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Die
Erfindung betrifft einen Stellantrieb für einen Klemmmechanismus einer
einstellbaren Lenksäule
eines Kraftwagens, gemäß Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Ein
derartiger Stellantrieb ist bereits aus der
DE 198 27 464 A1 bekannt,
mit dem eine Klemmvorrichtung zwischen einer Freigabestellung – zur Einstellung
der Lenksäule
in axialer Richtung beziehungsweise in Fahrzeughochrichtung – und einer Klemmstellung – zur lagefesten
Festlegung der Lenksäule – verstellbar
ist. Der Stellantrieb zur Verstellung der Klemmvorrichtung umfasst
dabei im Wesentlichen eine mit einem Antriebsritzel zusammenwirkende
Zahnstange, welche zum Festklemmen der Lenksäule in die eine Richtung und
zum Lösen
der Lenksäule
in die entgegengesetzte Richtung translatorisch bewegt werden kann.
Hierzu wird das Antriebsritzel entweder im Uhrzeigersinn oder entgegen
dem Uhrzeigersinn bewegt. Somit benötigt der dort beschriebene
Stellantrieb für
das Klemmen und das Lösen
der Lenksäule
die gleiche Zeitdauer.
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Weiterhin
ist aus der
DE 101
52 807 A1 ein Stellantrieb bekannt, bei dem eine Spindel
translatorisch ein- und ausfahrbar ist. Über diese Spindel wird eine
Spannscheibe um eine Achse gegenüber
einer zweiten Spannscheibe zwischen einer Freigabestellung und einer
Klemmstellung verschwenkt, wobei der axiale Abstand zwischen den
beiden Spannscheiben in der Freigabestellung am kleinsten und in der
Klemmstellung am größten ist.
Durch diese Änderung
des axialen Abstandes zwischen den beiden Spannscheiben wird die
Lenksäule
gegenüber
einer Lenkkonsole festgeklemmt. Auch bei diesem Stellantrieb wird
für das
Klemmen und das Lösen
der Lenksäule
der gleiche Zeitraum benötigt.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, einen Stellantrieb der eingangs
genannten Art so zu verbessern, dass sich die Zeitdauer zum Lösen der Klemmstellung
erheblich reduzieren lässt.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen
Stellantrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und
nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Patentansprüchen beschrieben.
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Bei
dem Stellantrieb gemäß der Erfindung
ist eine Stelleinrichtung vorgesehen, mittels welcher wenigstens
zwei der Getriebeelemente des Stellantriebs aus dem gegenseitigen
Eingriff zu bringen sind. Hierdurch ist es möglich, auf sehr schnelle Weise
die Klemmstellung der Klemmvorrichtung aufzuheben, so dass die Lenksäule unmittelbar
nach dem Lösen – für den Fahrer
des Kraftwagens annähernd unbemerkbar – in axialer
Richtung oder in Hochrichtung eingestellt werden kann. Somit kann
durch den erfindungsgemäßen Stellantrieb
auf einfache Weise der Zielkonflikt gelöst werden, dass einerseits
die Klemmstellung der Klemmvorrichtung sehr steif und die Lenksäule gut
fixierend ausgebildet sein muss, andererseits jedoch diese Klemmstellung
auch in kurzer Zeit gelöst
sein muss. Nunmehr kann durch die geeignete Wahl der Getriebeelemente
ein sehr hohes Übersetzungsverhältnis des
Stellantriebs gewählt
werden, wodurch sich eine sehr steife und selbsthemmende Klemmung
der Lenksäule
realisieren lässt.
Der damit bisher einhergehende Nachteil, dass durch ein großes Übersetzungsverhältnis auch eine
lange Lösezeit
zum Erreichen der Freigabestellung der Klemmvorrichtung bedingt
ist, wird erfindungsgemäß durch
das aus dem Eingriff bringen der wenigstens zwei Getriebeelemente
des Stellantriebs auf technisch einfache Art vermieden. Der Zielkonflikt zwischen
einer steifen und selbsthemmenden Klemmung der Lenksäule und
einer schnellen Lösung
der Klemmstellung ist somit auf vorteilhafte Weise gelöst.
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Als
besonders vorteilhafte Getriebeelemente, welche auf technisch zuverlässige Weise
sowohl aus dem gegenseitigen Eingriff wie auch miteinander in Eingriff
zu bringen sind, haben sich eine Schneckenwelle und ein damit zusammenwirkendes
Zahnrad gezeigt. Die Verzahnung zwischen der Schneckenwelle und
dem Zahnrad kann dabei auf einfache Weise so ausgelegt werden, dass
sich ein ordnungsgemäßer Eingriff
selbständig
einstellt. Wird die Steigung der Schneckenwelle dabei so ausgelegt,
dass diese mit dem darin eingreifenden Zahnrad im Stillstand des
Stellantriebs selbsthemmend zusammenwirkt, so kann auf eine Brems-
oder Blockiereinrichtung innerhalb des Stellantriebs verzichtet
werden oder diese zumindest sehr viel kleiner ausgelegt werden.
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Weiterhin
hat es sich als vorteilhaft gezeigt, zwischen dem Stellantrieb und
der Stelleinrichtung einen Freilauf vorzusehen, so dass die Stelleinrichtung
in einer Bewegungsrichtung zum Klemmen der Lenksäule deaktiviert bleibt und
bei der entgegengesetzten Bewegungsrichtung des Stellantriebs aktiviert
werden kann.
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Umfasst
die Stelleinrichtung eine entlang einer Spindel verstellbare Spindelmutter,
so kann die Steigung der Spindel auf einfache Weise so gestaltet werden,
dass die beiden in Eingriff stehenden Getriebeelemente sehr schnell
aus dem gegenseitigen Eingriff zu bringen sind.
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Insbesondere
durch eine geeignete Wahl der Steigung der Spindel kann die Spindelmutter
auf einfache Weise mittels eines Federelementes so rückverstellt
werden, dass die beiden Getriebeelemente wieder in den gegenseitigen
Eingriff kommen. Hierzu ist die Steigung der Spindel entsprechend
so zu wählen,
damit zwischen der Spindel und der Spindelmutter keine Selbsthemmung
eintritt.
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Als
weiter vorteilhaft hat sich eine Rückstelleinrichtung gezeigt, über welche
nach dem gegenseitigen aus dem Eingriff bringen der wenigsten zwei Getriebeelemente
ein weiteres Getriebeelement aus einer der Klemmstellung der Klemmvorrichtung
zugeordneten Stellung in eine der Freigabestellung der Klemmvorrichtung
zugeordnete Stellung zu bringen ist. Hierdurch wird eine besonders
schnelle Rückverstellung
der Klemmvorrichtung aus der Klemmstellung in die Freigabestellung
ermöglicht.
Als baulich besonders einfach hat sich dabei eine Federeinrichtung
erwiesen, mittels deren Federkraft das weitere Getriebeelement zurückverlagert
werden kann.
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Schließlich kann
eine besonders schnelle Rückstellung
der Klemmeinrichtung aus der Klemmstellung in die Freigabestellung
erreicht werden, wenn die Spindel der Stelleinrichtung eine erheblich größere Steigung
aufweist als die Schneckenwelle des Stellantriebs.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung von zwei bevorzugten Ausführungsbeispielen
sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Stellantriebs für eine Klemmvorrichtung
einer einstellbaren Lenksäule
eines Kraftwagens gemäß einer
ersten Ausführungsform;
und in
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2 eine
weitere schematische Darstellung des Stellantriebs gemäß 1 mit
einer alternativ ausgebildeten Stelleinrichtung.
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In
1 ist
in einer schematischen Darstellung ein elektrisch betriebener Stellantrieb
dargestellt, mit dem ein Klemmmechanismus einer einstellbaren Lenksäule eines
Kraftwagens betreibbar ist, wie dieser beispielsweise der
DE 101 52 807 A1 zu entnehmen
ist und auf welche hiermit ausdrücklich hinsichtlich
des Klemmmechanismus Bezug genommen wird. Ein derartiger Klemmmechanismus,
welcher auch durch den vorliegenden Stellantrieb antreibbar ist,
umfasst eine Klemmvorrichtung, mit welcher eine axial und in Fahrzeughochrichtung
verstellbare Lenksäule
gegenüber
einer Konsole festgelegt werden kann. Hierzu umfasst die Klemmvorrichtung zwei
so genannte Spannscheiben, welche mittels des Stellantriebs um eine
Schwenkachse derart gegeneinander verschwenkbar sind, dass sich
der axiale Abstand zwischen den beiden Spannscheiben ändert. In
der Freigabestellung ist der axiale Abstand der beiden Spannscheiben
zueinander minimal, während
dieser in der Klemmstellung maximal wird. Der vorliegende Stellantrieb
umfasst eine im Weiteren noch näher
erläuterte
Antriebsachse
10, über
welche die beiden Spannscheiben gegeneinander zwischen der Freigabestellung
und der Klemmstellung verstellbar bzw. schwenkbar sind.
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Ein
Elektromotor 12 umfasst ausgangsseitig ein Motorritzel 14,
welches mit einem ersten Zahnrad 16 in Eingriff steht.
Das erste Zahnrad 16 ist seinerseits radial fest mit einer
Schneckenwelle 18 verbunden und treibt diese entsprechend
an. Mit der Schneckenwelle 18 steht ein zweites Zahnrad 20 in
Eingriff, welches mit einem zweiten Ritzel 22 fest verbunden ist.
Das zweite Ritzel 22 steht mit einem dritten Zahnrad 24 in
Eingriff, welches seinerseits drehfest mit der Antriebsachse 10 für die vorstehend
erläuterte Klemmvorrichtung
verbunden ist. Da somit zwischen dem Elektromotor 12 und
der Antriebsachse 10 angeordnete Getriebe weist ein relativ
hohes Übersetzungsverhältnis auf,
so dass eine relativ hohe Umdrehungsgeschwindigkeit des Elektromotors 12 in eine
sehr geringe Umdrehungsgeschwindigkeit der Antriebsachse 10 übersetzt
wird. Die Schneckenwelle 18 weist dabei eine relativ geringe
Steigung auf, so dass diese mit dem darin eingreifenden zweiten Zahnrad 20 im
Stillstand des Elektromotors 12 bzw. des gesamten Stellantriebs
selbsthemmend zusammenwirkt. Mit anderen Worten ist insbesondere
die Verzahnung zwischen der Schneckenwelle 18 und dem zweiten
Zahnrad 20 so ausgelegt, dass bei einem Stillstand des
Stellantriebs – wie
dieser beispielsweise in der Klemmstellung der Klemmvorrichtung
vorliegt – keine
Rückwärtsbewegung
insbesondere der Antriebsachse 10 aufgrund von Setzvorgängen innerhalb
des Getriebes erfolgt, so dass die Klemmstellung der Lenksäule zuverlässig und
kontinuierlich aufrechterhalten wird. Die Selbsthemmung der Schneckenwelle 18 bewirkt
zudem, dass der Elektromotor 12 mit keinem entgegenwirkenden
Moment beaufschlagt wird.
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Zum
Lösen der
Klemmstellung der Klemmvorrichtung umfasst der Stellantrieb eine
in 1 links neben dem zweiten Zahnrad 20 angeordnete Stelleinrichtung 26,
welche über
einen Freilauf 28 mit der Schneckenwelle 18 in
Verbindung steht. Der Freilauf 28 ist dabei so ausgelegt,
dass die Stelleinrichtung 26 in Vorwärtsdrehrichtung des Elektromotors 12 – also in
derjenigen Drehrichtung, in welcher die Klemmvorrichtung in ihre
Klemmstellung überführt wird – nicht
aktiviert ist bzw. im Leerlauf mit keinem Drehmoment der Schneckenwelle 18 beaufschlagt wird.
Wird hingegen der Elektromotor 12 in der gegenläufigen Rückwärtsdrehrichtung
betrieben, so steht der Freilauf 28 in Eingriff und überträgt das Drehmoment
der Schneckenwelle 18 auf die Stelleinrichtung 26.
Hierzu umfasst die Stelleinrichtung 26 zwei miteinander
zusammenwirkende Kegelstirnräder 30, 32, über welche
das Drehmoment der Schneckenwelle 18 auf eine Spindel 34 übertragen
werden kann. Entlang der Spindel 34 ist eine Spindelmutter 36 verstellbar,
welche im Rückwärtsbetrieb
des Elektromotors 12 und einer demgemäßen Aktivierung der Stelleinrichtung 26 gegen
die Federkraft eines Federelements 38 in 1 nach
oben verstellt wird. Die Spindelmutter 36 ist über eine
Schwenk-Schiebeführung
mit einem Hebelarm 40 verbunden, welcher seinerseits an
seinem der Stelleinrichtung 26 abgewandten Ende im Bereich
der Antriebsachse 10 über eine
Lagerachse 42 beispielsweise an einem nicht dargestellten
Gehäuse
des Stellantriebs gelagert ist. Zur Realisierung der Schwenk-Schiebeführung des Hebelarms 40 umfasst
die Spindelmutter 36 einen radial abkragenden Führungsbolzen 44,
welcher in eine schlitzartig ausgenommene Führung 46 des Hebelarms 40 eingreift.
In einem mittleren Bereich des Hebelarms 40 ist das zweite
Zahnrad 20 und das mit diesem fest verbundene zweite Ritzel 22 im
Bereich einer gemeinsamen Drehachse 48 gelagert.
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Wird
der Elektromotor 12 entgegen der Vorwärtsdrehrichtung bzw. der Klemmrichtung
in einer Rückwärtsdrehrichtung
bzw. einer Freigaberichtung der Klemmvorrichtung bewegt, so kommt
der Freilauf in Eingriff und über
die beiden Kegelstirnräder 30, 32 wird
die Spindel 34 gedreht. Gegen die Federkraft des Federelements 38 wird
die Spindelmutter 36 in Richtung nach oben bewegt und nimmt über den Führungsbolzen 44 bzw.
die Führung 46 den
am anderen Ende im Bereich der Lagerachse 42 gehaltenen
Hebelarm 40 nach oben mit. Hierdurch kommen die Schneckenwelle 18 und
das zweite Zahnrad 20 aus dem gegenseitigen Eingriff, so
dass insbesondere die Antriebsachse 10 der sich in der
Klemmstellung befindenden Klemmvorrichtung nicht weiter mit einem
die Klemmstellung sichernden Drehmoment belastet ist. Vielmehr ist
die durch die Selbsthemmung zwischen der Schneckenwelle 18 und
dem zweiten Zahnrad 20 erzeugte gesicherte Klemmstellung
der Klemmvorrichtung aufgehoben und die Antriebsachse 10 kann
entgegen ihrer Klemmrichtung gegen den Uhrzeigersinn zurückverschwenkt
werden. Dies erfolgt mit Hilfe einer Rückstelleinrichtung 50,
welche im vorliegenden Ausführungsbeispiel
eine Federeinrichtung umfasst. Die Federeinrichtung der Rückstelleinrichtung 50 wird
dabei während
des Klemmvorgangs durch eine Bewegung der Antriebsachse 10 bzw.
des dritten Zahnrads 24 im Uhrzeigersinn vorgespannt und
verbleibt in dieser vorgespannten Stellung über die gesamte Zeitdauer,
in welcher die Klemmvorrichtung bzw. die Antriebsachse 10 die Klemmstellung
einnehmen. Wenn hingegen das zweite Zahnrad 20 aus dem
gegenseitigen Eingriff mit der Schneckenwelle 18 gebracht
wird, so dass auch auf das dritte Zahnrad 24 kein die Klemmstellung
weiter haltendes Drehmoment übertragen wird, so
wird dieses über
die Federkraft der Federeinrichtung der Rückstelleinrichtung 50 entgegen
dem Uhrzeigersinn zurückverdreht.
Hierdurch wird die Antriebsachse 10 ebenfalls entgegen
dem Uhrzeigersinn zurückgedreht
und die Klemmvorrichtung aus ihrer Klemmstellung in ihre Freigabestellung überführt.
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Die
Steigung der Spindel 34 der Stelleinrichtung 26 ist
verhältnismäßig groß gewählt, so
dass das zweite Zahnrad 20 bereits mit wenigen Umdrehungen
der Spindelmutter 36 aus dem Eingriff mit der Schneckenwelle 18 kommt.
Hierdurch wird bei einem Rückwärtsbetrieb
des Elektromotors 12 – zur
Aufhebung der Klemmstellung der Klemmvorrichtung und zur Überführung in
ihre Freigabestellung – auf äußerst schnelle
Weise eine Rückstellung
der Antriebsachse 10 entgegen dem Uhrzeigersinn erreicht.
Mit anderen Worten weist die Spindel 34 eine erheblich größere Steigung
auf als die Schneckenwelle 18, wodurch gewährleistet
ist, dass im Vorwärtsbetrieb
des Elektromotors 12 eine sehr steife und selbsthemmende
Klemmung der Klemmvorrichtung erreicht wird, wohingegen im Rückwärtsbetrieb
des Elektromotors 12 äußerst schnell
die Freigabestellung der Klemmvorrichtung erreicht werden kann.
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Nach
Beendigung des Lösvorgangs
und des Überführens der
Antriebsachse 10 bzw. der Klemmvorrichtung in ihre Freigabestellung
wird der Elektromotor 12 abgeschalten. Der Freilauf 28 kommt
hierdurch wieder aus dem Eingriff mit der Schneckenwelle 18,
so dass die Spindel 34 und die Spindelmutter 36 nicht
weiter mit einem Drehmoment der Schneckenwelle 18 belastet
sind, sondern vielmehr frei beweglich. Über die Federkraft des Federelements 38 wird
somit die Spindelmutter 36 entlang der Spindel 34 wieder
in ihre – in 1 untere – Ausgangslage zurückbewegt,
wodurch auch der Hebel 40 über die mit dem Führungsbolzen 44 zusammenwirkende Führung 46 mit
seinem der Lagerachse 42 abgewandten Ende nach unten bewegt
wird. Hierdurch kommt das zweite Zahnrad 20 wieder mit
der Schneckenwelle 18 in Eingriff, so dass der Stellantrieb
wieder seine Ausgangslage erreicht. Um die Klemmvorrichtung neuerlich
in ihre Klemmstellung zu überführen, kann
der Elektromotor 12 nunmehr wieder im Vorwärtsbetrieb
geschalten werden, so dass die Antriebsachse 10 im Uhrzeigersinn
angetrieben wird und hierdurch die Spannscheiben der Klemmvorrichtung
gegeneinander bewegt werden. Gleichzeitig wird bei einer derartigen
Bewegung der Antriebsachse 10 die Rückstelleinrichtung 50 wieder
gespannt. Es ist ersichtlich, dass durch die Mechanik des Stellantriebs
eine aufwändige
Ansteuerung des Klemmmechanismus entfallen kann, da das Verhalten
des Systems lediglich von der Polung des Elektromotors 12 abhängig ist.
Als im Rahmen der Erfindung mitumfasst ist es zu betrachten, dass
anstelle des Elektromotors 12 natürlich auch ein andersartiger
Antrieb gewählt
werden kann.
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2 zeigt
schematisch eine alternative Ausgestaltung des Stellantriebs, welche
sich von der Gestaltung nach 1 insbesondere
durch eine andersartige Stelleinrichtung 26 auszeichnet.
Hierbei ist die Spindel 34 in Erstreckungsrichtung bzw.
axialer Richtung der Schneckenwelle 18 angeordnet, so dass
die beiden Kegelstirnräder 30, 32 im
vorliegenden Ausführungsbeispiel
entfallen können.
Anstelle des Hebels 40 ist eine Kniehebelanordnung mit
einem ersten Hebel 52 und einem zweiten Hebel 54 vorgesehen,
welche im Bereich eines Gelenks 56 schwenkbar miteinander
verbunden sind. Im Rückwärtsbetrieb
des Elektromotors 12 – wenn
also die Spindel 34 über
den Freilauf 28 aktiviert ist – bewegt sich die Spindelmutter 36 in 2 auf
die linke Seite zu, wodurch das Federelement 38 vorgespannt
wird. Es ist ersichtlich, dass eine derartige Bewegung der Spindelmutter 36 in
Richtung nach links über
die Kniehebelanordnung der beiden Hebel 52, 54 dazu führt, dass
das über
die Drehachse 48 am zweiten Hebel 54 gelagerte
zweite Zahnrad 20 mit der Schneckenwelle 18 aus
dem Eingriff kommt.