-
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. Eine derartige
Anordnung ist beispielsweise in der
EP 0 408 847 B1 offenbart, wobei eine Arretiervorrichtung
für ein
verstellbares Anschlussteil gezeigt wird, welche über eine
Klemmvorrichtung eine Lenksäule
in ihrer Längs-
und Höhenstellung
festlegt. Die Klemmvorrichtung ist hierzu in sich kreuzenden Schlitzen
geführt,
wodurch in nachteiliger Weise entweder nur eine Höhenverstellung
oder nur eine Längsverstellung
erfolgen kann. Zudem bietet diese Vorrichtung keine hinreichende Sicherheit
gegen ein selbsttätiges
Verstellen der Lenksäule,
beispielsweise in einem Crashfall.
-
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.
-
Die
Arretiervorrichtung nach Anspruch 1 zeichnet sich 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, ebenso leichtgängig wie
beim Stand der Technik erfolgen kann, sofern sich die 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 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.
-
Die
Arretiervorrichtung nach Anspruch 2 zeichnet sich 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 mechanische 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 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, 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 F2 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 F2 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 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 keiner 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 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 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