung weist die Manteleinheit eine teleskopartige Anordnung von Mantelrohren auf. Es sind Einfach-Teleskopanordnungen bekannt, bei denen ein Innenman telrohr in ein Außenmantelrohr eintaucht. Insbesondere zur Realisierung großer Verstellver hältnisse sind Mehrfach-Teleskopanordnungen bekannt, bei denen dazwischen ein oder mehr Zwischenmantelrohre eingefügt sind. Um eine leichtgängige und spielarme Verstellbar keit zu erreichen, und dabei dennoch eine möglichst hohe Biegesteifigkeit der Manteleinheit darstellen zu können, ist es bekannt, eine lineare Wälzlagerung zwischen den Mantelrohren- vorzusehen. Aus der US 5,737,971 ist beispielsweise eine gattungsgemäße Lenksäule be kannt, bei der die Manteleinheit insgesamt vier paarweise bezüglich der Längsachse gegen- überliegende Wälzkörperführungen aufweist. Für jede der Wälzkörperführungen ist jeweils eine rinnen- oder nutförmige Laufbahn außen an einem inneren Mantelrohr, und dieser radial gegenüberliegend innen an einem äußeren Mantelrohr angeordnet. In dem zwischen den Laufbahnen begrenzten Laufbahnquerschnitt sind als Wälzkörper in Reihen jeweils mehrere Kugeln angeordnet, die sich bei einer relativen Verstellung der Mantelrohre in Längsrichtung auf den Laufbahnen abwälzen können. Dadurch, dass der Abrollquerschnitt, der den Wälz körperquerschnitt in Abrollrichtung quer zur Längsachse bezeichnet, mit geringen Toleran zen an den Laufbahnquerschnitt angepasst wird, kann eine leichtgängige und spielarme Ver stellung realisiert werden.

Die Laufbahnen sind auf den Verbindungsseiten, dies sind die Seitenflächen der im Quer schnitt rechteckigen Mantelrohre, angeordnet. Die mehreckigen Mantelrohre haben zwar in sich eine relativ hohe Steifigkeit. Dadurch, dass die Wälzkörperführungen auf den Seitenflä chen, welche die Verbindungsseiten bilden, angeordnet sind, kann für die gesamte Mantel einheit für einen gegebenen Querschnitt der Mantelrohre jedoch nur eine begrenzte Steifig keit realisiert werden. Außerdem ist der Bauraumbedarf relativ groß.

Weiterhin ist es bei der bekannten Manteleinheit erforderlich, das Lagerspiel der Wälzkörper zu den Laufbahnen mit geringen Toleranzen nahe null relativ genau vorzugeben, da ein großes Lagerspiel die Steifigkeit verringert, aber ein zu geringes Lagerspiel die Verstellkraft erhöht, was zu einer nicht akzeptablen schwergängigen Verstellung führt. Die engen einzu haltenden Toleranzen führen bei der bekannten Lenksäule zu einem hohen Fertigungs- und Montageaufwand.

Angesichts der vorangehend erläuterten Problematik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte wälzgelagerte Manteleinheit mit höherer Steifigkeit und kompak ter Bauweise zur Verfügung zu stellen. Weiterhin wird eine verbesserte Funktion mit geringe rem Fertigungsaufwand angestrebt.

Darstellung der Erfindung

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Lenksäule mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , sowie durch ein Verfahren zur Herstellung einer Lenksäule gemäß Anspruch 12. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bei einer Lenksäule für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Manteleinheit, in der eine Lenk spindel um eine in Längsrichtung verlaufende Längsachse drehbar gelagert ist und die min- destens zwei in Längsrichtung relativ zueinander verstellbar geführte Mantelrohre mit mehre ckigem Querschnitt aufweist, wobei zwischen den Mantelrohren einen Wälzkörperradius auf weisende Wälzkörper in Laufbahnen in Längsrichtung abrollbar angeordnet sind, wobei min destens drei Laufbahnen über den Umfang verteilt angeordnet sind, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Mittelpunkte der radial außen auf einem Mantelrohr abrollbaren Wälzkörper einen radialen Abstand kleiner oder gleich dem Wälzkörperradius zu einem Hüll kreis haben, der das Mantelrohr, auf dem die Wälzkörper außen abrollbar sind, umschreibt.

Bevorzugt ist der Wälzkörper als Kugel oder als Zylinderrolle ausgebildet.

Ein mehreckiger Querschnitt weist eine mehrkantige oder mehrschenklige Grundform auf, wobei diese von einer kreiszylindrischen Form abweicht. Es ist dabei nicht erforderlich, dass sich die Ecken durch nicht differenzierbare Stellen bildet, sondern diese können auch abge rundet sein. Auch stark verrundete Querschnittsprofile, wie ein kleeblättriges Profil, weisen einen mehreckigen Querschnitt auf.

Durch die Erfindung wird eine optimierte Ausgestaltung und Anordnung der Wälzkörperfüh rungen bei mehrkantigen Mantelrohren angegeben, die einen bevorzugt drei, vier-, sechs- oder achteckigen Querschnitt haben. Dabei wir ein optimiertes Verhältnis des Wälzkörperra dius, welcher dem halben Wälzkörperdurchmesser entspricht und den Abrollradius angibt, zum Durchmesser des Hüllkreises eines Mantelrohrs angegeben, welches auf seiner Außen seite Laufbahnen aufweist.

Der Hüllkreis des Mantelrohrs bezeichnet den Kreis mit dem kleinsten möglichen Radius, dem Hüllkreisradius, der den mehreckigen Außenquerschnitt des Mantelrohrs umschließt, wobei die Ecken den Hüllkreis an mindestens drei Punkten berühren. Bevorzugt ist der Quer schnitt symmetrisch zur Längsachse orientiert, so dass der Hüllkreis bevorzugt konzentrisch zur Längsachse liegen kann.

Erfindungsgemäß sind die Wälzkörper mit ihren Mittelpunkten innerhalb eines im Querschnitt kreisringförmigen Optimalbereichs angeordnet, dessen Innenradius der Differenz von Hüll kreisradius und Wälzköperradius entspricht, und dessen Außenradius durch die Summe von Hüllkreisradius und Wälzkörperradius gegeben ist.

Dadurch, dass der Hüllkreis für einen gegebenen Querschnitt eines Mantelrohrs eindeutig definiert ist, können abhängig vom Wälzkörperradius die Wälzkörperführungen mit höherer Steifigkeit ausgebildet werden, wobei durch die kompakte Bauform eine bessere Nutzung des zur Verfügung stehenden, in der Regel knappen Bauraums im Kraftfahrzeug ermöglicht wird.

Bevorzugt können die Mittelpunkte außerhalb des Hüllkreises liegen. Dadurch wird ein grö ßerer freier Laufbahnquerschnitt radial zwischen den Laufbahnen ermöglicht. Es kann ein größerer Querschnitt des Mantelrohrs gewählt werden, und dadurch, dass die Wälzkörper weiter von der Längsachse entfernt sind und die Wälzkörperführungen einen größeren radia len Abstand voneinander haben können, kann eine höhere Biegesteifigkeit der Wälzkörper führung realisiert werden.

Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass der mehreckige Querschnitt relativ zueinander abgewinkelte Verbindungsseiten aufweist, wobei eine Laufbahn zwischen zwei Verbindungs seiten angeordnet ist, vorzugsweise sämtliche Laufbahnen jeweils zwisch

en zwei benachbarten Verbindungsseiten angeordnet sind. Das Mantelrohr hat außen eine in Längsrichtung langgestreckte mehrkantige Grundform, beispielsweise eine Drei-, Vier-, Sechs- oder Achtkant-Prismenform, bei der die Verbindungsseiten, die durch die Seitenflä chen gebildet werden, parallel zu Sekanten des Hüllkreises ausgerichtet sind. Die Verbin dungsseiten liegen jeweils in Seitenebenen, die sich in einem Kantenbereich schneiden, der sich im Querschnitt jeweils im Bereich einer Ecke befindet. Eine Laufbahn ist erfindungsge mäß bevorzugt in diesem Eck- bzw. Kantenbereich zwischen zwei Verbindungsseiten ange ordnet. Dadurch kann eine hohe Verformungssteifigkeit der Laufbahnen erzeugt werden, die bei gleicher Wandungsstärke des Mantelrohrs höher sein kann als bei innerhalb der Verbin dungsseiten angeordneten Wälzlagerführungen. Durch die Anordnung in den Kantenberei chen kann weiterhin eine Bauraumoptimierung erfolgen.

Bei der vorgenannten Ausführungsform ist es möglich, dass mindestens eine Laufbahn auf einer Laufbahnseite angeordnet ist, die abgewinkelt zwischen Verbindungsseiten angeordnet ist. Eine Laufbahnfläche kann ähnlich einer Fase angeordnet sein, und erstreckt sich parallel zur Längsachse in einer Laufbahnebene, die zu den benachbarten Verbindungsseiten ge neigt ist. Die Laufbahnseite kann zumindest abschnittweise einen radialen Abstand zum Hüll kreis haben, und ist beispielsweise relativ dazu radial nach innen versetzt. Dadurch ist es möglich, die Wälzkörper optimiert im Kantenbereich der an die Laufbahnseite angrenzenden Verbindungsseiten zu positionieren, um eine möglichst hohe Steifigkeit zu erzeugen.

Bevorzugt können die Verbindungsseiten und/oder die Laufbahnseiten im Wesentlichen eben ausgebildet sein. Dabei können die Verbindungs- und/oder Laufbahnseiten die äuße ren Seitenflächen eines mehrkantigen Mantelrohrs bilden, die jeweils in Verbindungs- bzw- Laufbahnebenen liegen, die parallel zu Sekanten des Hüllkreises ausgerichtet. Die Verbin- dungs- und Laufbahnseiten können regelmäßig oder unregelmäßig, symmetrisch oder un symmetrisch angeordnet sein. Es kann vorteilhaft sein, dass sich jeweils zwei Verbindungs seiten bzw. Laufbahnseiten bezüglich der Längsachsehe parallel gegenüberliegen.

Es kann bevorzugt vorgesehen sein, dass die Mittelpunkte von in benachbarten Laufbahnen angeordneten Wälzkörpern senkrecht zur Längsachse einen Querabstand von mindestens dem vierfachen Wälzkörperradius haben. Dieser Querabstand, der mindestens dem doppel ten Wälzkörperdurchmesser entspricht, sorgt in vorteilhafter Weise für eine über den Umfang verteilte, und damit vergleichmäßigte Abstützung von auf die Manteleinheit einwirkenden Querkräften.

Es ist vorteilhaft, dass eine Mehrzahl von Wälzkörpern um ihren Mittelpunkt drehbar in einem Wälzkörperkäfig gehalten ist. Als Wälzkörper können beispielsweise Kugeln oder Rollen ein gesetzt werden, wobei jeweils mehrere Wälzkörper mit Abstand in Längsrichtung in einer Laufbahn angeordnet sind. Ein Wälzkörperkäfig kann als Kugel- oder Rollenkäfig ausgebildet sein und dient zur Halterung und Führung von mehreren Wälzkörpern, die in entsprechend ausgestalteten Aufnahmen um ihre Abroll- oder Wälzachse frei drehbar aufgenommen sind. In der Manteleinheit ist er koaxial in dem Zwischenraum zwischen zwei Mantelrohren ange ordnet, so dass die Wälzkörper im Laufbahnquerschnitt positioniert sind. Eine Mehrzahl von Wälzkörpern kann auf diese Art jeweils in Reihen angeordnet sein, wobei bevorzugt mehrere Reihen entsprechend der Anordnung der Laufbahnen über den Umfang verteilt angeordnet sind. Ein Wälzkörperkäfig kann rohrfömig-geschlossen ausgebildet und koaxial zur

Längsachse zwischen den Mantelrohren eingesetzt sein, oder in Umfangsrichtung separate Segmente aufweisen.

Eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung ist, dass die Manteleinheit mindestens drei Man telrohre aufweist, die mindestens ein Außen-, Zwischen- und Innenmantelrohr umfassen, mit mindestens einem in dem Außenmantelrohr angeordneten Zwischenmantelrohr, in dem das Innenmantelrohr oder ein weiteres Zwischenmantelrohr angeordnet ist, wobei auf mindes tens einem Zwischenmantelrohr und dem Innenmantelrohr Wälzkörper außen abrollbar sind. Bei einem derartigen Mehrfachteleskop sind zwischen einem Außenmantelrohr und einem Innenmantelrohr ein oder mehrere Zwischenmantelrohre teleskopierbar eingesetzt. Dadurch kann ein besonders großes Verstellverhältnis zwischen der maximal zusammengeschobe nen und der maximal auseinander gefahrenen Verstellposition realisiert werden, wie dies beispielsweise bei verstaubaren Lenksäulen für autonomen Fährbetrieb vorteilhaft ist. Das Innenmantelrohr und das oder die Zwischenmantelrohre weisen jeweils auf ihrer Außenseite äußere Laufbahnen auf, die zur Begrenzung des Laufbahnquerschnitts korrespondierenden innen in dem Außenmantelrohr, oder auch in einem weiteren Zwischenmantelrohr angeord neten Laufbahnen radial gegenüberliegen. Entsprechend können bevorzugt das Innenman telrohr und das oder die Zwischenmantelrohre erfindungsgemäß ausgestaltet sein. Die da durch erreichte erhöhte Steifigkeit der Wälzkörperlagerungen ist insbesondere bei einem Mehrfach-Teleskop besonders vorteilhaft, da die Steifigkeit der Manteleinheit durch die Stei figkeit der Mehrzahl der Wälzkörperlagerungen maßgeblich beeinflusst wird. Dabei kann eine kompakte Bauform realisiert werden, insbesondere durch die oben beschriebene Anordnung der Wälzkörper im Bereich der Kanten.

In der vorgenannten Ausführung kann bevorzugt vorgesehen sein, dass ein auf einem ersten Mantelrohr angeordneter erster Wälzkörper von einem auf einem zweiten Mantelrohr ange ordneten zweiten Wälzkörper einen Mittenabstand hat, der kleiner oder gleich einem vierfa chen Wälzkörperradius des größten Wälzkörpers ist. Dadurch, dass der Mitten- bzw. Mittel punktabstand zwischen den Wälzkörpern einer inneren und einer relativ dazu äußeren Wälz lagerung, die bezüglich eines Zwischenmantelrohrs innen und außen angeordnet sind, klei ner oder gleich dem doppelten Wälzkörperdurchmesser sind, kann eine besonders steife Ab stützung gegeneinander erzeugt werden. Dadurch kann die Steifigkeit der Manteleinheit er höht werden.

Eine Laufbahn kann als rinnenförmige Einformung ausgebildet sein. Der rinnen- oder nutför mig in radialer Richtung vertiefte Querschnitt einer Laufbahn kann bevorzugt an die Form und Abmessung der Wälzkörper angepasst werden, um eine definierte Abwälzung der Wälz körper in dem konkav offenen Querschnitt zu erzeugen. Ein Mantelrohr kann aus einem Rohrprofil gebildet werden, in das die Laufbahnen durch Kaltverformung eingebracht wer den, beispielsweise durch Walzen oder Pressen.

Die Mantelrohre können bevorzugt aus Stahl oder aus einer Aluminiumlegierung gefertigt sein, und die Wälzkörper aus Wälzkörperstahl wie beispielsweise 100Cr6 gemäß DIN EN ISO 683-17.

Für eine möglichst hohe Steifigkeit ist es erforderlich, dass die Wälzkörper zu den Laufbah nen ein möglichst geringes Lagerspiel (Lagerluft) haben, und nahezu spielfrei laufen. Beson ders bevorzugt ist das Lagerspiel null, so dass die Wälzkörper spielfrei laufen. Dabei muss jedoch gewährleistet sein, dass die Wälzkörper leichtgängig und gleichmäßig über den ge samten Verstellbereich abrollen können, und keine zu hohe Verstellkraft auftritt, was durch ein - auch abschnittweise - zu geringes Lagerspiel verursacht werden kann. Dabei ist gefor- dert, dass ein vorgegebener Verstellkraft-Referenzwert innerhalb akzeptabler Toleranzen über die gesamte Fertigung einer Serie eingehalten wird und auch die Schwankungen über den Verstellbereich gering sind. Im Stand der Technik müssen daher die Mantelrohre und insbesondere die Laufbahnen mit engen Toleranzen maßhaltig gefertigt werden, was zu ei nem entsprechend hohen Aufwand führt oder es müssen die Mantelrohre vor der Montage vermessen werden und entsprechend mit Wälzkörpern der dazu passenden geometrischen Größe bei der Montage bestückt werden. Hier werden beispielsweise verschiedene Klassen von Wälzkörpern vorgesehen, die jeweils zueinander einen Durchmesserunterschied von 5pm aufweisen. Dies erhöht die Taktzeit und Taktzahl bei der Montage und ist mit hohen La ger- und Logistikkosten verbunden.

Die vorgenannte Problematik tritt bei Lenksäulen mit wälzgelagerter Manteleinheit auf, wobei eine optimierte, spielarme und gleichzeitig leichtgängige Wälzlagerung bei einer Lenksäule der vorangehend beschriebenen Bauweise besonders bedeutsam ist, um die Vorteile der er findungsgemäß hohen Steifigkeit optimal nutzen zu können.

Zur Lösung der vorgenannten Problematik umfasst die Erfindung weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer Lenksäule, umfassend eine Manteleinheit, in der eine Lenkspindel um eine in Längsrichtung verlaufende Längsachse drehbar gelagert ist und die mindestens zwei in Längsrichtung um einen vorgegebenen Verstellweg relativ zueinander verstellbar geführte Mantelrohre aufweist, welche ein inneres Mantelrohr und ein äußeres Mantelrohr umfassen, die radial einander gegenüberliegende Laufbahnen aufweisen, zwischen denen einen vorge gebenen Abrollquerschnitt aufweisende Wälzkörper in Längsrichtung abrollbar angeordnet sind, bei dem die zur relativen Verstellung der Mantelrohre aufzuwendende Verstellkraft auf einen vorgegebenen Verstellkraft-Referenzwert eingestellt wird,

umfassend die Schritte:

A) Bereitstellen eines inneren Mantelrohrs, das eine äußere Laufbahn aufweist, und eines äußeren Mantelrohrs, das eine innere Laufbahn aufweist, wobei die innere Laufbahn und die äußere Laufbahn quer zur Längsachse einen Laufbahnquerschnitt begrenzen,

B) Bereitstellen von Wälzkörpern, deren Abrollquerschnitt größer ist als der Laufbahnquer schnitt,

C) Anordnen der Wälzkörper im Laufbahnquerschnitt,

D) Aufbringen einer axialen Verstellkraft zum relativen Bewegen der Mantelrohre in Längs richtung über den gesamten Verstellweg, wobei die Wälzkörper die Laufbahnen plastisch verformen, wobei die dabei ausgeübte Verstellkraft entlang des Verstellwegs gemessen wird,

E) Vergleichen der gemessenen Verstellkraft mit einem Verstellkraft-Referenzwert,

F1) Falls die gemessene Verstellkraft über den gesamten Verstellweg innerhalb vorgegebe- ner Toleranzgrenzen mit dem Verstellkraft-Referenzwert übereinstimmt: Ende des Verfah rens.

F2) Falls die gemessene Verstellkraft größer ist als der Verstellkraft-Referenzwert: weiter mit Schritt D).

Es kann vorgesehen sein, dass im Schritt D zusätzlich eine Querkraft und/oder ein Drehmo ment in die Mantelrohre eingebracht wird. Die Richtung der Querkraft ist orthogonal zur Längsrichtung. Dadurch kann das erfindungsgemäße Verfahren weiter verbessert zu wer den.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Kalibrierung der Wälzkörperlagerung auf einen vorgegebenen Verstellkraft-Referenzwert. Besonders vorteilhaft ist dabei, dass die An forderungen an die Maßhaltigkeit der anfänglich zur Montage bereitgestellten Mantelrohre geringer ist als für die Spielfreiheit der Wälzkörperführungen erforderlich ist.

Eine Besonderheit des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass die Wälzkörper über ihre prinzipielle Lagerfunktion hinaus als Fertigungsmittel, konkret als Walzen in einem Kaltwalz verfahren zur plastischen Formung der Laufbahnen genutzt werden. Dank des erfindungsge mäßen Verfahrens sind die Laufbahnen nach der Durchführung des Verfahrens optimal an die Wälzkörper angepasst.

Gemäß A) und B) werden zunächst Mantelrohre vorgefertigt, nämlich ein inneres und ein re lativ dazu äußeres Mantelrohr, welches entweder ein Außenmantelrohr oder auch ein Zwi schenmantelrohr einer Teleskopanordnung sein kann. Die Laufbahnen können dabei tole ranzbehaftet einen Laufbahnquerschnitt begrenzen.

Die Wälzkörper, beispielsweise Kugellager-Kugeln, können als industrielle Standard-Bauele mente mit hoher Maßhaltigkeit in der vorgegebenen Abmessung bereitgestellt werden.

Die Wälzkörper haben einen Abrollquerschnitt, der den Wälzkörperquerschnitt in Abrollrich tung quer zur Längsachse bezeichnet. Kugeln haben entsprechend einen kreisrunden Abroll querschnitt mit dem Kugeldurchmesser.

Für Schritte C) und D) werden die Mantelrohre zunächst koaxial zur Längsachse mit axialem Abstand zueinander angeordnet, und relativ zur Längsachse orientiert, so dass miteinander korrespondierende innere und äußere Laufbahnen einander radial gegenüberliegen. Die Wälzkörper werden axial zwischen den Mantelrohren im Bereich der Laufbahnquerschnitte angeordnet. Durch Aufbringen einer axialen Verstellkraft werden die Mantelrohre in Längs richtung aufeinander zu bewegt, bis das innere Mantelrohr vollständig bis zum Ende des Ver stellwegs in das äußere Mantelrohr eintaucht, wobei die Wälzkörper reibschlüssig zwischen den Mantelrohren mitgenommen werden.

Dadurch, dass die Wälzkörper Übermaß zum Laufbahnquerschnitt haben, bewirken sie ins besondere beim erstmaligen Abwälzen beim Eintauchen des inneren in das äußere Mantel rohr eine plastische Verformung der Laufbahnen. Dadurch wird der Laufbahnquerschnitt auf geweitet. Bevorzugt kann ein Schmierstoff, beispielsweise in Form eines Fetts, zwischen Wälzkörper und Laufbahn zur Reduktion der Reibung und zum Verhindern des Fressens zwischen Wälzkörper und der jeweiligen Laufbahn vorgesehen sein.

Während des Abwälzens wird die Verstellkraft gemessen, die aufgewendet werden muss, um die Mantelrohre relativ zueinander zu bewegen. Diese Verstellkraft ist beim erstmaligen Abwälzen zur plastischen Verformung der Laufbahnen aufgrund der dabei zu leistenden Ver formungsarbeit deutlich höher, als bei darauf folgenden Verstellbewegungen entlang der ver formten Laufbahnen.

Beim erstmaligen Abwälzen dienen die Wälzkörper als Walzen zu Kaltumformung der Lauf bahnen. Dies ist problemlos möglich, da die Kugeln oder Rollen aus Wälzkörperstahl deutlich härter sind als das Material der Mantelrohre, in der Regel unvergüteter Stahl. Kommerziell erhältliche Kugeln und Rollen haben dabei eine hohe Oberflächengüte und eine geringe Rauigkeit, so dass die Oberflächen der Laufbahnen mit entsprechend hoher Oberflächengü te kalt geformt werden. Ein weiterer positiver Effekt ist, dass durch das Walzen durch die Wälzkörper eine Gefügeverfestigung im Bereich der Abwälzflächen der Laufbahnen bewirkt wird, auf denen die Wälzkörper später beim Verstellen abrollen. Es wird eine Kaltvergütung der Laufbahnen erzeugt.

Während die Mantelrohre relativ zueinander bewegt werden, wird die Verstellkraft über den gesamten Verstellweg gemessen und mit einem vorgegebenen Verstellkraft-Referenzwert verglichen. Der Verstellkraft-Referenzwert entspricht der Verstellkraft, die manuell oder von einem motorischen Verstellantrieb zur Einstellung der Lenksäule im Fährbetrieb aufgebracht werden muss. Wenn die Wälzkörper Übermaß zum Laufbahnquerschnitt haben, und dadurch eine Kaltverformung bewirken, ist die zur Bewegung aufzuwendende Verstellkraft durch die dabei zu leistende Verformungsarbeit höher, als bei einer spielfreien Passung, bei der die Wälzkörper nur auf den Laufbahnen abrollen. Unter dem gesamten Verstellweg ist zumindest 90% des maximal möglichen Verstellwegs zu verstehen.

Solange gemäß Schritt F2) die gemessene Verstellkraft größer ist als der Verstellkraft-Refe- renzwert, wird Schritt D) wiederholt. In Schritt D) kann bevorzugt jeweils eine relative Bewe gung der Mantelrohre in einer Vorwärtsrichtung und anschließend in einer dazu entgegenge setzten Rückwärtsrichtung jeweils über den gesamten Verstellweg erfolgen. In Vorwärtsrich tung taucht das innere in das äußere Mantelrohr ein, so dass ein Zusammenschieben erfolgt, und in Rückwärtsrichtung erfolgt ein Auseinanderziehen. Bevorzugt kann jeweils ein Doppel hub umfassend jeweils eine Bewegung in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung über den gesam ten Verstellweg durchgeführt werden.

Sobald gemäß Schritt F1) erfasst wird, dass die gemessene Verstellkraft über den gesamten Verstellweg innerhalb vorgegebener Toleranzgrenzen mit dem Verstellkraft-Referenzwert übereinstimmt, ist die Manteleinheit fertig kalibriert und das Verfahren kann beendet werden.

Zur Anwendung auf Mehrfach-Teleskopanordnungen können entsprechend sämtliche Man telrohre unter Einbringung der Wälzkörper in Längsrichtung zusammenbewegt werden, wo bei entsprechend sämtliche Laufbahnen zwischen Innen-, Zwischen- und Außenmantelroh ren kalt verformt werden.

Es kann vorteilhaft sein, dass die in Vorwärtrichtung gemessene Verstellkraft mit der in Rückwärtsrichtung gemessenen Verstellkraft verglichen wird, und Schritt D) so oft wiederholt wird, bis die gemessenen Verstellkräfte in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung innerhalb vorge gebener Toleranzgrenzen übereinstimmen. Dadurch wird sichergestellt, dass potentiell beim Kaltverformen auftretende elastische Rückverformungen ausgeglichen werden.

Falls auch nach einer vorgegebenen Anzahl von Bewegungen die gemessene Verstellkraft außerhalb des Verstellkraft-Referenzwerts liegt, kann eine Fehlermeldung ausgegeben wer den, und das Verfahren abgebrochen werden. Wenn auch nach mehrfachem Durchlaufen der vorangehend beschriebenen Kalibrierbewegungen keine Übereinstimmung mit dem Ver- stellkraft-Referenzwert erreichbar ist, kann eine zu große Maßabweichung vorliegen, die durch das erfindungsgemäße Verfahren nicht ausgeglichen werden kann, oder es liegt ein Material- oder Fertigungsfehler vor. Durch Überwachung der Verstellkraft kann somit mit ge ringem Aufwand eine Fertigungs- und Qualitätsüberwachung realisiert werden. Beschreibung der Zeichnungen

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnun gen näher erläutert. Im Einzelnen zeigen:

Figur 1 eine erfindungsgemäße Lenksäule in einer schematischen perspektivischen

Ansicht,

Figur 2 die Lenksäule gemäß Figur 1 in einer schematischen teilweisen Innenansicht,,

Figur 3 einen Querschnitt durch die Lenksäule gemäß Figur 1 ,

Figur 4 einen Querschnitt durch die Lenksäule gemäß Figur 1 ,

Figur 5 einen Querschnitt durch eine Lenksäule in einer weiteren Ausführungsform,

Figur 6 einen Längsschnitt (entlang der Längsachse) durch die Lenksäule gemäß Fi gur 1.

Ausführungsformen der Erfindung

In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen ver sehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.

Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Lenksäule 1 in einer Ansicht bezüglich der Fahrtrich tung von schräg hinten, die eine Stelleinheit 2 aufweist. Die Stelleinheit 2 umfasst eine Man teleinheit 3, die ein Außenmantelrohr 31 , ein Zwischenmantelrohr 32 und ein Innenmantel rohr 33 aufweist. Die Mantelrohre 31 , 32 und 33 sind in Richtung einer Längsachse L tele- skopierend verschiebbar, koaxial ineinander angeordnet, wie mit einem Doppelpfeil ange deutet.

In der Manteleinheit 3 ist um die Längsachse L drehbar eine Lenkspindel 4 gelagert, die an ihrem hinteren Ende einen Anschlussabschnitt 41 zur Anbringung eines nicht dargestellten Lenkrads aufweist.

Ein Verstellantrieb 6 weist einen Spindeltrieb mit einer Spindelmutter 61 und einer darin ein geschraubten Gewindespindel 62 auf, die von einem elektrischen Motor 63 relativ zueinan- der drehend antreibbar sind. Die Gewindespindel 62 erstreckt sich parallel zur Längsachse L und ist mit dem Innenmantelrohr 33 verbunden, und die Spindelmutter 61 stützt sich in Längsrichtung, die der Achsrichtung der Längsachse L entspricht, an dem Außenmantelrohr 31 ab. Durch eine relative Drehung mittels des Motors 63 werden die Gewindespindel 62 und die Spindelmutter 61 je nach Drehrichtung zusammen oder auseinander bewegt, wodurch das Innenmantelrohr 33 in Achsrichtung in das Außenmantelrohr 31 eingefahren oder ausge fahren wird, wie mit dem Doppelpfeil angedeutet. Dadurch wird eine Längsverstellung reali siert, durch die ein an dem Anschlussabschnitt 41 angebrachtes Lenkrad nach vorn in eine Verstauposition gebracht werden kann, in der das Innenmantelrohr 33 und das Zwischen mantelrohr 32 in dem Außenmantelrohr 31 eingefahren, d.h. nach vorn versenkt sind.

Alternativ kann sich die Spindelmutter 61 an dem Innenmantelrohr 33, und die Gewindespin del 62 an dem Außenmantelrohr 31 abstützen.

In Figur 2 sind das Außenmantelrohr 31 und das Zwischenmantelrohr 32 aufgeschnitten und teilweise weggelassen. Figuren 3 und 4 zeigen denselben Querschnitt durch die Mantelein heit 3.

Erste Kugeln 7, die Wälzkörper bilden, sind in einem ersten Kugelkäfig 71 um ihre Kugelmit telpunkte K1 drehbar aufgenommen. Der Kugelkäfig 71 ist koaxial zwischen Außenmantel rohr 31 und Zwischenmantelrohr 32 eingesetzt. Die Kugeln 7 sind zwischen einer außen in das Zwischenmantelrohr 32 eingeformten, parallel zur Längsachse L langgestreckt nut- oder rinnenförmigen Laufbahn 34 und einer dieser radial gegenüberliegenden, ebenfalls nut- oder rinnenförmigen Laufbahn 35, die innen in dem Außenmantelrohr 31 ausgebildet ist, abrollbar angeordnet.

Zweite Kugeln 8, die Wälzkörper bilden, sind in einem zweiten Kugelkäfig 81 um ihre Kugel mittelpunkte K2 drehbar aufgenommen. Der Kugelkäfig 81 ist koaxial zwischen dem Zwi schenmantelrohr 32 und dem Innenmantelrohr 33 eingesetzt. Die Kugeln 8 sind dabei zwi schen einer außen in das Innenmantelrohr 33 eingeformten, parallel zur Längsachse L lang gestreckt nut- oder rinnenförmigen Laufbahn 36 und einer dieser radial gegenüberliegenden, ebenfalls nut- oder rinnenförmigen Laufbahn 37, die innen in dem Zwischenmantelrohr 32 ausgebildet ist, abrollbar angeordnet.

Jeweils mehrere Kugeln 7, 8, in der Ansicht von Figur 2 sind drei sichtbar, sind in einer Reihe in Längsrichtung, d.h. in Richtung der Längsachse L angeordnet. Wie in den Querschnitten von Figuren 3 und 4 erkennbar, sind in dem gezeigten Beispiel insgesamt vier Reihen von Kugeln 7, 8 um die Längsachse L verteilt angeordnet.

Die Kugeln 7 und 8 sind im gezeigten Beispiel gleich groß mit einem Kugelradius k, also ei nem Kugeldurchmesser 2k.

Das Innenmantelrohr 33 und das Zwischenmantelrohr 32 haben einen achteckigen Quer schnitt. Sie weisen jeweils rechteckig zueinander angeordnete, jeweils bezüglich der Läng achse L einander paarweise parallel gegenüberliegende Verbindungsseiten 321 bzw. 331 auf. In den Eck- bzw. Kantenbereichen sind zwischen den Verbindungsseiten 321 bzw. 331 Laufbahnseiten 322 bbzw. 332 angeordnet. Die Laufbahnseiten 332 weisen die Laufbahnen 36 auf, und die Laufbahnseiten 322 weisen die Laufbahnen 34 auf. Die Laufbahnseiten 322 bzw. 332 sind jeweils gegen die angrenzenden Verbindungsseiten 321 bzw. 331 geneigt, im gezeigten Beispiel in einer symmetrischen Anordnung um etwa 45° abgewinkelt.

Die Laufbahnen 36 sind außen in die Laufbahnseiten 332 in das Innenmantelrohr 33 einge formt, die Laufbahnen 34 außen in die Laufbahnseiten 322 des Zwischenmantelrohrs 32.

Die Laufbahnseiten 322 des Zwischenmantelrohrs 32 weisen innen die Laufbahnen 37 auf, die mit den Laufbahnen 36 korrespondieren und einen Laufbahnquerschnitt begrenzen, in dem die Kugeln 8 aufgenommen sind.

Bevorzugt ist eine Laufbahnseite 322 des Zwischenmantelrohrs 32 parallel zu einer Lauf bahnseite 332 des Innenmantelrohrs 33.

Das Außenmantelrohr 31 hat einen viereckigen Querschnitt, der vier rechtwinklig angeordne te Verbindungsseiten 31 1 aufweist, die in den Eck- bzw. Kantenbereichen miteinander ver bunden sind. Innen in den Kantenbereichen befinden sich die Laufbahnen 35, die einen ab gerundeten, rinnenförmigen Querschnitt haben.

In Figur 3 ist gestrichelt ein Hüllkreis 90 eingezeichnet, der das Innenmantelrohr 33 um schließt und die Eckbereiche zwischen den Verbindungsseiten 331 und den Laufbahnseiten 332 tangiert. Der Hüllkreis 90 hat einen Hüllkreisradius h.

Der erfindungsgemäße kreisringförmige Optimalbereich um besagten Hüllkreis 90 wird be grenzt durch eine innere kreisförmige Grenze 91 mit dem Radius (h-k), wobei k der Kugelra dius ist, und eine äußere kreisförmige Grenze 92 mit dem Radius (h+k). Die inneren und äu- ßere kreisförmigen Grenzen 91 , 92 sind bevorzugt konzentrisch zu dem Hüllkreis 90. Mit an deren Worten fallen die Mittelpunkte des Hüllkreises 90, der inneren und äußeren Grenze 91 , 92 zusammen und liegen auf der Längsachse L.

Erfindungsgemäß befinden sich die Kugelmittelpunkte K2 der Kugeln 8 innerhalb des Opti malbereichs. Im gezeigten Beispiel sind sie dabei um einen Abstand a radial nach außen von dem Hüllkreis 90 beabstandet, wobei der Abstand a kleiner gleich dem Kugelradius k ist.

In Figur 4 ist gestrichelt ein Hüllkreis 93 eingezeichnet, der das Zwischenmantelrohr 32 um schließt und die Eckbereiche zwischen den Verbindungsseiten 321 und den Laufbahnseiten 322 tangiert. Der Hüllkreis 93 hat einen Hüllkreisradius H.

Der erfindungsgemäße kreisringförmige Optimalbereich um besagten Hüllkreis 93 wird be grenzt durch einen inneren Kreis 94 mit dem Radius (H-k), wobei k der Kugelradius der Ku gel 7 ist, und einem äußeren Kreis 95 mit dem Radius (H+k).

Erfindungsgemäß befinden sich die Kugelmittelpunkte K1 der Kugeln 7 innerhalb des Opti malbereichs. Im gezeigten Beispiel sind sie dabei um einen Abstand b radial nach außen von dem Hüllkreis 93 beabstandet, der kleiner gleich dem Kugelradius k ist.

In Figur 5 ist eine Manteleinheit 3 dargestellt, welche nur ein Innenmantelrohr 33 und ein Au ßenmantelrohr 38 umfasst. Das Außenmantelrohr 38 ist ähnlich aufgebaut wie das Zwi schenmantelrohr 32 der ersten Ausführung gemäß Figuren 3 und 4, und mit denselben Be zugszeichen versehen, weist aber im Unterschied dazu außen keine Laufbahnen auf. Auch dabei sind die Kugeln 8 wie oben beschrieben in einem Optimalbereich um den das Innen mantelrohr 33 umschreibenden Hüllkreis 90 angeordnet.

Aus dem in Figur 6 gezeigten Längsschnitt entlang der Längsachse L ist entnehmbar, dass die Lenkspindel 4 ist ebenfalls teleskopierbar ausgebildet, mit einer in eine Außenwelle 42 formschlüssig eingreifenden, in Längsrichtung teleskopierbaren Innenwelle 43, wobei dazwi schen eine gleit- oder wälzgelagerten, drehmomentschlüssige Linearlagerung eingesetzt sein können.

Der Abstand der Kugelmittelpunkte K1 und K2 zueinander ist kleiner oder gleich dem doppel ten Kugeldurchmesser (2k), also dem vierfachen Kugelradius k. Bezugszeichenliste

1 Lenksäule

2 Stelleinheit

3 Manteleinheit

31 , 38 Außenmantelrohr

32 Zwischenmantelrohr

321 Verbindungsseite

322 Laufbahnseite

33 Innenmantelrohr

331 Verbindungsseite

332 Laufbahnseite 34, 35 Laufbahnen 36, 37 Laufbahnen

4 Lenkspindel

41 Anschlussabschnitt

42 Außenwelle

43 Innenwelle

5 Trageinheit

51 Befestigungsmittel

6 Verstellantrieb

61 Spindelmutter

62 Gewindespindel

63 Motor

7, 8 Kugeln

71 , 81 Kugelkäfig

90, 93 Hüllkreis

91 , 92 Grenze

94, 95 Grenze

K1 , K2 Kugelmittelpunkt k Kugelradius L Längsachse H, h Radius

a Abstand

b Abstand