DE102006003430A1

DE102006003430A1 - Lenksäule mit feststehender Lenkradnabe und Verstellbarkeit des Lenkrades im Crashfall

Info

Publication number: DE102006003430A1
Application number: DE102006003430A
Authority: DE
Inventors: Michael Roske
Original assignee: ZF Lenksysteme GmbH
Current assignee: Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Priority date: 2006-01-25
Filing date: 2006-01-25
Publication date: 2007-07-26
Also published as: SE530837C2; FR2896470A1; FR2896470B1; SE0700138L

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lenksäule mit feststehender Lenkradnabe (2) und einer Verstellbarkeit des Lenkrades im Crashfall, welche eine Bewegung des Lenkrades in Richtung zur Lenksäule ermöglicht. Die Verstellbarkeit wird durch eine Verkürzung der wirksamen Länge der Lenksäule erreicht, wobei die feststehende Lenkradnabe (2) zusammen mit einer Lenkkranzwelle (5) beweglich ausgebildet ist. Hierfür weist die Lenksäule die feststehende Lenkradnabe (2) und einen drehbeweglichen Lenkkranz (1) auf, welcher auf einer als Hohlwelle ausgeführten Lenkkranzwelle (5) drehfest angeordnet ist, wobei in der Lenkkranzwelle (5) ein drehfest angeordnetes Trägerrohr (11) für eine feststehende Lenkradnabe (2) vorhanden ist. Es ist weiter ein Umlenkgetriebe (3) für die Lenkkranzwelle (5) vorgesehen, welches eine Vorgelegewelle (8) aufweist, deren Einleitungsritzel (7a) mit einem Lenkkranzwellenzahnrad (6a) in Eingriff ist, während deren Abtriebsritzel (7b) mit einem Abtriebszahnrad (6b) des Umlenkgetriebes (3) in Eingriff ist. Die Lenkkranzwelle (5) ist dabei so gelagert, dass bei einer definierten axialen Belastung der Lenkkranzwelle (5) die axiale Festlegung derselben aufgehoben wird. Es ist zudem ein freier Raum innerhalb des Lenkgetriebes (3) vorgesehen, der bei einer axialen Verschiebung der Lenkkranzwelle (5) dieselbe samt dem darin gelagerten Trägerrohr (11) der feststehenden Lenkradnabe (2) über einen ausreichend großen Lenkradverstellweg (18) aufzunehmen in der Lage ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lenksäule mit feststehender Lenkradnabe und Verstellbarkeit des Lenkrades im Crashfall gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Lenksäulen von Kraftfahrzeugen sind zur Erhöhung der Sicherheit des Fahrers heute nahezu ausnahmslos so konstruiert, dass das Lenkrad im Crashfall ausweichen kann, also z.B. bei einem Frontalaufprall des Fahrzeugs und anschließendem Aufprall des Fahrers auf das Lenkrad in Richtung zum Armaturenbrett beweglich ist. Bei heute üblichen Lenksäulen wird dies zumeist durch eine plastische Verformung eines Teils der Lenksäule oder durch ein Ineinandergleiten einer Vollwelle in eine Hohlwelle erreicht.

Ein typisches Beispiel einer derartigen Lenksäule ist in der DE 43 43 068 A1 beschrieben. Diese bekannte Lenksäule besteht im Wesentlichen aus einer Hohlwelle und einer darin festgelegten Vollwelle, wobei die Festlegung so gestaltet ist, dass sich die beiden Wellen bei Überschreitung eines Axialkraftschwellwertes ineinander schieben können. Beim Aufprall des Fahrers auf das Lenkrad wird dieses durch das beschriebene teleskopartige Verhalten in Richtung auf das Armaturenbrett bewegt und verringert so die Belastung des Fahrers sowie vergrößert gleichzeitig dessen Überlebensraum.

Das hier zu Grunde liegende und bisher allgemein übliche Lenkrad, welches als ganzes drehbar auf der Lenksäule angebracht ist, weist allerdings einige Nachteile auf: Eine Energie- und Informationsübertragung zwischen dem Lenkrad und feststehenden Teilen des Fahrzeugs ist aufwendig, da hierfür entweder auf Schleifringe, auf Wickelfedern oder berührungslose Übertragungsverfahren wie Induktionsfelder oder Funkübertragung zurückgegriffen werden muss. Schon bei heute üblichen Lenkradausstattungen mit einem Airbag und einigen Bedienelementen etwa zur Steuerung von Telefon und Autoradio ergeben sich hier Nachteile, die sich jedoch mit entsprechendem Aufwand technisch sicher beherrschen lassen.

Sofern es jedoch gewünscht ist, im Lenkrad neben den zuvor beschriebnen Elementen auch zumindest ein Display für beispielsweise alphanumerische Zeichen vorzusehen, um etwa die Einträge eines Telefonbuchs in unmittelbarer Nähe zu den zugehörigen Bedienelementen darstellen zu können, ist es notwendig, dass zumindest ein Teil des Lenkrades nicht an der Drehbewegung des Lenkradkranzes teilnimmt. Daneben ergeben sich durch eine in diesem Sinne feststehende Lenkradnabe weitere Vorteile. So ist die Lage der Bedienelemente hier nicht mehr abhängig vom Lenkwinkel und daher die Bedienbarkeit verbessert. Nicht zuletzt ermöglicht ein in Bezug auf die Lenkrotation feststehender Lenkradmittelteil aber auch die Entwicklung und den Einsatz von unsymmetrischen Airbags, wie sie für die Beifahrerseite eines Kraftfahrzeugs bereits lange verfügbar sind.

Lenkräder mit feststehendem Mittelteil sind bereits bekannt. So beschreibt die DE 37 37 165 A1 mehrere unterschiedliche konstruktive Ausgestaltungen eines Lenkrades mit einem im Zentrum des Lenkrades in einer Ruhelage festgehaltenem Mittelteil. Auch die französische Patentschriften FR 2 815 318 B1 und FR 2 827 561 B1 sowie die kanadische Patentschrift CA 1 318 833 offenbaren derartige Lenkräder.

Dabei wird jedoch nicht weiter auf das Verhalten im Crashfall eingegangen und jedenfalls kein Vorschlag gemacht, wie eine Verstellbarkeit bei einer Lenksäule mit feststehender Lenkradnabe im Crashfall konstruktiv ausgeführt werden kann.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, für eine Lenksäule mit feststehender Lenkradnabe eine Verstellvorrichtung für das Lenkrad im Crashfall vorzuschlagen, welche eine Bewegung des Lenkrades in Richtung auf die Lenksäule ermöglicht.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Hauptanspruchs, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar sind.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine derartige Verstellbarkeit bevorzugt durch eine Verkürzung der wirksamen Länge der Lenksäule realisierbar ist, und dass bei einem Lenkrad mit feststehender Lenkradnabe sowohl ein feststehender Teil als auch ein drehbeweglicher Teil der Lenksäule gleichzeitig beweglich sein müssen.

Zur sprachlichen Vereinfachung sollen hier zunächst einige zentrale Begriffe definiert werden: Das Lenkrad umfasst im Folgenden einen zum Lenken des Fahrzeugs drehbeweglich gelagerten Lenkkranz, welcher mit einer Lenkkranzwelle drehfest verbunden ist. Es umfasst weiter eine feststehende Lenkradnabe, welche auf einem feststehenden Trägerrohr drehfest befestigt und damit drehfest zur Karosserie des Fahrzeugs gelagert ist. Selbstverständlich ist es möglich, dass die feststehende Lenkradnabe und das feststehende Trägerrohr im Sinne einer im Normalbetrieb verstellbaren Positionierung des Lenkrades sowie im Falle eines Crashs verstellbar bzw. beweglich sind. Sie sind jedoch im normalen Fahrbetrieb fest und auch bei der Einstellung der Lenkradposition sowie im Crashfall zumeist drehfest gegenüber der Karosserie angeordnet.

Die Lenksäule umfasst neben dem Lenkrad auch die das Lenkrad tragenden Wellen, Achsen, Lager, Getriebe und sonstige Elemente, die zur Übertragung eines vom Fahrer auf den Lenkkranz aufgebrachten Drehmoments auf einen Abtrieb der Lenksäule sowie zur drehfesten Lagerung der Lenkradnabe dienen, und kann darüber hinaus noch weitere Teile, wie beispielsweise Verkleidungsteile, Lenkradsperren und Bedienelemente (etwa Blinkerhebel und deren Lagerung) umfassen.

Die Erfindung geht von einer Lenksäule mit einer feststehenden Lenkradnabe und einem drehbeweglichen Lenkkranz aus, welcher auf einer als Hohlwelle ausgeführten Lenkkranzwelle drehfest angeordnet ist, wobei in der Lenkkranzwelle ein drehfest angeordnetes Trägerrohr für die feststehende Lenkradnabe angeordnet ist, und wobei ein Umlenkgetriebe für die Lenkkranzwelle vorgesehen ist, welches eine Vorgelegewelle umfasst, deren Einleitungsritzel mit einem Lenkkranzwellenzahnrad in Eingriff ist, während deren Abtriebsritzel mit einem Umlenkgetriebe-Abtriebszahnrad des Umlenkgetriebes in Eingriff ist.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist vorgesehen, dass die Lenkkranzwelle so gelagert ist, dass bei einer definierten axialen Belastung der Lenkkranzwelle die axiale Festlegung derselben aufgehoben wird, und dass ein freier Raum innerhalb des Lenkgetriebes vorgesehen ist, der bei einer axialen Verschiebung der Lenkkranzwelle dieselbe samt dem darin gelagerten Trägerrohr der feststehenden Lenkradnabe über einen ausreichend großen Lenkradverstellweg aufzunehmen in der Lage ist.

Auf diese Weise kann bei einem Crash des Fahrzeugs beispielsweise bei einem Aufprall des Fahrers auf das Lenkrad bzw. bei einer entsprechenden Kraftbeaufschlagung des Lenkrades in Folge einer Auslösung eines Airbags das gesamte, aus Lenkkranz und feststehender Lenkradnabe bestehende Lenkrad in axialer Richtung der Lenksäule bewegt werden, und so den Überlebensraum des Fahrers vergrößern.

Im Gegensatz zu anderen denkbaren Lösungen sind hierfür keine gesonderten Elemente, wie beispielsweise Wellrohre, im Anschluss an die Lenksäule notwendig. Durch die Funktionsintegration lässt sich diese Funktion zudem sehr günstig und bei nur geringem zusätzlichem Bauvolumen des Umlenkgetriebes für die Lenkradnabe implementieren. Das Gehäuse des Umlenkgetriebes dient dabei gleichzeitig als mechanischer Schutz für diese sicherheitsrelevante Vorrichtung. Insbesondere bietet eine erfindungsgemäße Konstruktion im Verhältnis zu einer an die eigentliche Lenkwelle anschließenden konventionellen Lösung, welche eine Verschiebung der gesamten Lenkwelle ermöglichen würde, den Vorteil einer erheblich geringeren Baulänge und stark reduzierter träger Massen, welche sich bei einem Unfall nachteilig auswirken können.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Lenkkranzwelle mittels eines Distanzhalters axial festgelegt ist, wobei der Distanzhalter bei Überschreitung einer Grenzkraft axial verformbar und/oder gegenüber der Lenkkranzwelle verschiebbar ist.

Bis zu dieser Grenzkraft ist das Lenkrad zumindest ohne die unten erläuterten Erweiterungen zur manuellen oder motorischen Verstellung axial festgelegt und vermittelt so den gewünschten, soliden und belastbaren Eindruck. Es stehen dabei eine Vielzahl denkbarer Elemente zur konkreten Ausgestaltung des Distanzhalters zur Verfügung, die je nach den jeweiligen Anforderungen und insbesondere nach der gewünschten Losbrechkraft oder der gewünschten Kraftaufnahme je Verschiebungsweg gewählt bzw. ausgestaltet werden können.

Wenn der Distanzhalter dabei so ausgestaltet wird, dass er über einen definierten Verformungsweg oder Verschiebungsweg gegenüber der Lenkkranzwelle eine definierte Verformungskraft aufnehmen kann, wird bei der Verschiebung des Lenkrades im Crashfall auf definierte Weise Energie abgebaut.

Die Funktion eines Airbags kann sich so vorteilhaft mit der Funktion der Lenksäule ergänzen.

Dies lässt sich beispielsweise auf besonders einfache und preiswerte Weise erreichen, wenn der Distanzhalter ein Rohr oder ein Hülse mit über deren Länge periodisch wechselndem Durchmesser und/oder einer periodisch schwankenden Wandstärke ist.

Gemäß einer anderen Variante kann vorgesehen sein, dass die Lenkkranzwelle mittels zumindest eines Sprengrings axial gegenüber zumindest einem der Lenkkranzwellenlager und/oder gegenüber einem feststehenden Teil, beispielsweise einem Gehäuseteil des Umlenkgetriebes für die Lenkradnabe, festgelegt ist, wobei der Sprengring bei Überschreitung einer Grenzkraft von der Lenkkranzwelle ablösbar und/oder axial auf der Lenkkranzwelle verschiebbar ist. Dies lässt sich besonders preiswert durch eine V-förmige oder zumindest einseitig angephaste Nut und eine definierte Federkraft des Sprengrings, aber beispielsweise auch durch Sprengringe mit Sollbruchstellen erreichen, und bildet eine besonders preisgünstige Variante der erfindungsgemäßen Lenksäule. Allerdings kann auf diese Weise jeweils nur die Losbrechkraft für die Aufhebung der axialen Festlegung der Lenkkranzwelle vorgegeben und nur eine vergleichsweise geringe Energie aufgenommen werden.

Wenn gemäß einer weiteren Variante die Lenkkranzwelle mittels einer Wellenmutter axial an einem die Lenkkranzwelle tragenden Lenkkranzwellenlager festgelegt ist, wobei die Wellenmutter bei Überschreitung einer Grenzkraft ablösbar und axial auf der Lenkkranzwelle verschiebbar ist, kann auch entlang des Verschiebeweges beispielsweise durch Abscheren eines relativ schwach ausgelegten Gewindes eine vorbestimmte Energie in plastische Verformung bzw. in spanabhebende Verformungsarbeit umgewandelt werden.

Daneben oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Lenkkranzwelle so in zumindest einem ersten und einem zweiten Lenkkranzwellenlager gelagert ist, dass zumindest eines der Lagerelemente selbst eine axiale Kraft bis zu einer Grenzkraft aufzunehmen in der Lage ist und bei Überschreitung dieser Grenzkraft zumindest teilweise zerstört wird, wodurch auch die axiale Festlegung der Lenkkranzwelle aufgehoben wird. Diese Variante einer erfindungsgemäß ausgebildeten Lenksäule kann damit gänzlich ohne zusätzliche Elemente zur Festlegung einer axialen Grenzkraft auskommen.

Ein in Hinblick auf das Crashverhalten nochmals verbessertes Verhalten der Lenksäule lässt sich auch dadurch erreichen, dass entlang des möglichen Verschiebeweges der Lenkkranzwelle mehrere Elemente zur Festlegung einer axialen Grenzkraft so angeordnet sind, dass diese eine weitere Bewegung der Lenkkranzwelle in Richtung des Abtriebs zum Lenkgetriebe bis zu jeweils einer definierten Grenzkraft verhindern und/oder dass zu deren Überwindung oder Verschiebung eine definierte Energiemenge erforderlich ist.

So könnte die Lenkkranzwelle beispielsweise über einen Verschiebebereich in regelmäßigen oder unregelmäßigen Abständen gleiche oder auch unterschiedlich ausgeformte Nuten aufweisen, in die jeweils gleiche oder unterschiedliche Sprengringe so eingesetzt werden, dass sich für jede Nut-Sprengring-Kombination eine definierte Losbrechkraft und eine definierte Energieaufnahme ergibt.

Alternativ dazu kann beispielsweise auch ein durch eine Feder vorgespannter Schieber über den Verstellweg der Lenkkranzwelle nacheinander in unterschiedliche Nuten eingreifen, wobei die Nuten selbst in diesem Fall die erwähnten mehreren Elemente zur Festlegung einer axialen Grenzkraft bilden, welche mit ein und demselben Schieber zusammenwirken. Selbstverständlich lassen sich auch mehrere der zuvor beschriebenen Varianten vorteilhaft kombinieren.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann die axiale Festlegung der Lenkkranzwelle einstellbar sein. Hierzu genügt im einfachsten Fall bereits eine Wellenmutter beziehungsweise zwei korrespondierende Wellenmuttern, deren Lage ab Werk oder in einer Werkstatt so eingestellt werden, dass sich eine gewünschte axiale Position des Lenkrades ergibt.

Wenn die Elemente zur axialen Festlegung der Lenkkranzwelle in einer Weiterbildung dieser Ausprägung manuell oder elektrisch/elektronisch gesteuert aus einem Normalmodus in einen verstellbaren Modus überführt werden können, lässt sich mit geringem zusätzlichem Aufwand ein axial durch den Fahrer verstellbares Lenkrad realisieren.

Beispielsweise können mehrere Rastnuten in der Lenkkranzwelle vorgesehen sein, von denen je nach axialer Einstellung der Lenkradposition an Stelle des zuvor beschriebenen Sprengrings ein von außen außer Eingriff bringbares Element, z.B. in Form eines in Richtung auf die Lenkkranzwelle federbelasteten Schiebers eingreift. Der Fahrer kann nun den Schieber manuell aus der Nut herausdrücken und anschließend die Position des Lenkrades nach ergonomischen Gesichtspunkten axial verstellen. Lässt er das Entriegelungselement Ios, gleitet dies aufgrund der Federvorspannung bei leichter axialer Verschiebung des Lenkrades automatisch in die nächste Nut. Selbstverständlich können hier auch andere Mechanismen wie etwa verstellbare Wellenmuttern oder Scherstifte verwendet werden. Weiter kann die Verstellung selbstverständlich nicht nur von Hand, sondern auch motorisch angetrieben und/oder elektrisch bzw. elektronisch gesteuert werden.

Eine bevorzugte Variante zur axialen Verstellung des Lenkrades bzw. der gesamten Lenksäule erfolgt über ein manuelles oder elektrisches Verschieben der Lenksäulenhalterung in axialer Richtung. Dazu ist diese Lenksäulen halterung direkt oder indirekt axial verschiebbar in der Fahrzeugkarosserie gelagert. Der axiale Verschiebeweg wird dann in einer mit einem Lenkgelenk (beispielsweise Kreuzgelenk) verbundenen Lenkwelle aufgenommen. Die Axialverschiebung in der Lenkwelle kann dabei beispielsweise in einer axial ausgerichteten Mitnahmeverzahnung erfolgen.

Üblicherweise ist unmittelbar hinter einem Lenkrad ein Blinkerhebel und meist auch ein Scheibenwischerhebel angeordnet, welche bei einer Drehung des Lenkkranzes ortsfest bleiben, wobei diese Hebel lediglich für typische Funktionen von hinter dem Lenkrad angeordneten Bedienelementen stehen und ausdrücklich auch Bedienelemente entsprechender Form und Lage für beliebige andere Funktionen mit einschließen sollen. Bei einer ungünstigen Ausgestaltung könnten diese Hebel die axiale Verschiebbarkeit des Lenkrades stark begrenzen.

Eine Variante der Erfindung sieht daher vor, dass ein Trägerrohr für Blinker- und Scheibenwischerhebel vorgesehen ist, welches mittels eines Scherelementes an einem ortsfesten Gehäuseteil, z.B. an einer Lenkkranzwellen-Lagerhalterung festgelegt ist, wobei bei Überschreitung einer axialen Grenzkraft des Trägerrohrs dessen axiale Festlegung im Scherelement aufgehoben wird. Auf diese Weise ist eine volle Verschiebbarkeit des Lenkrades zumindest so weit sichergestellt, wie das Trägerrohr für Blinker- und Scheibenwischerhebel nicht gegen ein festes Hindernis stößt, welches eine weitere Verschiebung behindert.

Selbstverständlich können an Stelle des Scherelementes auch komplexere Verbindungen ähnlicher Funktion wie etwa die vorstehend beschriebenen Sprengringe oder Wellenmuttern, aber auch z.B. Klebverbindungen oder auch einstückige Elemente mit einer entsprechenden Sollbruchstelle Verwendung finden. Daneben ist auch eine einfache Klemmpassung denkbar. Wichtig ist hier lediglich, dass die vom Haltering getragenen Bedienelemente im Betreib ausreichend festgelegt sind, im Crashfall aber keine zu großen Widerstandskräfte gegen eine Verstellung des Lenkrades aufbringen.

Dies lässt sich in Kenntnis der Erfindung besonders einfach und elegant dadurch erreichen, dass das Trägerrohr für den Blinkerhebel und den Scheibenwischerhebel sowie das ortsfeste Gehäuseteil so ausgestaltet sind, dass diese nach Aufhebung der axialen Festlegung übereinander oder ineinander schiebbar sind. Dies kann beispielsweise durch ein als zylindrisches Rohr ausgebildetes Trägerrohr erreicht werden, welches einen geringfügig größeren Durchmesser als ein dieses tragende Rohr aufweist, an dem es mittels des Scherelementes festgelegt ist.

Zur Vergrößerung des maximalen Verschiebeweges des Lenkrades bei durch die geometrischen Verhältnisse begrenzten Verschiebeweg des Trägerrohrs oder auch alternativ zu dessen Verschiebung kann vorgesehen sein, dass das Trägerrohr für Blinker- und Scheibenwischerhebel so ausgestaltet ist, dass es sich bei einer Beaufschlagung mit einer axialen Grenzkraft unter Verkürzung seiner axialen Länge plastisch und/oder elastisch verformen kann. Im einfachsten Fall genügt hier ein elastisches Wellrohr.

Da die erfindungsgemäße Lenkwelle auf der Idee beruht, dass die Lenkkranzwelle im Umlenkgetriebe für die Lenkradnabe verschiebbar ist, muss neben einem ausreichenden Freiraum zur Aufnahme der Lenkkranznabe auch deren tatsächliche Verschiebbarkeit sichergestellt werden. Hierfür könnte beispielsweise das Lenkkranzwellenzahnrad verschiebbar auf der Lenkkranzwelle angeordnet sein. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn die Zahnradpaarungen zwischen dem Lenkkranzwellenzahnrad und dem Einleitungsritzel der Vorgelegewelle so ausgestaltet ist, dass eine Verschiebung der Lenkkranzwelle nicht behindert wird, da dadurch auch eine einstückige Fertigung oder eine geometrisch allseitig feste Verbindung der Lenkkranzwelle und des Lenkkranzwellenzahnrades möglich ist.

Zur Vermeidung von Spiel zwischen den Zahnrädern bei guter Verschiebbarkeit des Lenkkranzwellenzahnrads ist es dabei besonders vorteilhaft, wenn das Lenkkranzwellenzahnrad und das Einleitungsritzel der Vorgelegewelle jeweils kegelförmig ausgestaltet sind und das Einleitungsritzel der Vorgelegewelle durch eine axial wirkende Feder mit dem Lenkkranzwellenzahnrad in Eingriff gehalten wird.

Aus dem gleichen Grund ist es vorteilhaft, wenn auch das Abtriebsritzel der Vorgelegewelle sowie das Umlenkgetriebe-Abtriebszahnrad jeweils kegelförmig ausgebildet sind, und dass das Abtriebsritzel der Vorgelegewelle durch eine axial wirkende Feder mit dem Umlenkgetriebe-Abtriebszahnrad in Eingriff gehalten wird.

Die axial wirkende Feder kann dabei eine Spiral-Druckfeder sein, wodurch sich eine einfache und robuste Konstruktion ergibt. Dies ermöglicht zudem je nach Ausgestaltung der Feder auch einen besonders großen Verstellweg ohne eine Trennung der Zahnräder.

Insbesondere, wenn auch im Normalbetrieb, also im Nicht-Crashfall eine axiale Verstellbarkeit des Lenkrades gewünscht ist, ist es vorteilhaft, wenn die axial wirkende Feder einen Arbeitsfederweg aufweist, der mindestens einer im Normalbetrieb möglichen axialen Verstellstrecke des Lenkrades entspricht. Unter dem Arbeitsfederweg wird dabei derjenige Verstellbereich der Lenkkranzwelle verstanden, welcher sich zwischen seiner vollständig ausgefahrenen Stellung und einer Stellung ergibt, in welcher die Federkraft gerade noch ausreichend ist, um das Lenkkranzwellenzahnrad und das Einleitungsritzel der Vorgelegewelle sicher und mit ausreichendem Anpressdruck in Kontakt zu halten

Schließlich sei als letzte Ausgestaltung der Erfindung noch angemerkt, dass es im Crashfall neben der Kraftbeaufschlagung des Lenkrades und der Lenkkranzwelle durch den Fahrer selbstverständlich auch die Möglichkeit gibt, aufgrund z.B. der Daten von Sensoren oder einer Verschiebung des Motorblocks oder anderer Komponenten gegenüber der Motoraufhängung oder Karosserie eine axiale Bewegung des Lenkrades auch unabhängig von einer Einwirkung des Fahrers einzuleiten. Dies kann dessen Überlebensraum vergrößern, bevor er überhaupt mit dem Lenkrad bzw. Airbag in Berührung kommt oder eine große Kraft auf diese beiden ausübt. Es kann daher vorteilhaft vorgesehen werden, dass die Aufhebung der axialen Festlegung der Lenkkranzwelle aufgrund einer anderen Kraft als der Einwirkung eines Fahrers auf das Lenkrad oder einen im Lenkrad gelagerten Airbag erfolgt, und zwar insbesondere als Folge der Zündung einer pyrotechnischen Ladung und/oder in Folge einer Verkürzung oder Verschiebung eines flexiblen Elementes, insbesondere eines mit dem Motorblock verbundenen Stahlseils.

Die Erfindung lässt sich anhand eines Ausführungsbeispiels weiter erläutern. Dazu ist der Beschreibung eine Zeichnung beigefügt.
Die einzige 1 zeigt einen Lenkkranz 1, welcher die Stellung der gelenkten Räder beeinflusst, mit einer darin angeordneten feststehenden Lenkradnabe 2, welche zumeist nicht zeichnerisch dargestellte, weitere Elemente wie einen Airbag, Bedienelemente, Anzeigeelemente, frei programmierbare Displays oder Telefonvorrichtungen beinhaltet. Die feststehende Lenkradnabe 2 ist mittels der Wellenmutter 25 drehfest auf dem Trägerrohr 11 der Lenkradnabe festgelegt, welches eine seitliche Einführungsöffnung 23 für Kabel zur Versorgung der in der Lenkradnabe 2 angeordneten weiteren Elemente aufweist.
Das Trägerrohr 11 der Lenkradnabe 2 ist über Lager 24a und 24b koaxial in einer Lenkkranzwelle 5 angeordnet und relativ zu einem Lenksäulenkörper 16 und einer Lenkkranzwellen-Halterung 21 drehfest gehalten. Die Lenkkranzwelle 5 ist ihrerseits mittels eines ersten und eines zweiten Lenkkranzwellenla gers 14a, 14b in der Lenkkranzwellen-Halterung 21 bzw. in einem ortsfesten Gehäuseteil 21 drehbar aber axial festgelegt gelagert. Die axiale Festlegung erfolgt dabei in diesem Fall durch einen Distanzhalter 12 in Form einer dünnwandigen Hülse, welche bei einer definierten Kraft auf den Lenkkranz und/oder die feststehenden Lenknabe plastisch verformt wird, sich dabei axial verkürzt und so eine axiale Verschiebung der Lenkkranzwelle 5 und des darin gelagerten Trägerrohrs der Lenkradnabe 11 ermöglicht.
Eine derartige Verschiebung setzt jedoch voraus, dass der Blinkerhebel 4a und der Scheibenwischerhebel 4b, die hier auf einem gemeinsamen Haltering 4 angeordnet sind, keine zu große Gegenkraft aufbringen. Das Trägerrohr 15 für den Blinker- und Scheibenwischerhebel weist deshalb einerseits einen geringfügig größeren Durchmesser auf, als das diese tragende ortsfeste Gehäuseteil 21, welches in diesem Fall die Lenkkranzwellenlager-Halterung 21 ist. Bei Überschreitung einer definierten axialen Grenzkraft löst sich das als Scherhülse ausgebildete Scherelement 19, und ermöglicht so ein Aufgleiten des Trägerrohrs 15 für den Blinker- und Scheibenwischerhebel auf die Lenkkranzwellenlager-Halterung 21. Der Gleitweg ist jedoch durch den Lenksäulenkörper 16 axial begrenzt, weshalb das Trägerrohr 15 zusätzlich elastisch und bei zunehmender Verformung auch plastisch im Sinne einer Verkürzung verformbar ist.
Eine solche Verformung kann vermieden werden, wenn der axiale Abstand zwischen dem Trägerrohr 15 und dem lenkkranzseitigen Ende des Lenksäulenkörpers 16 nicht größer als der Abstand 18 zwischen dem Trägerrohr 11 und dem Umlenkgetriebe-Abtriebszahnrad 6b ist.
Um einen ausreichenden Verschiebeweg der Lenkkranzwelle 5 zu ermöglichen, ist innerhalb des Umlenkgetriebes für die Lenkradnabe 3 ein Freiraum vorgesehen, der nach Aufhebung der axialen Festlegung der Lenkkranzwelle 5 eine Verschiebung derselben um maximal den Lenkradverstellweg 18 ermöglicht.
Hierfür ist es entscheidend, dass die Zahnradpaarungen des Umlenkgetriebes 3 eine Verschiebung der Lenkkranzwelle nicht behindern oder gar verhindern. Daher ist die Zahnradpaarung zwischen dem Lenkradwellenzahnrad 6a und dem Einleitungsritzel 7a der Vorgelegewelle 8 in Form von kegelförmigen Zahnrädern ausgestaltet, wobei eine hier als Spiral-Druckfeder ausgebildete Feder 22a des Einleitungsritzels der Vorgelegewelle 8 für den notwendigen, spielfreien axialen Anpressdruck zwischen den Zahnrädern 6a und 7a sorgt.
In diesem Ausführungsbeispiel ist weiter ein Servomotor 9 zur Unterstützung der Lenkkraft vorgesehen, welcher mittels eines dem Servomotor 9 zugeordneten Getriebes 10 eine Lenkungshilfskraft an die Vorgelegewelle 8 übertragen kann. Das Abtriebritzel 7b der Vorgelegewelle 8 bildet mit dem Umlenkgetriebe-Abtriebszahnrad 6b und der Druckfeder 22b des Abtriebsritzels 7b der Vorgelegewelle 8 eine zum zuvor beschriebenen Aufbau spiegelsymmetrische und spielfreie Konstruktion.
Das Umlenkgetriebe-Abtriebszahnrad 6b ist schließlich über hier nicht näher bezeichnete übliche Lagerungen und ein als Kardangelenk 20 ausgebildetes Lenkgelenk, welches eine Neigungsverstellung der gesamten Lenkwelle ermöglicht, mit einem Abtrieb 13 zum Lenkgetriebe verbunden.

1: Lenkkranz
2: Feststehende Lenkradnabe
3: Umlenkgetriebe für Lenkradnabe 2
4: Haltering für Blinker- und Scheibenwischerhebel 4a, 4b
4a: Blinkerhebel
4b: Scheibenwischerhebel
5: Lenkkranzwelle
6a: Lenkkranzwellenzahnrad
6b: Umlenkgetriebe-Abtriebszahnrad
7a: Einleitungsritzel der Vorgelegewelle
7b: Abtriebsritzel der Vorgelegewelle
8: Vorgelegewelle
9: Servomotor
10: Getriebe für Servomotor 9
11: Trägerrohr für Lenkradnabe 2
12: Distanzhalter
13: Abtrieb zum Lenkgetriebe
14a: Erstes Lenkkranzwellenlager
14b: zweites Lenkkranzwellenlager
15: Trägerrohr für Blinker- und Scheibenwischerhebel 4a, 4b
16: Lenksäulenkörper
17: Lenksäulenhalterung
18: Lenkradverstellweg
19: Scherelement, Scherhülse
20: Lenkgelenk, Kardangelenk
21: Lenkkranzwellenlager-Halterung, ortsfestes Gehäuseteil
22a: Feder des Einleitungsritzels der Vorgelegewelle 7a
22b: Feder des Abtriebsritzels der Vorgelegewelle 7b
23: Einführungsöffnung für Kabel
24a: Erste Lagerung zwischen Trägerrohr der Lenkradnabe 11 und Lenkkranzwelle 5
24b: Zweite Lagerung zwischen Trägerrohr der Lenkradnabe 11 und Lenkkranzwelle 5
25: Wellenmutter

Claims

Lenksäule mit einer feststehenden Lenkradnabe (2) und einem drehbeweglichen Lenkkranz (1), welcher auf einer als Hohlwelle ausgeführten Lenkkranzwelle (5) drehfest angeordnet ist, wobei in der Lenkkranzwelle (5) ein drehfest angeordnetes Trägerrohr (11) für die feststehende Lenkradnabe (2) angeordnet ist, und wobei ein Umlenkgetriebe (3) für die Lenkkranzwelle (5) vorgesehen ist, welches eine Vorgelegewelle (8) aufweist, deren Einleitungsritzel (7a) mit einem Lenkkranzwellenzahnrad (6a) in Eingriff ist, während deren Abtriebsritzel (7b) mit einem Umlenkgetriebe-Abtriebszahnrad (6b) des Umlenkgetriebes (3) in Eingriff ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkkranzwelle (5) so gelagert ist, dass bei einer definierten axialen Belastung der Lenkkranzwelle (5) die axiale Festlegung derselben aufgehoben wird, und dass ein freier Raum innerhalb des Lenkgetriebes (3) vorgesehen ist, der bei einer axialen Verschiebung der Lenkkranzwelle (5) dieselbe samt dem darin gelagerten Trägerrohr (11) der feststehenden Lenkradnabe (2) über einen ausreichend großen Lenkradverstellweg (18) aufzunehmen in der Lage ist.
Lenksäule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkkranzwelle (5) mittels eines Distanzhalters (12) axial festgelegt ist, wobei der Distanzhalter (12) bei Überschreitung einer Grenzkraft axial verformbar und/oder gegenüber der Lenkkranzwelle (5) verschiebbar ist.
Lenksäule nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Distanzhalter (12) so ausgestaltet ist, dass er über einen definierten Verformungsweg oder Verschiebungsweg gegenüber der Lenkkranzwelle (5) eine definierte Verformungskraft aufnehmen kann.
Lenksäule nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch ge kennzeichnet, dass der Distanzhalter (12) ein Rohr oder ein Hülse mit periodisch wechselndem Durchmesser und/oder einer periodisch schwankenden Wandstärke ist.
Lenksäule nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkkranzwelle (5) mittels zumindest eines Sprengrings axial gegenüber zumindest einem der Lenkkranzwellenlager (14a, 14b) und/oder gegenüber einem feststehenden Teil festgelegt ist, wobei der Sprengring bei Überschreitung einer Grenzkraft von der Lenkkranzwelle (5) ablösbar und/oder axial auf der Lenkkranzwelle (5) verschiebbar ist.
Lenksäule nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkkranzwelle (5) mittels einer Wellenmutter axial festgelegt ist, wobei die Wellenmutter bei Überschreitung einer Grenzkraft ablösbar und axial auf der Lenkkranzwelle (5) verschiebbar ist.
Lenksäule nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkkranzwelle (5) so in zumindest einem ersten und einem zweiten Lenkkranzwellenlager (14a, 14b) gelagert ist, dass wenigstens eines der Lagerelemente (14a, 14b) selbst eine axiale Kraft bis zu einer Grenzkraft aufzunehmen in der Lage ist, und bei Überschreitung dieser Grenzkraft zumindest teilweise desintegriert wird.
Lenksäule nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass entlang des möglichen Verschiebeweges der Lenkkranzwelle (5) mehrere Elemente so angeordnet sind, dass diese eine weitere Bewegung der Lenkkranzwelle (5) in Richtung des Abtriebs zum Lenkgetriebe (13) bis zu jeweils einer definierten Grenzkraft verhindern und/oder dass zu deren Überwindung oder Verschiebung eine definierte Energiemenge erforderlich ist.
Lenksäule nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Festlegung der Lenkkranzwelle (5) und/oder der gesamten Lenksäule einstellbar ist.
Lenksäule nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente zur axialen Festlegung der Lenkkranzwelle (5) und/oder der gesamten Lenksäule manuell oder elektrisch bzw. elektronisch gesteuert aus einem Normalmodus in einen verstellbaren Modus überführbar sind.
Lenksäule nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Verstellung der gesamten Lenksäule über ein manuelles oder elektrisches Verschieben der Lenksäulenhalterung (17) in axialer Richtung erfolgt, wozu die Lenksäulenhalterung (17) direkt oder indirekt axial verschiebbar in der Fahrzeugkarosserie gelagert ist, und der axiale Verschiebeweg in einer mit einem Lenkgelenk (20) verbundenen Lenkwelle aufgenommen.
Lenksäule nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Trägerrohr (15) für Blinker- und Scheibenwischerhebel vorgesehen ist, welches mittels eines Scherelementes (19) an einem ortsfesten Gehäuseteil, beispielsweise an einer Lenkkranzwellen-Lagerhalterung (21), festgelegt ist, wobei bei Überschreitung einer axialen Grenzkraft des Trägerrohrs (15) dessen axiale Festlegung im Scherelement (19) aufgehoben wird.
Lenksäule nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerrohr (15) für Blinker- und Scheibenwischerhebel und das ortsfeste Gehäuseteil (21) so ausgebildet sind, dass diese nach Aufhebung der axialen Festlegung übereinander oder ineinander schiebbar sind.
Lenksäule nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekenn zeichnet, dass das Trägerrohr (15) für Blinker- und Scheibenwischerhebel so ausgestaltet ist, dass es bei einer Beaufschlagung mit einer axialen Grenzkraft unter Verkürzung seiner axialen Länge plastisch und/oder elastisch verformbar ist.
Lenksäule nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnradpaarungen zwischen dem Lenkkranzwellenzahnrad (6a) und dem Einleitungsritzel (7a) der Vorgelegewelle (8) so ausgestaltet ist, dass eine Verschiebung der Lenkkranzwelle (5) nicht behindert wird.
Lenksäule nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenkkranzwellenzahnrad (6a) und das Einleitungsritzel (7a) der Vorgelegewelle (8) jeweils kegelförmig ausgebildet sind, und dass das Einleitungsritzel (7a) der Vorgelegewelle durch eine axial wirkende Feder (22a) mit dem Lenkkranzwellenzahnrad (6a) in Eingriff gehalten wird.
Lenksäule nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Umlenkgetriebe-Abtriebszahnrad (6b) und das Abtriebsritzel (7b) der Vorgelegewelle (8) jeweils kegelförmig ausgebildet sind, und dass das Abtriebsritzel (7b) der Vorgelegewelle (8) durch eine axial wirkende Feder (22b) mit dem Umlenkgetriebe-Abtriebszahnrad (6b) in Eingriff gehalten wird.
Lenksäule nach Anspruch 16 und 17, dadurch gekennzeichnet, dass die axial wirkende Feder (22a, 22b) eine Spiral-Druckfeder ist.
Lenksäule nach Anspruch 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die axial wirkende Feder (22a) einen Arbeitsfederweg aufweist, der mindestens einer im Normalbetrieb gegebenen axialen Verstellstrecke des Lenkkranzes (1) entspricht.
Lenksäule nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufhebung der axialen Festlegung der Lenkkranzwelle (5) aufgrund einer anderen Kraft als der Einwirkung eines Fahrers auf das Lenkrad oder einen im Lenkrad gelagerten Airbag realisierbar ist.
Lenksäule nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Vermeidung von Spiel zwischen den Zahnrädern bei guter Verschiebbarkeit des Lenkkranzwellenzahnrads ist es dabei besonders vorteilhaft, wenn das Lenkkranzwellenzahnrad (a) und das Einleitungsritzel der Vorgelegewelle jeweils kegelförmig ausgestaltet sind und das Einleitungsritzel der Vorgelegewelle durch eine axial wirkende Feder mit dem Lenkkranzwellenzahnrad in Eingriff gehalten wird.