DE102004056574A1

DE102004056574A1 - Arretiervorrichtung für ein verstellbares Anschlussteil

Info

Publication number: DE102004056574A1
Application number: DE200410056574
Authority: DE
Inventors: Burkhard Schäfer; Dietmar Maurer
Original assignee: Nacam Deutschland GmbH
Current assignee: Robert Bosch Automotive Steering Bremen GmbH
Priority date: 2004-11-23
Filing date: 2004-11-23
Publication date: 2006-06-08
Anticipated expiration: 2024-11-24
Also published as: DE102004056574B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Arretiervorrichtung (2) für ein verstellbares Anschlussteil (1), insbesondere für ein Mantelrohr einer Lenksäule eines Kraftfahrzeugs. Die Arretiervorrichtung (2) umfasst zumindest eine Spindeleinheit (9, 14) aus Gewindespindel (9) und Spindelmutter (14), wobei Arretiervorrichtung (2) und Anschlussteil (1) mittels der Spindeleinheit (9, 14) formschlüssig aneinander zur Anlage bringbar sind. Ferner weisen Arretiervorrichtung (2) und Anschlussteil (1) jeweils zumindest eine Lagerfläche (7) auf. Sowohl die Lagerflächen (7) als auch Gewindespindel (9) und Spindelmutter (14) lassen sich mittels einer Querkräfte (19) erzeugenden Klemmeinrichtung (5, 6, 15) jeweils reibschlüssig klemmend aneinander zur Anlage bringen.
Die erfindungsgemäße Arretiervorrichtung (2) zeichnet sich dadurch aus, dass die Spindeleinheit (9, 14) aus einer ersten Winkelstellung, in der die Verstellrichtung des Anschlussteils (1) und die Längsachse der Gewindespindel (9) übereinstimmen, in eine zweite Winkelstellung verbringbar ist, in der die Verstellrichtung des Anschlussteils (1) und die Längsachse der Gewindespindel (9) einen spitzen Winkel einschließen; bzw. dadurch, dass zwei Spindeleinheiten (8, 13, 9, 14) vorhanden sind, wobei erste Spindeleinheit (8, 13) und zweite Spindeleinheit (9, 14) bezüglich der klemmenden Querkräfte (19) in Form einer mechanischen Reihenschaltung angeordnet sind.
Durch die Erfindung lässt sich insbesondere die Unfallsicherheit von ...

Description

Die Erfindung betrifft eine Arretiervorrichtung für ein verstellbares Anschlussteil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. dem Oberbegriff des Patentanspruchs 2.
Gattungsgemäße Arretiervorrichtungen kommen beispielsweise, jedoch keineswegs ausschließlich, im Bereich der Lenksäule von Kraftfahrzeugen zum Einsatz.
Bei einer zunehmenden Anzahl von Kraftfahrzeugen lässt sich, im Sinne einer Verbesserung des Fahrerkomforts sowie der Sicherheit, das Lenkrad auf unterschiedliche vom Fahrer gewünschte Positionen einstellen. Zum Verstellen der Position des Lenkrads ist dabei zumeist ein Arretierhebel bzw. Bedienhebel zu lösen, wonach sich das Lenkrad jedenfalls in der Höhe, jedoch oftmals zusätzlich auch bezüglich des axialen Abstands zum Fahrer verstellen lässt. Nachdem das Lenkrad vom Fahrer so in die gewünschte Position verstellt wurde, wird die gewählte Position des Lenkrads durch Feststellen des Arretierhebels wieder festgelegt.
Dabei wird mittels des Bedienhebels eine gattungsgemäße, im Bereich der oberen Lenksäule angeordnete Arretiervorrichtung betätigt. Die Anforderungen an derartige Arretiervorrichtungen sind vielfältig. So ist es im Sinne der guten Ergonomie im Kraftfahrzeugcockpit einerseits wünschenswert bzw. erforderlich, dass sich die Arretiervorrichtung leichtgängig betätigen lässt, auch um von Fahrern bzw. Fahrerinnen mit geringeren Körperkräften leicht betätigt werden zu können. Andererseits ist es jedoch auch erforderlich, dass die Position des Lenkrads bei verriegelter Arretiervorrichtung unveränderlich sowie äußerst robust gegenüber jeglicher Krafteinwirkung festgelegt ist.
Die Arretiervorrichtung muss dabei nicht nur die im normalen Fahrbetrieb infolge der Muskelkraft des Fahrers auftretenden Kräfte und Momente am Lenkrad aufnehmen und sicher sowie ohne Veränderung der Position des Lenkrads in die Struktur der Fahrgastzelle einleiten, was bereits selbstverständliche Bedingung für den sicheren Betrieb eines Kraftfahrzeugs ist. Darüberhinaus besteht jedoch ferner die Anforderung an die Arretiervorrichtung, auch die in einem etwaigen Crashfall auftretenden Kräfte, die die im Betrieb auftretenden Maximalkräfte um ein Vielfaches übersteigen können, sicher aufzunehmen und in die Fahrgastzellenstruktur einleiten zu können.
Aus der DE 102 26 769 C1 ist eine gattungsgemäße Arretiervorrichtung bekannt. Bei dieser bekannten Arretiervorrichtung, die sich insbesondere auch zur Anwendung bei verstellbaren Lenksäulen von Kraftfahrzeugen eignet, wird das verstellbare Mantelrohr der Lenksäule bei der Arretierung mittels des Bedienhebels einerseits reibschlüssig mit einer fahrzeugfesten Aufnahme bzw. mit der Fahrgastzellenstruktur verbunden, andererseits erfolgt jedoch auch eine zusätzliche formschlüssige Verriegelung zwischen Mantelrohr und fahrzeugfester Aufnahme. Diese formschlüssige Verriegelung wird mittels einer Spindeleinheit aus Gewindespindel und zugehöriger Spindelmutter gewährleistet, wobei die Längsachse der Gewindespindel mit der jeweiligen Verstellrichtung des Mantelrohrs bzw. Lenkrads zusammenfällt. Dabei ist die Spindelmutter mit dem verstellbaren Mantelrohr verbunden, genauer gesagt mit dem Klemmmechanismus der Arretiervorrichtung, während die Längsposition der Gewindespindel durch die fahrzeugfeste Aufnahme festgelegt ist.
Wird nun mittels des Bedienhebels der Klemmmechanismus der Arretiervorrichtung gelöst, so lässt sich das Lenkrad in einer oder zwei Raumrichtungen verstellen, wobei für jede der Verstellrichtungen vorzugsweise eine Spindeleinheit jeweils mit Gewindespindel und Spindelmutter vorhanden ist. Zum Verstellen des Lenkrads wird die bei gelöster Arretiervorrichtung kräftefreie Gewindespindel infolge der Verstellbewegung der Spindelmutter in Drehung versetzt, so dass die Spindelmutter und das mit der Spindelmutter verbundene Mantelrohr in die gewünschte Position verbracht werden können.
Wird sodann mittels des Bedienhebels der Klemmmechanismus wieder verriegelt, so wird dabei – neben der dadurch wiederhergestellten reibschlüssigen Verbindung zwischen Mantelrohr und fahrzeugfester Aufnahme bzw. Fahrgastzellenstruktur -zudem auch die Spindeleinheit mit einer durch den Klemmmechanismus hervorgerufenen Querkraft beaufschlagt. Diese Querkraft führt dazu, dass Reibungskräfte zwischen Spindelmutter und Gewindespindel, sowie zwischen Gewindespindel und einer fahrzeugfest angeordneten Spindelaufnahme bzw. Anpressfläche entstehen, die zu einer Selbsthemmung der Spindeleinheit führen. Auf diese Weise wird eine mögliche Drehbewegung der Gewindespindel unterbunden, womit auch eine entsprechende Verstellbewegung der Spindelmutter sowie des mit der Spindelmutter verbundenen Mantelrohrs im Wesentlichen formschlüssig gehemmt wird.
Es hat sich jedoch gezeigt, dass auch diese zusätzliche formschlüssige Festlegung des Mantelrohrs an der fahrzeugfesten Aufnahme mittels Spindeleinheit nicht unter allen denkbaren Bedingungen, insbesondere nicht im Crashfall ausreicht, eine unerwünschte Verstellbewegung des Lenkrads zu unterbinden. Vielmehr haben dementsprechende Versuche ergeben, dass es, trotz der durch den Klemmmechanismus der Arretiervorrichtung hervorgerufenen verriegelnden Querkräfte im Bereich der Spindeleinheit, unter bestimmten Randbedingungen, beispielsweise bei impulsartigen Belastungen, zu einer Drehbewegung der Spindel, damit zu unerwünschter Verstellbewegung von Spindelmutter und Mantelrohr, und im Ergebnis zu einem Durchrutschen der Lenksäule kommen kann.
Anfällig für derartige unerwünschte Positionsveränderungen des Lenkrads sind dabei insbesondere, keineswegs jedoch ausschließlich, diejenigen Arretiervorrichtungen, die bei Lenksäulen zum Einsatz kommen, die sowohl vertikal als auch axial verstellbar sind. Dies hängt damit zusammen, dass gemäß dem Stand der Technik die vom Klemmmechanismus der Arretiervorrichtung erzeugten Querkräfte bei derartigen, zweifach verstellbaren Lenksäulen auf zwei separate Spindeleinheiten aufgeteilt werden müssen. Deshalb steht bei solchen zweifach verstellbaren Lenksäulen jeder der beiden Spindeleinheiten auch nur noch die Hälfte der vom Klemmmechanismus der Arretiervorrichtung erzeugten Querkraft zur Verfügung – mit den entsprechenden nachteiligen Folgen für die Sicherheit der Verriegelung der Lenksäule relativ zur Fahrzeugstruktur.
Bei den permanent steigenden Anforderungen an die Fahrzeug- sowie Crashsicherheit kann jedoch eine unkontrollierte Veränderung der Position des Lenkrads unter keinen Umständen in Kauf genommen werden. Es ist mit diesem Hintergrund Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Arretiervorrichtung zu schaffen, die die genannten Nachteile des Standes der Technik überwindet. Dabei soll bei unverändert leichtgängiger Bedienbarkeit insbesondere die Sicherheit und der Formschluss der Verriegelung zwischen Mantelrohr und fahrzeugfester Aufnahme verbessert werden.
Diese Aufgabe wird durch eine Arretiervorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. den Merkmalen des Patentanspruchs 2 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Eine Arretiervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dient zur Arretierung eines verstellbaren Anschlussteils, beispielsweise des Mantelrohrs einer Lenksäule, und umfasst in an sich zunächst bekannter Weise zumindest eine Spindeleinheit, wobei die Spindeleinheit eine Gewindespindel und eine zugehörige Spindelmutter aufweist. Die zumindest eine Spindeleinheit dient dabei beispielsweise zur axialen oder zur vertikalen Fixierung der Lenksäule. Dabei lassen sich Arretiervorrichtung und Anschlussteil mittels der zumindest einen Spindeleinheit in der zugehörigen Verstellrichtung des Anschlussteils formschlüssig aneinander zur Anlage bringen. In zunächst ebenfalls bekannter Weise umfassen Arretiervorrichtung und Anschlussteil ferner jeweils zumindest eine Lagerfläche, wobei sowohl die Lagerflächen von Arretiervorrichtung und Anschlussteil als auch die Gewindespindel und die zugehörige Spindelmutter durch eine Klemmeinrichtung reibschlüssig klemmend aneinander zur Anlage gebracht werden können. Dies erfolgt in der Form, dass durch die Klemmeinrichtung Querkräfte erzeugbar sind, mit denen die Lagerflächen sowie die zumindest eine Spindeleinheit beaufschlagt und aneinander gepresst werden.
Erfindungsgemäß zeichnet sich die Arretiervorrichtung jedoch dadurch aus, dass die zumindest eine Spindeleinheit aus einer ersten Winkelstellung in eine zweite Winkelstellung verbringbar ist. Dabei stimmen in der ersten Winkelstellung der Spindeleinheit die Verstellrichtung des Anschlussteils und die Längsachse der Gewindespindel überein, während die zugehörige Verstellrichtung des Anschlussteils und die Längsachse der Gewindespindel in der zweiten Winkelstellung der Spindeleinheit einen spitzen Winkel einschließen.
Dies bedeutet mit anderen Worten, dass die Verstellung des Anschlussteils, beispielsweise des Mantelrohrs einer Lenksäule, erfindungsgemäß ebenso leichtgängig wie beim Stand der Technik erfolgen kann, sofern sich die erfindungsgemäße Spindeleinheit bestimmungsgemäß in ihrer ersten Winkelstellung befindet. Denn in diesem Fall stimmen die Verstellrichtung des Anschlussteils und die Längsachse der Gewindespindel überein bzw. sind parallel, so dass über die Verstellbewegung des Anschlussteils unmittelbar eine axiale Relativbewegung zwischen Gewindespindel und Spindelmutter hervorgerufen wird, wobei diese Relativbewegung mittels einer geeigneten Gewindesteigung wiederum zur gewünschten Verstell- bzw. Drehbewegung der Gewindespindel führt.
Befindet sich die erfindungsgemäß zwischen den beiden Winkelstellungen hin und her kippbare Spindeleinheit jedoch in ihrer zweiten Winkelstellung, so stimmen die Verstellrichtung des Anschlussteils und die Längsachse der Gewindespindel nicht mehr überein bzw. sind nicht mehr parallel. Auf diese Weise werden jedoch etwaige Verstellbewegungen des Anschlussteils mit besonders hoher Sicherheit blockiert, da die dabei auf die Spindeleinheit wirkenden Verstellkräfte nicht mehr in Axialrichtung, sondern vielmehr unter einem bestimmten Winkel auf Gewindespindel bzw. Spindelmutter einwirken.
Dabei führt die Einwirkung der Verstellkräfte auf die Spindeleinheit unter einem gewissen Winkel in vorteilhafter Weise dazu, dass jede etwaige unvorhergesehene Verstellkraft in zwei Kraftkomponenten aufgespalten wird. Eine dieser beiden Kraftkomponenten versucht zwar weiterhin, die Gewindespindel innerhalb der Spindelmutter zu bewegen und somit das Anschlussteil oder die Lenksäule zu verstellen. Dabei wirkt jedoch gleichzeitig die weitere Komponente der Verstellkraft in Querrichtung der Gewindespindel. Hierdurch wird aber die bereits vorhandene Querkraft des Klemmmechanismus der Arretiervorrichtung zusätzlich verstärkt, womit unerwünschte Relativbewegungen von Gewindespindel und Spindelmutter mit wesentlich erhöhter Sicherheit verhindert werden.
Dies ist besonders vorteilhaft insofern, als die in Querrichtung der Gewindespindel wirkende Komponente der Verstellkraft proportional umso größer wird, umso höher auch die unvorhergesehene Verstellkraft selbst ist, so dass sich dank der Erfindung selbst bei praktisch unbegrenzt hohen Verstellkräften eine unerwünschte Relativbewegung zwischen Gewindespindel und Spindelmutter unterbinden lässt.
Insbesondere bei verstellbaren Anschlussteilen, die in mehr als nur einer Raumrichtung verstellbar sind – also beispielsweise bei Kfz-Lenkrädern bzw. Lenksäulen, die sowohl vertikal als auch axial verstellbar sind – werden oft Arretiervorrichtungen verwendet, die mit zwei Spindeleinheiten ausgestattet sind. Dabei ist für jede der beiden Verstellrichtungen eine Spindeleinheit vorgesehen. Da die beiden Verstellrichtungen im allgemeinen zwei orthogonalen Raumrichtungen entsprechen, sind auch die beiden Spindeleinheiten derartiger Arretiervorrichtungen im allgemeinen so angeordnet, dass die Längsachsen der beiden Gewindespindeln senkrecht aufeinander stehen.
Bei derartigen, zwei Spindeleinheiten aufweisenden Arretiervorrichtungen ist es jedoch zur Festlegung des verstellbaren Anschlussteils, beispielsweise des verstellbaren Lenkrads notwendig, nicht nur eine Spindeleinheit, sondern vielmehr beide Spindeleinheiten zu arretieren.
Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Arretiervorrichtungen mit zwei Spindeleinheiten tritt dabei allerdings das Problem auf, dass sich die von der Klemmeinrichtung der Arretiervorrichtung bereitgestellte Klemmkraft hälftig auf die beiden Spindeleinheiten aufteilt. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass jede der beiden Spindeleinheiten nur noch mit der Hälfte der zur Verfügung stehenden Klemmkraft beaufschlagt wird, mit den entsprechenden nachteiligen Folgen bezüglich der Klemmkraft bzw. bezüglich der unbeabsichtigten Verstellung des Anschlussteils oder Lenkrads, beispielsweise in einem Crashfall.
Mit diesem Hintergrund betrifft die Erfindung ferner eine Arretiervorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 2, die in an sich zunächst bekannter Weise zwei Spindeleinheiten aufweist, wobei jede der Spindeleinheiten eine Gewindespindel und die zugehörige Spindelmutter umfasst. Die beiden Spindeleinheiten dienen dabei beispielsweise zur axialen sowie vertikalen Fixierung einer Lenksäule. Dabei lassen sich Arretiervorrichtung und Anschlussteil mittels jeweils einer Spindeleinheit in jeweils einer der beiden Verstellrichtungen des Anschlussteils formschlüssig aneinander zur Anlage bringen. In zunächst ebenfalls bekannter Weise umfassen Arretiervorrichtung und Anschlussteil ferner jeweils zumindest eine Lagerfläche, wobei sowohl die Lagerflächen von Arretiervorrichtung und Anschlussteil als auch die Gewindespindel und die zugehörige Spindelmutter jeder Spindeleinheit mittels einer Klemmeinrichtung reibschlüssig klemmend aneinander zur Anlage gebracht werden können. Dies erfolgt dergestalt, indem durch die Klemmeinrichtung Querkräfte erzeugbar sind, mit denen die Lagerflächen sowie die beiden Spindeleinheiten beaufschlagt werden.
Erfindungsgemäß zeichnet sich die Arretiervorrichtung jedoch dadurch aus, dass erste und zweite Spindeleinheit, bezüglich der klemmenden Querkräfte der Klemmeinrichtung, in Form einer mechanischen Reihenschaltung angeordnet sind.
Dies bedeutet mit anderen Worten, dass die von der Klemmeinrichtung erzeugten Querkräfte nicht mehr wie beim Stand der Technik in Form einer mechanischen Parallelschaltung hälftig auf die beiden Spindeleinheiten verteilt werden. Vielmehr durchläuft die von der Klemmeinrichtung erzeugte Querkraft, aufgrund der mechanischen Reihenschaltung der beiden Spindeleinheiten, beide Spindeleinheiten nacheinander, weshalb auch für jede der beiden Spindeleinheiten die gesamte von der Klemmeinrichtung erzeugte Querkraft zur Verfügung steht.
Die Erfindung wird dabei unabhängig davon verwirklicht, wie die mechanischen Reihenschaltung der beiden Spindeleinheiten konstruktiv konkret erfolgt, solange gewährleistet ist, dass die von der Klemmeinrichtung erzeugte Querkraft nacheinander beide Spindeleinheiten durchläuft.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind jedoch die Spindelmuttern der beiden Spindeleinheiten zu einem gemeinsamen Spindelmutternstück zusammengefasst, wobei das gemeinsame Spindelmutternstück vorzugsweise einstückig ausgebildet ist.
Dies ist insofern vorteilhaft, als die Arretiervorrichtung auf diese Weise konstruktiv besonders einfach und robust ausgeführt werden kann. Zudem lässt sich mit dieser Ausführungsform der für die Arretiervorrichtung benötigte Bauraum nicht unerheblich verringern.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Klemmeinrichtung einen Klemmbolzen. Ein Klemmbolzen lässt sich kostengünstig fertigen und dient einer sicheren Funktion und verwindungssteifen Konstruktion der Klemmeinrichtung. Vorzugsweise ist dabei der Kopf des Klemmbolzens zugleich als Spindelmutter ausgebildet oder mit zumindest einer Spindelmutter verbunden. Auch diese Ausführungsform dient der Vereinfachung der Konstruktion und damit einer wünschenswerten Kostenreduktion und Verbesserungen der Funktionssicherheit der Arretiervorrichtung.
Nach einer weiteren, alternativen Ausführungsform der Erfindung ist der Kopf des Klemmbolzens als gabel- oder käfigartiges Gehäuse zur Aufnahme insbesondere einer Gewindespindel und eines Spindelmutternstücks ausgebildet. Auch diese Ausführungsform zeichnet sich durch Robustheit und Platzersparnis aus. Sie kommt insbesondere dann zur Anwendung, wenn zwei Spindeleinheiten vorhanden sind, die erfindungsgemäß mechanisch in Reihe geschaltet werden sollen.
Die Erfindung wird unabhängig von der konkreten konstruktiven Ausführung der Lagerflächen im Bereich von Arretiervorrichtung und Anschlussteil verwirklicht, solange die Lagerflächenanordnungen von Arretiervorrichtung und Anschlussteil eine leichtgängige Verstellung des Anschlussteils im geöffneten Zustand der Klemmeinrichtung und zugleich sichere Festlegung des Anschlussteils im geschlossenen Zustand der Klemmeinrichtung erlauben. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist jedoch die Lagerflächeneinrichtung der Arretiervorrichtung als U-förmige Konsole mit zwei beabstandeten parallelen Lagerflächen ausgebildet, wobei das verstellbare Anschlussteil zwischen den Lagerflächen der Arretiervorrichtung anordenbar ist. Vorzugsweise weist das verstellbare Anschlussteil dabei zwei beabstandete Lagerflächen auf, die in Form und Lage mit den Lagerflächen der Arretiervorrichtung korrespondieren.
Die auf diese Weise erreichte beidseitige Klemmung bzw. Festlegung des Anschlussteils, insbesondere zwischen den Schenkeln der U-förmigen Konsole der Arretiervorrichtung, führt zu einer besonders verwindungssteifen und betriebssicheren Verankerung des Anschlussteils im Bereich der Arretiervorrichtung.
Die Erfindung wird verwirklicht unabhängig davon, durch welche konstruktiven Mittel die Querkräfte der Klemmeinrichtung in der Arretiervorrichtung erzeugt werden, solange sich die Klemmkräfte mittels einer leichtgängigen Betätigungseinrichtung vom Fahrer aufbringen lassen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Klemmeinrichtung jedoch einen Betätigungshebel mit einem Getriebemechanismus. Dabei dient der Getriebemechanismus der Erzeugung eines axialen Klemmhubs, indem die klemmend wirksame Länge des Klemmbolzens in Abhängigkeit der Position des Betätigungshebels verändert wird.
Nach weiteren bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung umfasst der Getriebemechanismus Stufenscheiben, Kippstifte oder eine Gewindeeinrichtung zur Erzeugung des axialen Klemmhubs des Klemmbolzens. Die Wahl des geeigneten Getriebemechanismus kann dabei unter Berücksichtigung der bei einer Ausführungsform jeweils spezifisch notwendigen Kombination aus erforderlicher Klemmkraft und Größe des erforderlichen Klemmhubs erfolgen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand lediglich Ausführungsbeispiele darstellender Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt:
1 in schematischer perspektivischer Darstellung ein verstellbares Mantelrohr einer Kraftfahrzeuglenksäule mit einer ersten Ausführungsform einer Arretiervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 in einer 1 entsprechenden Darstellung das Mantelrohr mit Arretiervorrichtung gemäß 1 im Verriegelungszustand;
3 in schematischer Darstellung Mantelrohr mit Arretiervorrichtung gemäß 1 und 2 im Querschnitt;
4 in schematischer Explosionsdarstellung ein verstellbares Mantelrohr einer Kraftfahrzeuglenksäule mit einer zweiten Ausführungsform einer Arretiervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
5 in schematischer Darstellung Mantelrohr mit Arretiervorrichtung gemäß 4 im Querschnitt;
6 in einer 5 entsprechenden Schnittdarstellung das Mantelrohr mit Arretiervorrichtung gemäß 4 und 5 im Verriegelungszustand;
7 in schematischer Darstellung den Klemmbolzen mit Gewindespindeln und Spindelmutternstück der Arretiervorrichtung gemäß 4 bis 6;
8 in einer 7 entsprechenden Darstellung Klemmbolzen mit Gewindespindeln gemäß dem Stand der Technik; und
9 in einer 7 und 8 entsprechenden Darstellung den um 90 Grad gedrehten Klemmbolzen gemäß 7.
1 zeigt in schematischer perspektivischer Darstellung ein verstellbares Mantelrohr 1 einer (hier nicht dargestellten) Kraftfahrzeuglenksäule. Das Mantelrohr 1 ist mittels einer Arretiervorrichtung 2, die eine Montageplatte 3 umfasst, unterhalb des hier nicht dargestellten Cockpits eines Kraftfahrzeugs befestigt. Dabei ist das Mantelrohr 1 an seinem zeichnungsbezogen rechten Ende mittels einer Langlochanordnung 4 axial verschieblich sowie schwenkbar mit der Montageplatte 3 verbunden, während es an seinem zeichnungsbezogen linken Ende im Bereich der Arretiervorrichtung 2 sowohl axial verschieblich als auch vertikal bewegbar aufgehängt ist, was die strichlierten Doppelpfeile in 1 versinnbildlichen.
Die Arretiervorrichtung 2 weist einen Bedienhebel 5 auf, der zur Ver- bzw. Entriegelung des verstellbaren Mantelrohrs 1 und damit auch der (nicht dargestellten), innerhalb des Mantelrohrs 1 gelagerten Lenkwelle sowie des an der Lenksäule befestigten Lenkrads dient.
3 zeigt die Arretiervorrichtung 2 mit Mantelrohr 1 gemäß 1 und 2 im Querschnitt durch das Mantelrohr 1, wobei die Schnittebene durch den Klemmbolzen 6 verläuft.
Sofern sich der Bedienhebel 5, wie in 1 gezeigt, in der Entriegelungsposition befindet, ist der besonders deutlich in 3 erkennbare Klemmbolzen 6 entspannt, und das Mantelrohr 1 kann somit entlang seiner Führung im Bereich der Langlochanordnung 4 sowie entlang seiner Gleit- bzw. Lagerflächen 7 im Bereich der Spindeleinheiten bzw. Gewindespindeln 8, 9 leicht sowohl in axialer Richtung als auch vertikal verschoben werden. Die Lage der Gleit- bzw. Lagerflächen 7, entlang derer die Verschiebebewegung des Mantelrohrs 1 gegenüber der Arretiervorrichtung 2 bei gelöstem Bedienhebel 5 erfolgen kann, ist in 3 mittels dünner strichlierter Linien markiert.
Am Beispiel einer Verstellbewegung des Mantelrohrs 1 in vertikaler Richtung wird bei einer Zusammenschau der 1 und 3 deutlich, dass dabei sowohl Mantelrohr 1 als auch die Bedienhebel 5, Klemmbolzen 6 und Stufenscheiben-Anordnung 15 umfassende Klemmeinrichtung vertikal auf und ab bewegt werden können. Die für die Verstellbewegung in Vertikalrichtung zuständige Gewindespindel 9 ist dabei jedoch bezüglich ihrer Axialrichtung in ihrer zugehörigen Spindelaufnahme 11, die mit der fahrzeugfesten Montageplatte 3 verbunden ist, festgelegt. Da die Gewindespindel 9 jedoch ein mehrgängiges Gewinde mit verhältnismäßig großer Gewindesteigung aufweist, lässt sie sich durch die Auf- oder Ab-Bewegung von Mantelrohr 1, Bedienhebel 5 und Klemmbolzen 6 mittels des im Klemmbolzenkopf 12 integrierten Muttergewindes 14 in Drehung versetzen und damit verstellen.
Ist sodann die gewünschte Einstellposition des Lenkrads bzw. Mantelrohrs 1 erreicht, so lässt sich diese Position dauerhaft fest fixieren, indem der Bedienhebel 5 in die Verriegelungsposition gemäß 2 verbracht wird. Dabei wird zunächst einmal der Klemmbolzen 6 mittels eines Getriebemechanismus, beispielsweise einer Stufenscheiben-Anordnung 15, unter Zugspannung gesetzt. Auf diese Weise werden die Gleit- bzw. Lagerflächen 7 von Mantelrohr 1 und Arretiervorrichtung 2 reibschlüssig aneinander gepresst. Die auf den Klemmbolzen 6 aufgebrachte Zugkraft verläuft jedoch als Querkraft auch durch die beiden Spindeleinheiten bzw. Gewindespindeln 8, 9 und presst die Gewindespindeln 8, 9 in Querrichtung gegen ihre entsprechenden Anpressflächen 16 im Bereich der jeweiligen Spindelaufnahme 10, 11.
Hierdurch wird auch die Reibung zwischen Muttergewinde 13, 14 und Gewindespindel 8, 9 stark erhöht, so dass es im Wesentlichen zu einer Selbsthemmung der Spindeleinheiten kommt, die jeweils aus dem im Klemmbolzenkopf 12 angeordneten Muttergewinde 13, 14 und der zugehörigen Gewindespindel 8, 9 bestehen. Auf diese Weise wird, zusätzlich zu der reibschlüssigen Verbindung zwischen Mantelrohr 1 und Arretiervorrichtung 2 entlang der Gleit- bzw. Lagerflächen 7, im Beispiel der Verstellung des Mantelrohrs 1 in der Vertikalrichtung eine formschlüssige Verbindung über Mantelrohr 1, Klemmbolzen 6, Muttergewinde 14, Gewindespindel 9, Spindelaufnahme 11 und Montageplatte 3 hergestellt.
In entsprechenden Versuchen hatte sich jedoch gezeigt, dass die durch die Querkraft erzeugte Selbsthemmung der Gewindespindeln 8, 9 im Muttergewinde 13, 14 insbesondere bei impulsartiger Belastung, beispielsweise im Crashfall, oftmals nicht ausreicht, um eine drehende Verstellbewegung der Gewindespindeln 8, 9 mit Sicherheit zu verhindern.
Die Gewindespindeln 8, 9 werden erfindungsgemäß daher zusätzlich zu der Querverspannung über die Klemmbolzen-Zugkraft im Verriegelungsfall um einen bestimmten Winkelbetrag innerhalb der Spindelaufnahme 10, 11 verkippt, wie dies sehr gut aus der Darstellung der 2 hervorgeht. Die Verkippung der beiden Gewindespindeln 8, 9 kann dabei beispielsweise unmittelbar infolge der Verriegelungsbewegung des Bedienhebels 5 mittels Verdrehung des Klemmbolzens 6 erfolgen.
Diese Verkippung der Gewindespindeln 8, 9 führt dabei dazu, dass eine etwa auftretende starke Verstellkraft F (entlang der punktierte Linie) bezüglich der Gewindespindel 9 in zwei Komponenten F₁ und F₂ aufgespalten wird. Die erste Komponente F₁ (die betragsmäßig stets kleiner ist als die Verstellkraft F) verläuft dabei in axialer Richtung der Gewindespindel 9, versucht diese über die Gewindesteigung in Drehung zu versetzen und somit eine unerwünschte Verstellung des Mantelrohrs 1 gegenüber der Arretiervorrichtung 2 bzw. Montageplatte 3 herbeizuführen. Die zweite Kraftkomponente Fa verläuft jedoch in Querrichtung zwischen Muttergewinde 14 im Klemmbolzenkopf 12 und der Gewindespindel 9, und trägt damit ebenso wie bereits die durch den Klemmbolzen 6 erzeugte Querkraft zur Erhöhung der Reibung im Gewinde 9, 14 bei.
Auf diese Weise wird jedoch die Neigung zur Selbsthemmung in der Gewindepaarung 9, 14 aus Gewindespindel 9 und Muttergewinde 14 weiter stark erhöht, so dass sich eine wesentlich erhöhte Sicherheit gegen unkontrollierte Verstellbewegungen des Mantelrohrs 1 relativ zu Arretiervorrichtung 2 bzw. Montageplatte 3 ergibt.
Zudem ist die Größe der blockierenden Kraft Fa jedoch auch direkt proportional zur Größe der Verstellkraft F, so dass es zu einer umso stärkerem Selbsthemmung in der Gewindepaarung 9, 14 aus Gewindespindel 9 und Muttergewinde 14 kommt, je größer die Verstellkraft F ist. Es ist insbesondere der letztere Gesichtspunkt, der zu der mit der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik erreichbaren sehr viel größeren Sicherheit gegen unerwünschte Verstellbewegungen des Mantelrohrs 1 bzw. Lenkrads beiträgt.
In 4 ist in schematischer Explosionsdarstellung eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Arretiervorrichtung 2 mit Mantelrohr 1 dargestellt. Die Arretiervorrichtung 2 gemäß 4 entspricht von ihrem Aufbau her im Wesentlichen der Arretiervorrichtung 2 gemäß 1 bis 3. Der wesentliche Unterschied zwischen der Arretiervorrichtung 2 gemäß 4 und der Arretiervorrichtung 2 gemäß 1 bis 3 liegt darin, dass bei der Arretiervorrichtung 2 gemäß 4 nicht mehr der Klemmbolzen 6 selbst die beiden Muttergewinde 13, 14 für die beiden Gewindespindeln 8, 9 enthält, sondern dass diese beiden Muttergewinde 13, 14 vielmehr in einem zusätzlichen Spindelmutternstück 17 vereint angeordnet sind. Der Kopf 12 des Klemmbolzens 6 ist zur Aufnahme eines Endes des Spindelmutternstücks 17 und zum Durchlass der Gewindespindel 8 käfigartig offen ausgebildet und enthält selbst kein Muttergewinde.
Dies führt dazu, dass die von Bedienhebel 5 und Stufenscheibenanordnung 15 auf den Klemmbolzen 6 aufgebrachte Zugkraft die Gewindepaarungen 8, 13 und 9, 14 der beiden Gewindespindeln 8, 9 bzw. die beiden Spindeleinheiten 8, 13 und 9, 14 nacheinander in Form einer mechanischen Reihenschaltung durchläuft. Auf diese Weise werden beide Gewindepaarungen 8, 13 und 9, 14 jeweils mit der gesamten vom Klemmbolzen 6 aufgebrachten Zugkraft beaufschlagt. Dies verdoppelt die Sicherheit gegen unerwünschte Verstellbewegungen des Mantelrohrs 1 im verriegelten Zustand gegenüber dem Stand der Technik, bei dem die vom Klemmbolzen 6 aufgebrachte Zugkraft jeweils etwa hälftig auf die beiden Spindeleinheiten 8, 13 und 9, 14 verteilt wird.
Besonders deutlich geht dieser Sachverhalt anhand der Darstellung der 5 und 6 hervor. In den 5 und 6 ist die Arretiervorrichtung 2 mit Mantelrohr 1 gemäß 4 nochmals im Querschnitt durch das Mantelrohr 1 dargestellt, wobei die Schnittebene wie in 3 wieder durch den Klemmbolzen 6 verläuft. Dabei zeigt 5 die Arretiervorrichtung 2 im geöffneten Zustand, was insbesondere dadurch ersichtlich wird, dass die vertikal angeordnete Gewindespindel 9 in 5 nicht an der ihr zugeordneten Anpressfläche 16 anliegt, sondern sich seitwärts lose in der Spindelaufnahme 11 befindet. In dem in 5 gezeigten geöffneten Zustand der Arretiervorrichtung 2 lässt sich somit das Mantelrohr 1 mit der darin angeordneten Lenkwelle 18 entlang der mittels dünner strichlierter Linien markierten Lagerflächen 7 in die gewünschte Position verstellen.
Wird der Bedienhebel 5 hingegen in die Verriegelungsposition verbracht, ergibt sich das in 6 dargestellte Bild. Man erkennt zunächst, dass die Gewindespindel 9 nun an der ihr zugeordneten Anpressfläche 16 anliegt, wodurch der Kraftfluss für die mittels Bedienhebel 5 und Stufenscheibenanordnung 15 erzeugte Zugkraft im Klemmbolzen 6 geschlossen wird. Der mittels fetter strichlierter Linie schematisch angedeutete Kraftfluss 19 verläuft somit durch Klemmbolzen 6, Klemmbolzenkopf 12 (siehe auch 4), Gewindespindel 8, Spindelmutternstück 17, Gewindespindel 9, Anpressfläche 16, Montageplatte 3, Stufenscheibenanordnung 15 wieder zurück in den Klemmbolzen 6 und ist damit geschlossen. Die Gewindespindel 8 ist dabei keine Anpressfläche zugeordnet, an welcher die Gewindespindel 8 anliegt.
Der Unterschied zwischen der Ausführungsform der Erfindung gemäß 4 bis 6 und dem Stand der Technik geht nochmals besonders deutlich aus den 7 bis 9 hervor. Dabei zeigt 7 nochmals Klemmbolzen 6, Gewindespindeln 8, 9 und Spindelmutternstück 17 gemäß 5 und 6, wobei in 7 Klemmbolzen 6 und Gewindespindeln 8, 9 zur besseren Verdeutlichung des Kraftflussverlaufs 19 gegenüber 5 und 6 um 90 Grad bezüglich der Längsachse des Klemmbolzens 6 verdreht dargestellt sind. 8 und 9 zeigen einen Klemmbolzen 6 mit Gewindespindel 8, 9 gemäß dem Stand der Technik jeweils im Längsschnitt, wobei sich die Ansichten gemäß 8 und 9 ebenfalls dadurch unterscheiden, dass der Klemmbolzen 6 jeweils um 90 Grad verdreht dargestellt ist.
In 7 erkennt man wieder, dass der geschlossene Kraftfluss 19 erfindungsgemäß nacheinander beide Gewindepaarungen 8, 13 und 9, 14 im Sinne einer mechanischen Reihenschaltung durchläuft. Dies bedeutet, dass beide Gewindepaarungen 8, 13 und 9, 14 jeweils mit der vollen Zugkraft des Klemmbolzens 6 beaufschlagt werden, mit entsprechend vorteilhaften Folgen für den Grad der Selbsthemmung der beiden Gewindepaarungen 8, 13 und 9, 14 und für die damit erzielbare hohe Sicherheit gegenüber unerwünschten Verstellbewegungen des Mantelrohrs 1.
Bei dem Klemmbolzen mit Gewindespindeln aus dem Stand der Technik gemäß 8 und 9 findet hingegen aufgrund der dort vorhandenen mechanischen Parallelschaltung der beiden Gewindespindeln 8 und 9 bzw. der beiden Gewindepaarungen 8, 13 und 9, 14 eine Verzweigung des Kraftflusses 19 statt. Dies führt jedoch dazu, dass für jede der beiden Gewindepaarungen 8, 13 und 9, 14 nur etwa die Hälfte 20 der im Klemmbolzen 6 herrschenden Zugkraft zur Verfügung steht. Dementsprechend ist auch der Grad der Selbsthemmung in den beiden Gewindepaarungen 8, 13 und 9, 14 gemäß 8 und 9 nur etwa halb so hoch wie bei der erfindungsgemäßen Arretiervorrichtung gemäß 4 bis 7.
Nach dem Gesagten wird im Ergebnis deutlich, dass dank der Erfindung Arretiervorrichtungen, insbesondere für verstellbare Lenksäulen an Kraftfahrzeugen geschaffen werden, die ganz wesentliche Sicherheitsvorteile gegenüber dem Stand der Technik aufweisen. Insbesondere wird mit der Erfindung bei unverändert leichtgängiger Bedienbarkeit der Lenksäulenverstellung der Formschluss der Lenksäulenverriegelung, und damit die Sicherheit gegen unbeabsichtigte Verstellung der Lenksäule auch im Crashfall wesentlich verbessert.
Die Erfindung kann damit einen wesentlichen Beitrag zur Verbesserung insbesondere der Unfallsicherheit bei Kraftfahrzeugen leisten.

1: Verstellbares Anschlussteil, Mantelrohr
2: Arretiervorrichtung
3: Montageplatte
4: Langlochanordnung
5: Bedienhebel
6: Klemmbolzen
7: Lagerflächen
8: Gewindespindel
9: Gewindespindel
10: Spindelaufnahme
11: Spindelaufnahme
12: Klemmbolzenkopf
13: Spindelmutter, Muttergewinde
14: Spindelmutter, Muttergewinde
15: Stufenscheiben-Anordnung
16: Anpressfläche
17: Spindelmutternstück
18: Lenkwelle
19: Kraftfluss
20: Kraftfluss

Claims

Arretiervorrichtung (2) für ein verstellbares Anschlussteil (1), insbesondere für ein Mantelrohr einer Lenksäule eines Kraftfahrzeugs, die Arretiervorrichtung (2) umfassend zumindest eine Spindeleinheit (9, 14) aus einer Gewindespindel (9) und einer zugehörigen Spindelmutter (14), wobei Arretiervorrichtung (2) und Anschlussteil (1) mittels der Spindeleinheit (9, 14) in einer Verstellrichtung des Anschlussteils (1) formschlüssig aneinander zur Anlage bringbar sind, die Arretiervorrichtung (2) und das Anschlussteil (1) jeweils ferner aufweisend eine Lagerflächeneinrichtung mit jeweils zumindest einer Lagerfläche (7), wobei sowohl die Lagerflächen (7) von Arretiervorrichtung (2) und Anschlussteil (1) als auch Gewindespindel (9) und zugehörige Spindelmutter (14) mittels einer Querkräfte (19) erzeugenden Klemmeinrichtung (5, 6, 15) jeweils reibschlüssig klemmend aneinander zur Anlage bringbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Spindeleinheit (9, 14) aus einer ersten Winkelstellung, in der die zugehörige Verstellrichtung des Anschlussteils (1) und die Längsachse der Gewindespindel (9) übereinstimmen, in eine zweite Winkelstellung verbringbar ist, in der die Verstellrichtung des Anschlussteils (1) und die Längsachse der Gewindespindel (9) einen spitzen Winkel einschließen.
Arretiervorrichtung (2) für ein verstellbares Anschlussteil (1), insbesondere für ein Mantelrohr einer Lenksäule eines Kraftfahrzeugs, die Arretiervorrichtung (2) umfassend zwei Spindeleinheiten (8, 13, 9, 14) aus jeweils einer Gewindespindel (8, 9) und einer zugehörigen Spindelmutter (13, 14), wobei Arretiervorrichtung (2) und Anschlussteil (1) mittels jeweils einer Spindeleinheit (8, 13, 9, 14) in jeweils einer Verstellrichtung des Anschlussteils (1) formschlüssig aneinander zur Anlage bringbar sind, die Arretiervorrichtung (2) und das Anschlussteil (1) jeweils ferner aufweisend eine Lagerflächeneinrichtung mit jeweils zumindest einer Lagerfläche (7), wobei sowohl die Lagerflächen (7) von Arretiervorrichtung (2) und Anschlussteil (1) als auch die Gewindespindel (8, 9) und die zugehörige Spindelmutter (13, 14) jeder Spindeleinheit (8, 13, 9, 14) mittels einer Querkräfte (19) erzeugenden Klemmeinrichtung (5, 6, 15) reibschlüssig klemmend aneinander zur Anlage bringbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Spindeleinheit (8, 13) und die zweite Spindeleinheit (9, 14) bezüglich der klemmenden Querkräfte (19) in Form einer mechanischen Reihenschaltung angeordnet sind dergestalt, dass die Querkräfte (19) von der Klemmeinrichtung (5, 6, 15) über die erste Spindeleinheit (8, 13) auf die zweite Spindeleinheit übertragbar sind.
Arretiervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindelmuttern (13, 14) der ersten und der zweiten Spindeleinheit (8, 13, 9, 14) zu einem gemeinsamen Spindelmutternstück (17) zusammengefasst sind.
Arretiervorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das gemeinsame Spindelmutternstück (17) einstückig ausgebildet ist.
Arretiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmeinrichtung (5, 6, 15) einen Klemmbolzen (6) umfasst.
Arretiervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Klemmbolzen (6) einen Klemmbolzenkopf (12) aufweist, welcher als Spindelmutter (13, 14) ausgebildet ist oder mit zumindest einer Spindelmutter (13, 14) verbunden ist.
Arretiervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Klemmbolzenkopf (12) als gabel- oder käfigartiges Gehäuse zur Aufnahme einer Gewindespindel (8, 9) und einer Spindelmutter (13, 14) bzw. eines Spindelmutternstücks (17) ausgebildet ist.
Arretiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerflächeneinrichtung der Arretiervorrichtung (2) als U-förmige Konsole mit zwei beabstandeten parallelen Lagerflächen (7) ausgebildet ist, wobei das verstellbare Anschlussteil (1) zwischen den Lagerflächen der Arretiervorrichtung (2) anordnenbar ist.
Arretiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das verstellbare Anschlussteil (1) zwei beabstandete, mit den Lagerflächen der Arretiervorrichtung (2) korrespondierende parallele Lagerflächen (7) aufweist.
Arretiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmeinrichtung (5, 6, 15) einen Betätigungshebel (5) mit einem Getriebemechanismus (15) zur Erzeugung eines axialen Klemmhubs mittels Veränderung der wirksamen Länge des Klemmbolzens (6) aufweist.
Arretiervorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Getriebemechanismus (5, 6, 15) Stufenscheiben (15) zur Erzeugung des axialen Klemmhubs am Klemmbolzen (6) umfasst.
Arretiervorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Getriebemechanismus (5, 6, 15) Kippstifte zur Erzeugung des axialen Klemmhubs am Klemmbolzen (6) umfasst.
Arretiervorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Getriebemechanismus (5, 6, 15) eine Gewindeeinrichtung zur Erzeugung des axialen Klemmhubs (6) am Klemmbolzen umfasst.