DE10148138A1 - Locking device of a shaft - Google Patents
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Abstract
Die Verriegelungsvorrichtung einer Welle weist ein oder mehrere Verriegelungselemente auf, die in eine Ausnehmung oder Öffnung der Welle oder eine die Welle umgreifende Hülse zumindest teilweise zum Eingreifen bringbar sind und durch einen Verriegelungsmechanismus in Längsrichtung der Welle axial verschieblich sind.The locking device of a shaft has one or more locking elements which can be at least partially brought into engagement in a recess or opening of the shaft or in a sleeve encompassing the shaft and are axially displaceable in the longitudinal direction of the shaft by a locking mechanism.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Verriegelungsvorrichtung einer Welle, insbesondere einer Lenkwelle eines Kraftfahrzeugs, mittels der die Welle arretierbar und somit insbesondere eine Drehung eines Lenkrades und damit das Einschlagen der lenkbaren Fahrzeugräder verhinderbar ist.The invention relates to a Locking device of a shaft, in particular one Steering shaft of a motor vehicle, by means of which the shaft lockable and thus in particular a rotation of a Steering wheel and thus turning the steerable Vehicle wheels can be prevented.
Vorrichtungen zur Verhinderung einer unbefugten Benutzung von Kraftfahrzeugen sind bekannt. Die meisten Kraftfahrzeuge sind zu diesem Zweck mit einer mechanischen Verriegelungsvorrichtung für die Lenkung ausgerüstet, bei der die Lenkungsver- und -entriegelung mit Hilfe des Zündschlüssels ausgeführt wird. Mit dem Zündschlüssel ist ein an dessen Ende angeordneter Exzenter betätigbar, der einen federvorgespannten Schieber axial bewegt. Durch eine Ausformung am Schieber ist ein Verriegelungszahnkranz in eine Verzahnung der Lenkwelle bringbar, wodurch die Lenkung entweder frei drehbar oder verriegelt wird.Devices to prevent unauthorized use of motor vehicles are known. Most Motor vehicles are mechanical for this purpose Locking device equipped for steering, at the steering lock and unlock with the help of Ignition key is executed. With the ignition key an eccentric arranged at the end of which can be actuated axially moves a spring-loaded slide. By a Formation on the slide is a locking ring gear in a toothing of the steering shaft can be brought, which makes the steering is either freely rotatable or locked.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verriegelungsvorrichtung für eine Welle, insbesondere eine Lenkwelle eines Kraftfahrzeugs zu schaffen, die einfach aufgebaut ist aber eine sichere Betätigung ermöglicht.The invention has for its object a Locking device for a shaft, in particular a Steering shaft of a motor vehicle to create that simple but safe operation is possible.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Verriegelungsvorrichtung ein oder mehrere Verriegelungselemente aufweist, die in eine Ausnehmung oder Öffnung der Welle oder eine die Welle umgreifende Hülse zumindest teilweise zum Eingreifen bringbar sind und dass die Verriegelungselemente durch einen Verriegelungsmechanismus in Längsrichtung der Welle axial verschieblich sind. Die erfindungsgemäße Verriegelungseinrichtung bietet den Vorteil, dass mit wenigen mechanischen Bauteilen eine drehbare Welle, insbesondere eine Lenkwelle oder Lenkachse, gesichert werden kann.The object is achieved in that the Locking device one or more Has locking elements which in a recess or Opening of the shaft or a sleeve encompassing the shaft are at least partially able to intervene and that the locking elements by one Locking mechanism in the longitudinal direction of the shaft axially are movable. The invention Locking device has the advantage that with few rotatable mechanical parts, in particular a steering shaft or steering axle can be.
Vorzugsweise sind die Verriegelungselemente kugelförmig.The locking elements are preferably spherical.
Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass sich die Verriegelungselemente über ein oder mehrere elastische Elemente an einem Gehäuse abstützen.It is provided according to the invention that the Locking elements via one or more elastic Support elements on a housing.
Die Aufgabe wird auch dadurch gelöst, dass die Verriegelungsvorrichtung ein oder mehrere Verriegelungselemente aufweist, die in eine Ausnehmung oder Öffnung der Welle oder eine die Welle umgreifende Hülse zumindest teilweise zum Eingreifen bringbar sind und dass die Verriegelungselemente in einer verriegelten Stellung in eine erste Ausnehmung oder Öffnung der Welle oder eine die Welle umgreifende Hülse und in einer unverriegelten Stellung in eine zweite Ausnehmung oder Öffnung der Welle oder eine die Welle umgreifende Hülse zumindest teilweise zum Eingreifen bringbar sind.The task is also solved in that the Locking device one or more Has locking elements which in a recess or Opening of the shaft or a sleeve encompassing the shaft are at least partially able to intervene and that the locking elements in a locked position in a first recess or opening of the shaft or a die Shaft encompassing sleeve and in an unlocked Position in a second recess or opening of the shaft or at least partially a sleeve encompassing the shaft can be brought into intervention.
Vorzugsweise greifen die Verriegelungselemente in einer unverriegelten Stellung in eine sich etwa radial zur Welle erstreckende Ausnehmung oder Öffnung, vorzugsweise eine radiale Ringnut, zumindest teilweise ein.The locking elements preferably engage in one unlocked position in an approximately radial to the shaft extending recess or opening, preferably one radial annular groove, at least partially.
Nach der Erfindung greifen die Verriegelungselemente in einer verriegelten Stellung in eine sich im wesentlichen längs der Welle erstreckende Ausnehmung oder Öffnung zumindest teilweise ein.According to the invention, the locking elements engage in a locked position in a substantially recess or opening extending along the shaft at least partially.
Es ist vorgesehen, dass bei einer Verriegelung der Welle die Verriegelungselemente mittels eines elektronischen Antriebs oder Magneten, vorzugsweise eines Elektromagneten, von der unverriegelten Stellung in die verriegelte Stellung bewegbar sind. Durch eine Betätigung auf elektromechanischem Wege, vorzugsweise mit Hilfe von Elektromagneten, kann eine Integration in ein elektronisches Wegfahrsperren-System einfach realisiert werden. Bei diesem System ist dann ein herkömmlicher Zündschlüssel mit Schließzylinder nicht mehr notwendig.It is provided that when the shaft is locked the locking elements by means of an electronic Drive or magnet, preferably an electromagnet, from the unlocked position to the locked position are movable. By pressing electromechanical ways, preferably with the help of Electromagnets can be integrated into a Electronic immobilizer system made easy become. This system is a conventional one Ignition key with lock cylinder no longer necessary.
Erfindungsgemäß sind mehrere Verriegelungselemente, vorzugsweise drei Verriegelungselemente, vorgesehen und in der verriegelten Stellung wird die Welle nicht durch sämtliche Verriegelungselemente, vorzugsweise nur durch ein Verriegelungselement, arretiert.According to the invention, several locking elements are preferably three locking elements, provided and in the shaft is not locked in the locked position all locking elements, preferably only by one Locking element, locked.
Vorzugsweise ist die Anzahl Ausnehmungen oder Öffnungen größer als die Anzahl der Verriegelungselemente, wobei insbesondere drei Verriegelungselemente und fünf Ausnehmungen oder Öffnungen vorgesehen sind. Um die Auflösung zu erhöhen können im Sinne der Erfindung die Anzahl der Ausnehmungen insbesondere aber auch vergrößert werden.The number is preferably recesses or openings greater than the number of locking elements, whereby in particular three locking elements and five Recesses or openings are provided. To the For the purposes of the invention, the resolution can be increased The number of recesses in particular also increased become.
Es ist vorgesehen, dass die verriegelte Welle bei einem vorgegebenen, definierten Moment an der Welle zumindest eine teilweise Drehbewegung der Welle, vorzugsweise eine Drehbewegung um einen Winkel in einem Bereich von 0° bis 5°, vorzugsweise ca. 1°, gestattet.It is envisaged that the locked shaft at one predetermined, defined moment on the shaft at least a partial rotary movement of the shaft, preferably one Rotational movement through an angle in a range from 0 ° to 5 °, preferably approx. 1 °, permitted.
Vorzugsweise ist das Moment an der Welle ein Wert in einem Bereich von 3 Nm bis 300 Nm, vorzugsweise ca. 6 Nm.The moment on the shaft is preferably a value in one Range from 3 Nm to 300 Nm, preferably approx. 6 Nm.
Nach der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Verriegelungsvorrichtung zur Verriegelung einer elektromechanischen Lenkung eines Kraftfahrzeugs dient.According to the invention it is provided that the Locking device for locking a electromechanical steering of a motor vehicle is used.
Vorzugsweise weist die Verriegelungsvorrichtung einen elektronischen Antrieb, vorzugsweise Elektromagneten auf, der elektronisch gesteuert und überwacht wird.The locking device preferably has a electronic drive, preferably electromagnets, which is electronically controlled and monitored.
Nach der Erfindung ist die Verriegelungsvorrichtung in ein elektronisches Wegfahrsperrsystem eines Kraftfahrzeugs integriert.According to the invention, the locking device is in one electronic immobilizer system of a motor vehicle integrated.
Vorteilhafte Ausführungen der erfindungsgemäßen Verriegelungsvorrichtung werden beispielhaft anhand von 3 Abbildungen (Fig. 1 bis Fig. 3) erläutert.Advantageous embodiments of the locking device according to the invention are exemplified based on 3 pictures (Fig. 1 to Fig. 3) is explained.
Fig. 1 zeigt eine Ausführung des erfindungsgemäßen Verriegelungsmechanismus in einem Schnitt längs einer Lenkachse in einer unverriegelten Stellung. Fig. 1 shows an embodiment of the locking mechanism according to the invention in a section along a steering axis in an unlocked position.
Fig. 2 zeigt den in der Fig. 1 dargestellten Verriegelungsmechanismus in einer verriegelten Stellung. Fig. 2 shows the locking mechanism shown in Fig. 1 in a locked position.
Fig. 3 zeigt den in der Fig. 1 und 2 dargestellten Verriegelungsmechanismus in einem Querschnitt. Fig. 3 shows the locking mechanism shown in Figs. 1 and 2 in a cross section.
Bei der in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsform weist der Verriegelungsmechanismus für eine drehbare Welle 1 elastische Elemente, insbesondere Federelemente 2, Kugeln 3, einen Kugelkäfig 4, einen Antrieb, hier durch einen Pfeil 5 dargestellt, und ein Gehäuse 6 auf.In the embodiment shown in FIG. 1, the locking mechanism for a rotatable shaft 1 has elastic elements, in particular spring elements 2 , balls 3 , a ball cage 4 , a drive, shown here by an arrow 5 , and a housing 6 .
Der Antrieb, insbesondere ein Magnetantrieb, ist wirkverbunden mit dem Kugelkäfig 4 und den Kugeln 3, wobei die Hubkraft des Magnetantriebs nach Maßgabe des maximalen Moments der Verriegelung gewählt wird. Die drehbare Welle 1 kann z. B. eine Lenkwelle oder Lenkachse sein, welche mit Kugelbahnen 7 und einer umlaufenden Nut 8 versehen ist. Die Kugelbahnen 7 sind rampenförmig ausgebildet und am Umfang der Welle 1 verteilt. Es kann aber eine die Welle umgreifende Hülse formschlüssig und/oder kraftschlüssig auf der Welle 1 angeordnet werden. The drive, in particular a magnetic drive, is operatively connected to the ball cage 4 and the balls 3 , the lifting force of the magnetic drive being selected in accordance with the maximum moment of locking. The rotatable shaft 1 can, for. B. be a steering shaft or steering axle, which is provided with ball tracks 7 and a circumferential groove 8 . The ball tracks 7 are ramp-shaped and distributed on the circumference of the shaft 1 . However, a sleeve encompassing the shaft can be arranged on the shaft 1 in a positive and / or non-positive manner.
Die Hülse weist dann erfindungsgemäß auch eine Nut und Kugelbahnen bzw. Rampen auf (hier nicht dargestellt). Umgeben wird die Welle 1 bzw. Hülse von dem Kugelkäfig 4, der die Welle 1 bzw. Hülse hülsenförmig umfasst. In dem Kugelkäfig 4 sind mindestens eine, oder vorzugsweise mindestens drei, radial angeordnete Öffnungen oder Bohrungen 9 angeordnet, in welchen sich eine, oder mehrere, vorzugsweise drei Kugeln 3 befinden. Der Kugelkäfig 4 kann Teil eines Magnetankers sein oder von einem Magnetantrieb 5 bewegt werden. Dieser Magnet soll vorzugsweise bistabil sein. Dadurch wird vorteilhaft Energie nur zum Schalten benötigt. In den beiden Endlagen muss kein Strom fließen. Der Kugelkäfig 4 befindet sich axial verschiebbar aber radial verdrehgesichert im Gehäuse. Abstützend am Kugelkäfig 4 sind die ein oder mehrere Federelemente 2 angeordnet, welche die Kugeln 3 in Richtung der Welle 1 drücken.According to the invention, the sleeve then also has a groove and ball tracks or ramps (not shown here). The shaft 1 or sleeve is surrounded by the ball cage 4 , which surrounds the shaft 1 or sleeve in the form of a sleeve. At least one, or preferably at least three, radially arranged openings or bores 9 are arranged in the ball cage 4 , in which one or more, preferably three, balls 3 are located. The ball cage 4 can be part of a magnetic armature or can be moved by a magnetic drive 5 . This magnet should preferably be bistable. As a result, energy is advantageously only required for switching. No current has to flow in the two end positions. The ball cage 4 is axially displaceable but radially secured against rotation in the housing. The one or more spring elements 2 , which press the balls 3 in the direction of the shaft 1 , are arranged to support the ball cage 4 .
In der Fig. 1 ist die gelöste Stellung dargestellt. Alle Kugeln 3 befinden sich in der Nut 8 und die Welle 1 kann sich drehen. Soll die Verriegelung aktiviert werden, wird der Magnetantrieb eingeschaltet und der Kugelkäfig 4 bewegt die Kugeln 3 in Richtung der Rampen 7 bis der Kugelkäfig 4 bzw. die Kugeln 3 nach einem definierten Weg stehen bleiben. Die Kugeln 3 werden dabei vorzugsweise entgegen der Fahrtrichtung des Fahrzeugs bewegt, wodurch vorteilhaft beim starken Bremsen ein ungewolltes Verriegeln vermieden wird.The released position is shown in FIG. 1. All balls 3 are in the groove 8 and the shaft 1 can rotate. If the locking is to be activated, the magnetic drive is switched on and the ball cage 4 moves the balls 3 in the direction of the ramps 7 until the ball cage 4 or the balls 3 stop according to a defined path. The balls 3 are preferably moved against the direction of travel of the vehicle, which advantageously prevents unwanted locking when braking strongly.
Die aktivierte Verriegelung ist in der Fig. 2 und 3 gezeigt, wobei dieselben Elemente auch mit denselben Bezugszeichen versehen sind. Der Kugelkäfig 4 bzw. die Kugeln 3 bleiben hier in der verriegelten Endstellung nach einem definierten Weg s stehen. Das Verhältnis von Kugeln 3 zu Kugelbahnen 7 ist so, dass es nur eine Position gibt, in der eine Kugel vollständig in die Kugelbahn rollen kann. Dies ist in der Querschnittsdarstellung der Fig. 3 erkennbar. Als Verdrehsicherung weist der Kugelkäfig 4 hier einen Vorsprung 10 oder einen nasenförmig Bereich auf, welcher in einer längs der Welle 1 angeordneten Nut 11 in dem Gehäuse 6 eingreift.The activated lock is shown in FIGS. 2 and 3, the same elements also being provided with the same reference numerals. The ball cage 4 or the balls 3 remain here in the locked end position according to a defined path s. The ratio of balls 3 to ball tracks 7 is such that there is only one position in which a ball can roll completely into the ball track. This can be seen in the cross-sectional illustration of FIG. 3. To lock the ball cage 4 has on here a projection 10 or a nose-shaped portion which is arranged in a longitudinal groove of the shaft 1 is engaged in the housing 6. 11
Bei einer Verriegelung für eine Fahrzeuglenkung ist die konstruktive Auslegung der Welle 1 bzw. Hülse, des Kugelkäfigs 4 und der Federelemente 2 so gewählt, dass das Moment, welches über das Lenkrad eingebracht wird, vom Verriegelungsmechanismus aufgenommen werden kann. Überschreitet das Lenkraddrehmoment einen bestimmten Wert, vorzugsweise in einem Bereich von 3 Nm bis 300 Nm, insbesondere ca. 6 Nm, wird die Kugel 3 aus der Bahn 7 herausgedrückt und die Welle 1 und somit das Lenkrad kann bewegt werden. Eine Lenkraddrehung ist so lange möglich, bis die nächste Kugel 3 einrastet. Ist das Lenkraddrehmoment dann immer noch über der Schwelle kann das Lenkrad weiter gedreht werden. Im anderen Fall bleibt das Lenkrad in dieser Position stehen. Im Betrieb kann es durchaus vorkommen, dass eine Verriegelung der Lenkung ausgelöst wird, aber die Kugeln 3 und Kugelbahnen 7 an der Lenkwelle 1 nicht passend zueinander stehen und damit nicht ineinander greifen können. Es muss jedoch auch in einer solchen Stellung eine Verriegelung der Lenkung sicher durchgeführt werden können. Tritt nun der Sonderfall der nicht ineinandergreifenden Kugeln 3 und Kugelbahnen 7 ein, stehen die Kugeln 3 federvorgespannt durch die Feder 2 an der Lenkwelle 1 an. Beim nächsten Drehen des Lenkrades in beliebiger Drehrichtung spurt eine Kugel 3 in die nächste Kugelbahn 7 der Lenkwelle 30 ein.In the case of a lock for a vehicle steering system, the structural design of the shaft 1 or sleeve, the ball cage 4 and the spring elements 2 is selected such that the torque which is introduced via the steering wheel can be absorbed by the locking mechanism. If the steering wheel torque exceeds a certain value, preferably in a range from 3 Nm to 300 Nm, in particular approximately 6 Nm, the ball 3 is pushed out of the track 7 and the shaft 1 and thus the steering wheel can be moved. Steering wheel rotation is possible until the next ball 3 engages. If the steering wheel torque is still above the threshold, the steering wheel can be turned further. Otherwise the steering wheel remains in this position. In operation, it may well happen that the steering is locked, but the balls 3 and ball tracks 7 on the steering shaft 1 do not match each other and therefore cannot interlock. However, it must also be possible to safely lock the steering in such a position. If the special case of the non-intermeshing balls 3 and ball tracks 7 occurs , the balls 3 are spring-biased against the steering shaft 1 by the spring 2 . The next time the steering wheel is turned in any direction of rotation, a ball 3 tracks into the next ball track 7 of the steering shaft 30 .
Zum Lösen der Verriegelung wird der Kugelkäfig 4 durch den Magneten oder ein Federelement in die in der Fig. 1 gezeigten Ausgangsposition bewegt. Dabei befinden sich die Kugeln 3 wieder in der Ringnut 8 und halten, gedrückt von den Federelementen 2, den Kugelkäfig 4 in dieser Position.To release the lock, the ball cage 4 is moved into the starting position shown in FIG. 1 by the magnet or a spring element. The balls 3 are again in the annular groove 8 and hold the ball cage 4 in this position when pressed by the spring elements 2 .
Durch die Verriegelung nach der Erfindung wird ein Verdrehen der Welle 1 bis zu einem bestimmten Drehmoment sicher verhindert und ab diesem Drehmoment ein Verdrehen zugelassen. Dabei wird mit technisch einfachen Mitteln ein definiertes Überdrehen bei einem bestimmten Lenkradmoment ermöglicht. Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Kugeln 3 zueinander, so dass sich nur eine Kugel 3 in einer Kugelbahn 7 befinden kann, ergibt sich als ein weiterer Vorteil, dass durch die Anzahl der Kugeln 3 bzw. der Kugelbahnen 7 die Auflösung der Verriegelung variiert werden kann. Weiterhin kann durch die konstruktive Auslegung der Kugelhülsen- und Kugelkäfiggeometrien in Verbindung mit der Auslegung des Federelements 2 das Lösemoment genau definiert werden.By locking according to the invention, a rotation of the shaft 1 up to a certain torque is reliably prevented and from this torque a rotation is permitted. A technically simple means enables a defined overturning at a specific steering wheel torque. The arrangement of the balls 3 in relation to one another, so that only one ball 3 can be located in a ball track 7 , results in a further advantage that the resolution of the locking can be varied by the number of balls 3 or the ball tracks 7 . Furthermore, the loosening torque can be precisely defined by the design of the ball sleeve and ball cage geometries in connection with the design of the spring element 2 .
Nach der Erfindung kann dieser Verriegelungsmechanismus parallel zueinander (mit Versatz) mehrfach angeordnet werden. Das bedeutet, es werden mehrere die Welle 1 umgreifende Hülsen und Kugelkäfige 4 auf der Lenkachse 1 parallel angeordnet, wodurch eine sehr feine Rasterung erreicht werden kann und die Feinheit der Verriegelung erhöht wird.According to the invention, this locking mechanism can be arranged several times parallel to one another (with an offset). This means that several sleeves and ball cages 4 encompassing the shaft 1 are arranged in parallel on the steering axis 1 , as a result of which a very fine grid can be achieved and the fineness of the locking is increased.
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| OR8 | Request for search as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law | ||
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| R120 | Application withdrawn or ip right abandoned |
Effective date: 20111221 |