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Die
Erfindung betrifft eine Lenksäulenanordnung
mit einer längenverstellbaren
und/oder neigungsverstellbaren Lenksäule, gemäß Oberbegriff des Anspruchs
1.
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Im
modernen Fahrzeugbau sind Lenksäulenfixierungen
so ausgebildet, dass sie aus Komfortzwecken in ihrer Länge und
gegebenenfalls auch in ihrer Neigung veränderbar sind. Dadurch können sie
auf die individuellen Bedürfnisse
eines Fahrers eingestellt werden. Zur Fixierung der Lenksäule in ihrer
Position sind Klemmmittel vorgesehen. Diese sind so ausgelegt, dass
sie die Veränderbarkeit
der Lage der Lenksäule
zuverlässig
und auf Dauer blockieren. Das gilt insbesondere für den Fall,
bei dem auf die Lenksäule
eine in axialer Richtung wirkende Kraft aufgebracht wird, wie beispielsweise
bei einer Kollision des Fahrzeugs. Andererseits müssen die
Klemmmittel so ausgelegt sein, dass sie im Bedarfsfall eine Veränderung
der Position der Lenksäule
einfach zulassen. Eine derartige Lenksäule ist beispielsweise aus
der
EP 0 802 104 A1 bekannt,
die eine fahrzeugfeste Konsole aufweist, an der Klemmmittel in Form
von Lamellen gelagert sind. Über
diese Klemmmittel steht die Lenksäule mit der Konsole in Verbindung.
In einer Öffnungsstellung
der Klemmmittel ist es möglich,
die Lenksäule
gegenüber
der Konsole zu verschieben. In einer Schließstellung der Klemmmittel ist
die Lenksäule
gegenüber
der Konsole fixiert. Die bekannte Lenksäulenanordnung weist einen großen Platzbedarf
auf.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, eine Lenksäulenanordnung der eingangs
genannten Art zu schaffen, die einen Platz sparenden Aufbau aufweist.
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Zur
Lösung
der Aufgabe wird eine Lenksäulenanordnung
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Diese weist eine
längenverstellbare und/oder
neigungsverstellbare Lenksäule
sowie Mittel zur Lagefixierung der Lenksäule auf und zeichnet sich dadurch
aus, dass die Mittel mindestens eine Kolben-Zylinder-Einheit umfassen oder von dieser gebildet
sind. Damit ist in einfacher Weise ein Platz sparender Aufbau realisierbar.
Dadurch wird ferner die Integration der Lagefixierungsmittel in
die Lenksäulenanordnung
auch bei beengten Platzverhältnissen
vereinfacht.
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Elektrorheologische
und magnetorheologische Flüssigkeiten
zeichnen sich dadurch aus, dass die rheologischen Eigenschaften über das
elektrische beziehungsweise magnetische Feld steuerbar sind. Bei
elektrorheologischen beziehungsweise magnetorheologischen Flüssigkeiten
handelt es sich üblicher
Weise um Suspensionen, das heißt,
um eine Trägerflüssigkeit
mit darin suspendierten Festpartikeln, welche über das elektrische/magnetische
Feld polarisierbar sind.
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Besonders
bevorzugt wird ein Ausführungsbeispiel
der Lenksäulenanordnung,
bei dem die Kolben-Zylinder-Einheit mindestens zwei, mit elektrorheologischer
oder magnetorheologischer Flüssigkeit gefüllte, volumenveränderliche
Kammern aufweist, wobei die Kammern über mindestens eine Fluidverbindung
miteinander in Verbindung stehen und wobei die Fluidverbindung ein
elektrorheologisches oder magnetorheologisches Flüssigkeitsventil
umfasst. Die Funktionsweise des magnetorheologischen Flüssigkeitsventil
besteht darin, dass durch Anlegen eines definierten Magnetfeldes
die magnetorheologische Flüssigkeit
magnetisiert wird, wodurch das Überströmen dieser
Flüssigkeit
von einer Kammer in die andere Kammer nur mit hohen hydraulischen
Verlusten möglich
ist. Diese Verluste stellen ein Widerstand dar, der die zum Bewegen
wenigstens eines entsprechend mit der Lenksäule gekoppelten beziehungsweise
daran ausgebildeten Kolbens notwendige äußere Kraft massiv erhöht ist.
Bei Verwendung einer elektrorheologischen Flüssigkeit weist das der Fluidverbindung
zugeordnete Flüssigkeitsventil
zur Erzeugung eines definierten elektrischen Feldes beispielsweise
eine elektrisch ansteuerbare Spulenanordnung auf.
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Weitere
vorteilhafte Ausführungsbeispiele der
Erfindung ergeben sich aus Kombinationen der in den Unteransprüchen, der
Beschreibung sowie der in den Figuren offenbarten Merkmale.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei
zeigen:
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1 eine
perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Lenksäulenanordnung;
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2 in
schematischer Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel einer Kolben-Zylinder-Einheit
zur Lagefixierung einer Lenksäule
und
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3 in
schematischer Darstellung ein zweites Ausführungsbeispiel der Kolben-Zylinder-Einheit.
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1 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
einer Lenksäulenanordnung 1 für Fahrzeuge,
beispielsweise Kraftfahrzeuge. Die Lenksäulenanordnung 1 weist eine
Konsole 3 auf, welche an einem nicht dargestellten Fahrzeugaufbau
befestigbar ist. Die Lenksäulenanordnung 1 umfasst
weiterhin eine Lenksäule 5 mit einem
Mantelrohr 7 sowie eine im Mantelrohr 7 drehbar
gelagerte Lenkspindel 9. Die Lenkspindel 9 ist
teleskopierbar ausgebildet und weist ein lenkradnahes oberes Spindelteil 11 und
ein lenkradfernes unteres Spindelteil 13 auf. Die Lenkspindel 9 dient
zur Übertragung
von Lenkkräften
zwischen einer nicht gezeigten, mit dem oberen Spindelteil 11 verbundenen Lenkhandhabe,
beispielsweise einem Lenkrad, und einer ebenfalls nicht gezeigten,
mit dem unteren Spindelteil 13 verbundenen Fahrzeuglenkung.
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Die
Lenksäulenanordnung 1 weist
weiterhin einen Konsolenschlitten 15 auf, der an der Konsole 3 verschiebbar
gelagert ist. Zum Zwecke der Längenverstellung
der Lenksäule 5 wird
das Mantelrohr 7 mit dem darin gelagerten oberen Spindelteil 11 mittels
einer entsprechenden Relativverschiebung des Konsolenschlittens 15 relativ
gegenüber
der karosseriefest angeordneten Konsole 3 auf das an der
Konsole 3 ortsfest gelagerte untere Spindelteil 3 zu
bewegt beziehungsweise von diesem weg bewegt.
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Zur
Lagefixierung der Lenksäule 5,
das heißt der
beiden Spindelteile 11 und 13 in einer gewünschten
Relativposition zueinander, ist eine Kolben-Zylinder-Einheit 17 vorgesehen,
die zwischen der Konsole 3 und dem Mantelrohr 7 angeordnet ist.
Der Aufbau und die Funktion der Kolben-Zylinder-Einheit 17 wird nachfolgend
anhand der 2 näher erläutert.
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2 zeigt
in schematischer Darstellung einen Längsschnitt durch ein erstes
Ausführungsbeispiel
der Kolben-Zylinder-Einheit 17,
die zur Lagefixierung der längenverstellbaren
und gegebenenfalls neigungsverstellbaren Lenksäule 5 dient. Die Kolben-Zylinder-Einheit 17 weist
ein Gehäuse 19 mit
einem ersten Arbeitsraum 21 und einem zweiten Arbeitsraum 23 auf.
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Im
ersten Arbeitsraum 21 ist ein erster Kolben 25 verschiebbar
angeordnet, der den Arbeitsraum 21 in Kammern 27A und 27B unterteilt.
Der erste Kolben 25 ist mittels einer Kolbenstange 29 mit
der Konsole 3 gekoppelt, wobei die Kopplung dergestalt ist,
dass der Kolben 25 innerhalb des Arbeitsraums 21 verschiebbar
ist.
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Der
Arbeitsraum 23 ist mittels eines zweiten Kolbens 31 in
Kammern 33A und 33B unterteilt. Der zweite Kolben 31 ist
mittels einer Kolbenstange 35 mit dem Mantelrohr 7 oder
mit dem Konsolenschlitten 15 in geeigneter Weise verbunden,
derart, dass der zweite Kolben 31 innerhalb des Arbeitsraums 23 hin und
her verschiebbar ist.
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Die
Kammern 27A und 33A sind mit einer magnetorheologischen
Flüssigkeit
gefüllt
und stehen über
eine Fluidverbindung 37 miteinander in Verbindung. Die
Fluidverbindung 37 ist mit einem magnetorheologischen Flüssigkeitsventil 39 versehen,
das in der Darstellung gemäß der 2 als
Spulenanordnung zur Erzeugung eines Magnetfeldes in der Fluidverbindung 37 angedeutet
ist.
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Die
Kammern 27B und 33B stehen über Öffnungen 41A beziehungsweise 41B mit
der Umgebung in Verbindung, das heißt, in den Kammern 27B und 33B herrscht
Atmosphärendruck.
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Wirkt
eine äußere Kraft
F auf einen der Kolben 25 und 31, beispielsweise
auf den zweiten Kolben 31, wie mit einem Pfeil angedeutet,
so strömt
die in den Kammern 27A und 33A sowie in der Fluidverbindung 37 befindliche
Flüssigkeit – wie bei
einem herkömmlichen
hydraulischen System auch – verlustarm
von der Kammer 33A in die andere Kammer 27A über. Durch
Anlegen eines definierten Magnetfeldes, beispielsweise mittels eines
Permanentmagneten oder einer elektrischen Spulenanordnung, wird die
Flüssigkeit
magnetisiert, also das Flüssigkeitsventil 39 aktiviert,
wodurch das Überströmen der Flüssigkeit
zwischen den Kammern 27A und 33A nur mit sehr
hohen hydraulischen Verlusten möglich
ist. Diese Verluste stellen ein Widerstand dar, der die zum Bewegen
der Kolben 25 und 31 notwendige äußere Kraft
massiv erhöht.
Durch diese Krafterhöhung ist
es möglich,
hohe äußere Kräfte, die
zum Beispiel bei missbräuchlichen
Anwendungen oder Betriebslasten auf die Lenksäule 5 einwirken, aufzunehmen.
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Als
Alternative zur magnetorheologischen Flüssigkeit kann auch eine elektrorheologische
Flüssigkeit
verwendet werden, wobei zur Erzeugung eines elektrischen Feldes
in der Fluidverbindung 37 zum Zwecke der Polarisierung
der darin suspendierten Festkörperteilchen
ein elektrorheologisches Flüssigkeitsventil 39 eingesetzt
wird. Ein solches Flüssigkeitsventil 39 umfasst
beispielsweise eine Elektrodenanordnung, zwischen denen sich die
Fluidverbindung 37 befindet und an welche eine elektrische Steuerspannung
angelegt wird.
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Durch
Absenken der Höhe
des anliegenden elektrischen/magnetischen Feldes ist eine Verstellung
der Lenksäule 5 möglich. Dabei
lässt sich
gleichzeitig die Betätigungskraft
und damit das Verstellkomfortgefühl
mit einem Element, nämlich
der Kolben-Zylinder-Einheit 17, an unterschiedliche Zielgruppen
anpassen. Im aktivierten Zustand des Flüssigkeitsventils 39 wird
eine Verstellung der Lenksäule 5 durch
die Höhe
des anliegenden elektrischen/magnetischen Feldes, zum Beispiel durch
Veränderung der
elektrischen Spannung, verhindert und somit eine sichere Handhabung
der Lenkung gewährleistet.
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Bei
Einwirkung einer Betätigungskraft
beziehungsweise Missbrauchskraft F an der Lenkspindel 9 in
Horizontal- oder Vertikalrichtung wird diese Kraft F über das
Mantelrohr 7 an die Kolben-Zylinder-Einheit 17 weitergeleitet,
wie in 2 mit einem Pfeil angedeutet.
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3 zeigt
ein zweites Ausführungsbeispiel der
Kolben-Zylinder-Einheit 17.
Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, so dass
insofern auf die Beschreibung der vorangegangenen Figuren verwiesen
wird. Die Kolben-Zylinder-Einheit 17 weist ein
Gehäuse 19 mit
lediglich einem Arbeitsraum 21 auf, der mittels des Kolbens 31 in
volumenveränderliche
Kammern 33A und 33B unterteilt ist. Die Kammern 33A und 33B sind über eine
von einer Bypassleitung gebildeten Fluidverbindung 37 strömungstechnisch
miteinander verbunden. Die Kammern 33A und 33B sowie
die Fluidverbindung 37 sind mit der magnetorheologischen
Flüssigkeit
gefüllt.
Das Gehäuse 19 ist über ein
Koppelelement 43 mit der Konsole 3 und der Kolben 31 über die
Kolbenstange 35 mit dem Mantelrohr 7 beziehungsweise
dem Konsolenschlitten 15 gekoppelt.
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Die
Funktionsweise der in 3 dargestellten Kolben-Zylinder-Einheit 17 entspricht
hinsichtlich der Nutzung des physikalischen Effekts der magnetorheologischen
beziehungsweise elektrorheologischen Flüssigkeit der Funktion der anhand 2 beschriebenen
Kolben-Zylinder-Einheit 17, jedoch ist der Aufbau der in 3 dargestellten
Kolben-Zylinder-Einheit 17 weiter
vereinfacht.
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Die
erfindungsgemäße Kolben-Zylinder-Einheit 17 kann
zusätzlich
zu ihrer Funktion "Lagefixierung/Klemmung" der Lenksäule 5 auch
als Energieabsorptionselement bei Krafteinwirkung auf die Lenksäule 5 dienen.
Wenn im Falle eines Crashs eine Kraft F auf die Lenksäulenanordnung 1 einwirkt
und diese Kraft F ein vorbestimmtes Maß überschreitet, so wird die Kraft
F über
die Lenksäule 5 und
das Mantelrohr 7 beziehungsweise den Konsolenschlitten 15 in
die Kolben-Zylinder-Einheit 17 eingeleitet. Dabei ist die
Kolben-Zylinder-Einheit 17 so ausgelegt, dass sie einem
vorbestimmten Kraftmaß standhält, das heißt, die
Lenksäule 5 wird
trotz dieser Kraft F in ihrer Position gehalten. Überschreitet
die Kraft F nun ein vorbestimmtes Maß, kann durch definierte Absenkung
der Höhe
des magnetischen/elektrischen Feldes des Flüssigkeitsventils 39 der
hydraulische Widerstand in gewünschter
Weise reduziert werden, was eine Relativbewegung zwischen dem Konsolenschlitten 15 und
der Konsole 3 zur Folge hat. Dadurch kann in Abhängigkeit
verschiedener Parameter, beispielsweise Insassenparameter, wie zum
Beispiel der Sitzposition, der Größe des Insassen, des Gewichtes
des Insassen, der Gurtbenutzung und/oder der Unfallschwere, eine
optimale Dämpfungscharakteristik
eingestellt werden.
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Zusammenfassend
bleibt festzuhalten, dass die erfindungsgemäße Lenksäulenanordnung 1 sich von
den bekannten Lenksäulenanordnungen
insbesondere dadurch unterscheidet, dass die Mittel zur Lagefixierung
der verstellbaren Lenksäule 5 nicht mechanisch
wirkend sind, sondern sich durch Nutzung einer in ihrer Höhe definiert
einstellbaren Flüssigkeitsreibung
auszeichnen.