DE102006057356B4

DE102006057356B4 - Vorrichtung zur Ansteuerung eines Sperrgliedes

Info

Publication number: DE102006057356B4
Application number: DE102006057356.0A
Authority: DE
Inventors: Martin Kralik
Original assignee: Huf Huelsbeck and Fuerst GmbH and Co KG
Current assignee: Huf Huelsbeck and Fuerst GmbH and Co KG
Priority date: 2006-12-04
Filing date: 2006-12-04
Publication date: 2020-07-16
Anticipated expiration: 2026-12-05
Also published as: DE102006057356A1

Abstract

Vorrichtung (10) zur Ansteuerung eines Sperrgliedes (11) eines funktionswesentlichen Bauteils, insbesondere einer Lenksäule oder eines Gangschalthebels eines Kraftfahrzeuges, miteinem Getriebe (20), das ein Antriebsrad (21) mit einer ersten Drehachse (22) aufweist und mit dem Sperrglied (11) in mechanischer Wirkverbindung steht, wodurch bei Drehung des Antriebsrades (21) das Sperrglied (11) in eine Verriegelungsstellung und in eine Entriegelungsstellung bringbar ist,dadurch gekennzeichnet,dass das Antriebsrad (21) einen Steuernocken (23) aufweist, der während der Drehung des Antriebsrades (21) in einem Entriegelungsvorgang aus der Verriegelungsstellung in die Entriegelungsstellung das Sperrglied (11), das als Schwenkhebel ausgeführt ist, kontaktiert und das Sperrglied (11) um eine zweite Drehachse (12) verschwenkt, die zur ersten Drehachse (22) einen Abstand aufweist, wobei auf das Sperrglied (11) eine Rückstellkraft wirkt, die während der Drehung des Antriebsrades (21) in einem Verriegelungsvorgang das Sperrglied (11) von der Entriegelungsstellung in die Verriegelungsstellung zurückbewegt und ein Federelement (14) die Rückstellkraft für den Verriegelungsvorgang ausübt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ansteuerung eines Sperrgliedes eines funktionswesentlichen Bauteils, insbesondere einer Lenksäule oder eines Gangschalthebels eines Kraftfahrzeuges, mit einem Getriebe, das ein Antriebsrad mit einer ersten Drehachse aufweist und mit dem Sperrglied in mechanischer Wirkverbindung steht, wodurch bei Drehung des Antriebsrades das Sperrglied in eine Verriegelungsstellung und in eine Entriegelungsstellung bringbar ist.
Für den Fachmann ist die oben genannte Vorrichtung, insbesondere für eine Lenkungsverriegelung für ein Kraftfahrzeug bekannt, bei der ein Sperrglied mittels eines Motors und eines zwischengeschalteten Getriebes zwischen einer Entriegelungsstellung und einer Verriegelungsstellung vor und zurück betätigbar ist. Aus der DE 196 21 326 C1 ist eine derartige Vorrichtung zur Ver- und Entriegelung der Lenksäule eines Kraftfahrzeuges beschrieben.
Dabei werden zwei an einer Antriebswelle befestigte Sperrglieder durch entsprechende Aktivierung eines Motors in die Nuten eines an der Lenksäule befestigten Schließringes hinein- bzw. im Falle der Entriegelung aus den Nuten herausgeschwenkt. Nachteilig bei dieser Vorrichtung ist, dass der Motor, je nach Vorgang, eine unterschiedliche Drehrichtung aufweisen muss und daher eine separate Umschaltvorrichtung für den Motor erforderlich ist.
Aus der DE 103 44 415 A1 ist eine elektrisch betätigte Lenkradschlosseinrichtung, welche in der Lage ist, die Lenkachse zu entriegeln, selbst wenn ein Lenkraddrehmoment auf die Lenkachse eingeleitet wird, bekannt. Die elektrisch betätigte Lenkradschlosseinrichtung weist dabei den Verriegelungsbolzen zum Verriegeln der Lenkachse auf.
Die US 2004 / 0 107 750 A1 zeigt eine elektrisch betätigte Lenradschlosseinrichtung, die einen Verriegelungsbolzen, welcher zwischen einer herausgeschobenen Position, bei der eine Lenkachse verriegelt ist, und einer zurückgezogenen Position, bei der die Lenkachse entriegelt ist, beweglich ist, und ein Nockenteil aufweist, welches durch einen elektrischen Motor gedreht wird, um den Verriegelungsbolzen zu betätigen. Letzterer ist ferner versehen mit einem Drehblockiermittel, welches elektrisch angetrieben ist, und welches, wenn der Verriegelungsbolzen sich in der zurückgezogenen Position befindet, mit einem ersten Eingriffsabschnitt in Eingriff steht, der in dem Nockenteil gebildet ist, um ein Drehen des Nockenteils zu blockieren.
Ein Verriegelungsbolzen, der durch Bewegung einer von einem Aktuator angetriebenen Kraftübertragungsanordnung ausziehbar und einziehbar ist und einen Nocken aufweist, der gegen den Verriegelungsbolzen schlägt, um den Verriegelungsbolzen zurückzuziehen und die Lenksäule zu entriegeln, ist in der US 2005 / 0 183 476 A1 gezeigt.
Weiterhin offenbart die WO 2006 / 048 423 A1 ein Lenkschloss zur Verriegelung der Lenkspindel einer Lenkeinrichtung eines Kraftfahrzeuges und umfasst ein in Richtung seiner Längsachse verschiebbares Sperrelement, welches mittels eines elektromechanischen Antriebes von einer Ver- in eine Entriegelungsstellung betätigbar und in der Entriegelungsstellung durch ein federbeaufschlagtes hebelförmiges Sicherungselement sicherbar ist.
Die DE 100 61 960 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Blockierung der Lenksäule eines Kraftfahrzeuges, welche ein Sperrglied für die Lenksäule besitzt, welches zwischen einer Verriegelungs- und Entriegelungsstellung hin und her bewegbar ist. In der Verriegelungsstellung ist ein Energiespeicher in der Vorrichtung aktiviert, der sich zu Beginn des Entriegelungsprozesses schnell entladen kann.
Ein Stelleinrichtungsabschnitt, der getrennt von einem Betätigungsabschnitt mit einem Sperrelement zum Sperren einer Lenkwelle, einem Motor und einer Sperrsteuervorrichtung vorgesehen ist, wird in der DE 199 56 300 A1 offenbart. Die Sperrsteuervorrichtung umfasst einen angetriebenen Körper, welcher über eine Getriebevorrichtung durch den Motor gedreht wird, ein Nockenelement zum Bewegen des Sperrelements und ein Entsperrfederelement, welches aus einer Torsionsschraubenfeder aufgebaut und zwischen dem angetriebenen Körper und dem Nockenelement angeordnet ist.
Eine Umschaltvorrichtung für eine Lenkungsverriegelung ist beispielsweise in der DE 199 45 867 C2 beschrieben, die zwei getrennte Versorgungspfade, nämlich einen Entriegelungs-Versorgungspfad, der den Stellmitteln die zum Verbringen, d.h. zum Umsteuern bzw. Umschalten, in ihre Entriegelungsstellung benötigte elektrische Energie bereitstellt, und einen Verriegelungs-Versorgungspfad, der die zum Verbringen in ihre Verriegelungsstellung benötigte elektrische Energie bereitstellt. Hierbei weist die Lenkungsverriegelungsvorrichtung einen Stellmotor auf, der über zwei parallel angeordnete Relaisspulen in jeweils eine von zwei Drehrichtungen ansteuerbar ist, wobei die eine Motordrehrichtung das Stellelement in den entriegelten Zustand und die andere Drehrichtung das Stellelement in den verriegelten Zustand versetzt. Einer der Nachteile dieser Vorrichtung ist, dass entsprechende Umschaltvorrichtungen zur Drehrichtungsumkehr notwendig sind, welches mit einem hohen Steuerungsaufwand verbunden ist.
In der DE 103 58 009 B3 ist eine Lenkungsverriegelung für Fahrzeuge beschrieben, die aus einen Sperrrad, einem Federelement und einem Antriebsrad besteht. Das Sperrrad und das Antriebsrad sind an einer gemeinsamen Drehachse drehbeweglich gelagert. Das Federelement bildet eine Speicherfeder zwischen Antriebsrad und Sperrrad. An der Lenksäule ist ein Sperrkranz ausgebildet, der regelmäßig voneinander beabstandete Nuten aufweist. Die Nuten bilden Sperröffnungen für das Sperrrad. Das Sperrrad weist umfangseitig radial vorspringende Segmente auf. Dadurch nimmt das Sperrrad pro Umdrehung mehrere Verriegelungsstellungen bzw. Entriegelungsstellungen ein, ohne dass der Motor seine Drehrichtung wechselt. Einer der Nachteile dieser Vorrichtung ist, dass insbesondere aufgrund des Sperrrades ein großes Bauvolumen benötigt wird.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Ansteuerung eines Sperrgliedes zu schaffen, bei der die genannten Nachteile vermieden werden, insbesondere eine Vorrichtung bereit gestellt wird, die einfach und kompakt gestaltet ist, ohne erheblichen Aufwand montiert werden kann und eine sichere Funktionsweise aufweist.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 vorgeschlagen. In den abhängigen Ansprüchen sind bevorzugte Weiterbildungen ausgeführt.
Dazu ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Antriebsrad einen Steuernocken aufweist, der während der Drehung des Antriebsrades in einem Entriegelungsvorgang aus der Verriegelungsstellung in die Entriegelungsstellung das Sperrglied, das als Schwenkhebel ausgeführt ist, kontaktiert und das Sperrglied um eine zweite Drehachse verschwenkt, die zur ersten Drehachse einen Abstand aufweist, wobei auf das Sperrglied eine Rückstellkraft wirkt, die während der Drehung des Antriebsrades in einem Verriegelungsvorgang das Sperrglied von der Entriegelungsstellung in die Verriegelungsstellung zurückbewegt.
Der wesentliche Vorteil dieser erfindungsgemäßen Vorrichtung ist, dass ein kompakter Aufbau erreicht wird, wobei gleichzeitig die Konstruktion wenige Einzelteile aufweist und somit die Herstellung und Montage mit einem geringen Aufwand möglich ist. Vorteilhafterweise wird das Antriebsrad über einen Motor angetrieben. Ausgehend von einer Verriegelungsstellung wird das Antriebsrad um seine Drehachse bewegt, wobei gleichzeitig der Steuernocken um die Achse des Antriebsrades gedreht wird. Während dieses Entriegelungsvorganges kontaktiert der Steuernocken das Sperrglied, das durch die Bewegung des Antriebsrades vom Steuernocken mit erfasst wird und aus seiner Verriegelungsstellung in Richtung Entriegelungsstellung verschwenkt wird. Während des Entriegelungsvorganges ist der Steuernocken stets in Kontakt mit dem Sperrglied. Gleichzeitig wirkt eine Rückstellkraft der Bewegung des Sperrgliedes entgegen. Diese Rückstellkraft ist jedoch wesentlich geringer als die vom Steuernocken auf das Sperrglied wirkende Kraft. In einem definierten Drehwinkelbereich des Antriebsrades befindet sich das Sperrglied in der Entriegelungsstellung, in der es nicht im Eingriff am funktionswesentlichen Bauteil ist. Solange die Entriegelungsstellung beibehalten werden soll, steht das Antriebsrad still. Während des Verriegelungsvorganges bewegt sich der Steuernocken in Richtung seiner Ausgangsposition für die Verriegelungsstellung zurück. Hierbei kontaktiert der Steuernocken zumindest am Anfang des Verriegelungsvorganges noch das Sperrglied, das ebenfalls sich um seine erste Drehachse zurück verschwenkt. Die auf das Sperrglied wirkende Rückstellkraft sorgt dafür, dass das Sperrglied sich in seine Verriegelungsstellung zurückbewegt. In der Verriegelungsstellung kontaktiert das Sperrglied den Steuernocken, wobei die Rückstellkraft das Sperrglied zuverlässig in dieser Position hält.
In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Drehung des Antriebsrades ausschließlich in eine Richtung, das bedeutet, dass sowohl für den Verriegelungsvorgang als auch für den Entriegelungsvorgang der Motor stets die gleiche Drehrichtung aufweist.
Vorteilhafterweise ist das Sperrglied mit einer unteren Seite und einer oberen Seite ausgebildet, wobei die untere Seite dem Antriebsrad zugewandt ist und einen Abstand zum Antriebsrad aufweist. Hierbei kann es von Vorteil sein, wenn der Steuernocken eine Länge aufweist, die größer ist als der Abstand zwischen der unteren Seite und dem Antriebsrad, wobei während des Ent- und Verriegelungsvorganges der Steuernocken an einem definierten Kontaktbereich der Außenkontur des Sperrgliedes entlang fährt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Getriebe durch ein Gehäuse umfasst, wobei das Gehäuse eine Öffnung aufweist, durch die sich das Sperrglied in seiner Verriegelungsstellung zumindest teilweise erstreckt. Vorzugsweise ist das Sperrglied mit einem ersten freien Ende, an dem sich der Kontaktbereich befindet, und einem zweiten freien Ende ausgebildet, das in der Verriegelungsposition in das funktionswesentliche Bauteil eingreift. Während des Entriegelungsvorganges bewegt sich das zweite freie Ende in Richtung der Öffnung des Gehäuses, wobei vorteilhafterweise in der Entriegelungsstellung das zweite freie Ende vollständig innerhalb des Gehäuses sich befindet. Das Sperrglied kann beispielsweise über ein Federelement, das erfindungsgemäß die Rückstellkraft für den Verriegelungsvorgang ausübt, mit dem Gehäuse verbunden sein. Um eine kompakte Bauweise zu erreichen, kann das Federelement an der zweiten Drehachse angeordnet sein, die ortsfest zum Gehäuse vorgesehen ist.
In einer weiteren die Erfindung verbessernden Maßnahme weist das Antriebsrad einen zum Steuernocken beabstandeten Hilfsnocken auf, der als Sicherheitseinrichtung dient. Der Hilfsnocken dient hierbei zur Sicherung des Sperrgliedes in seiner Entriegelungsstellung für den Fall, dass der Steuernocken etwaig abbricht. In dieser Ausnahmesituation hält der Hilfsnocken das Sperrglied zurück, das bedeutet, dass das Sperrglied nicht aufgrund der wirkenden Rückstellkraft in seine Verriegelungsstellung ungewollt sich bewegt. In der Verriegelungsstellung kann der Hilfsnocken wie der Steuernocken das Antriebsrad kontaktieren. In einer weiteren Alternative der Erfindung kann in der Verriegelungsstellung der Hilfsnocken einen gewissen Abstand zum Sperrglied aufweisen. Falls der Steuernocken brechen sollte, bewegt sich durch die wirkende Rückstellkraft das Sperrglied in Richtung seiner Verriegelungsstellung, wobei während dieser Bewegung das Sperrglied gegen den Hilfsnocken stößt und seine Verriegelungsstellung nicht erreicht.
Zweckmäßigerweise unterläuft der Hilfsnocken während der Drehung des Antriebsrades zumindest in einem definierten Drehwinkelbereich des Antriebsrades das Sperrglied. Das bedeutet, dass in einem bestimmten Drehwinkelbereich des Antriebsrades der Hilfsnocken unterhalb des Sperrgliedes sich befindet. In dem übrigen Drehwinkelbereich des Antriebsrades wird der Hilfsnocken nicht vom Sperrglied bedeckt.
Vorteilhafterweise kann die untere Seite des Sperrgliedes mit einer ersten Ausnehmung ausgeführt sein, wobei der Hilfsnocken während der Drehung des Antriebsrades sich innerhalb der ersten Ausnehmung bewegt und somit durch das Sperrglied bedeckt ist. Während des Entriegelungsvorganges bewegt sich der Hilfsnocken innerhalb der ersten Ausnehmung und verlässt nach einer gewissen Drehung des Antriebsrades die erste Ausnehmung, wobei in Verriegelungsstellung der Hilfsnocken nicht durch das Sperrglied bedeckt ist.
Bevorzugt ist die erste Ausnehmung zumindest an einer Seite durch eine Flanke begrenzt, die an der unteren Seite des Sperrgliedes angeordnet ist. Während sich das Antriebsrad um die erste Achse dreht, tritt in einem definierten Drehwinkelbereich des Antriebsrades der Hilfsnocken in die erste Ausnehmung und fährt entlang der Flanke unterhalb des Sperrgliedes. Hierbei kann der Hilfsnocken einen minimalen Abstand zur Flanke während seiner Bewegung unterhalb des Sperrgliedes aufweisen. Selbstverständlich kann der Hilfsnocken auch während der Drehung des Antriebsrades die Flanke berühren. Vorteilhafterweise ist die Flanke bogenförmig ausgeführt. Der Steuernocken taucht während des Entriegelungsvorganges im Gegensatz zum Hilfsnocken nicht unter das Sperrglied, da der Steuernocken und der Hilfsnocken unterschiedlich lang ausgebildet sind. Das bedeutet, dass der Steuernocken bis zu einer Höhe reicht, die oberhalb der unteren Seite des Sperrgliedes liegt. Im Gegensatz dazu liegt die untere Seite des Sperrgliedes im Bereich der ersten Ausnehmung oberhalb des Hilfsnockens, so dass der Hilfsnocken das Sperrglied unterfahren kann. Der Hilfsnocken ragt jedoch bis zur Höhe der Flanke des Sperrgliedes, wodurch bei einem etwaigen Bruch des Steuernockens die Flanke gegen den Hilfsnocken stößt und somit verhindert wird, dass das Sperrglied ungewollt aus der Entriegelungsstellung in die Verriegelungsstellung sich bewegt.
In einigen im Stand der Technik bekannten Fällen hat sich gezeigt, dass insbesondere bei einer Lenkungsverriegelung das Sperrglied in seiner Verriegelungsstellung leicht festgeklemmt an der Lenksäule sein kann. Nachteiligerweise kann beim Entriegelungsvorgang dieses festgeklemmte Sperrglied zunächst in seiner Verriegelungsstellung verbleiben und anschließend plötzlich frei werden, wobei das Sperrglied in Richtung Entriegelungsstellung springt. In diesem Fall ist die auf das Sperrglied wirkende Rückstellkraft nicht groß genug, um das Sperrglied während der Bewegung des Antriebsrades am Steuernocken zuverlässig zu drücken. Es entsteht eine ungewollte „Pulsschlagbewegung“ des Sperrgliedes, wodurch etwaige Beschädigungen des Getriebes oder des Sperrgliedes entstehen können. Um dieses wirksam zu verhindern, weist das Antriebsrad einen zum Steuernocken beabstandeten Notnocken auf. Vorzugsweise unterläuft der Notnocken während der Drehung des Antriebsrades zumindest in einem definierten Drehwinkelbereich des Antriebsrades das Sperrglied. Zweckmäßigerweise ist die untere Seite des Sperrgliedes mit einer zweiten Ausnehmung ausgeführt, wobei der Notnocken während der Drehung des Antriebsrades zumindest in einem definierten Drehwinkelbereich des Antriebsrades innerhalb der zweiten Ausnehmung sich bewegt. In einer möglichen Alternative ist die zweite Ausnehmung als einseitig zum Antriebsrad offener Kanal ausgeführt. Ebenfalls ist es denkbar, dass die zweite Ausnehmung zumindest zu einer Seite durch eine Flanke begrenzt ist. Während des Entriegelungsvorganges das Sperrglied plötzlich von seiner Verriegelungsstellung in seine Entriegelungsstellung „springt“, stößt das Sperrglied gegen den Notnocken, so dass ein weiterer Ausschlag des Sperrgliedes innerhalb des Gehäuses der erfindungsgemäßen Vorrichtung verhindert wird. Gleichzeitig verliert das Sperrglied den Kontakt mit dem Steuernocken. Während des Entriegelungsvorganges das Antriebsrad weiter sich um die erste Drehachse dreht, drückt der Notnocken das Sperrglied zurück in Richtung des Steuernockens, der sich dem Kontaktbereich der Außenkontur des Sperrgliedes nähert und diesen in einem bestimmten Drehwinkelbereich des Antriebsrades berührt. Anschließend führt der Steuernocken das Sperrglied in die gewünschte Entriegelungsstellung.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kontaktiert in der Verriegelungsstellung der Steuernocken das Sperrglied. Der Hilfsnocken und der Notnocken sind außerhalb der ersten und zweiten Ausnehmung positioniert. Hierbei befindet sich der Hilfsnocken an der dem Kontaktbereich zugewandten Seite des Sperrgliedes und der Notnocken befindet sich an der dem Kontaktbereich abgewandten Seite des Sperrgliedes.
Unter dem Gesichtspunkt einer kostengünstigen Herstellung sind das Antriebsrad und/oder das Sperrglied in Spritzgusstechnik hergestellt. Die Dicke der Steuernocken, Hilfsnocken und Notnocken sind dabei so bemessen, dass ein Abbrechen, insbesondere ein Abscheren, weitgehend ausgeschlossen werden kann. Vorteilhafterweise ist das zweite freie Ende des Sperrgliedes in seiner Kontur abgerundet ausgeführt, wodurch ein Einrasten des Sperrgliedes in eine Nut des funktionswesentlichen Bauteils erleichtert wird.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann als elektrische Lenkungsverriegelung für Fahrzeuge zum Einsatz kommen, wobei die Vorrichtung zudem problemlos mit insbesondere sogenannten „Keyless-Entry“-Systemen kombinierbar ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann von außen, beispielsweise per Funksignal oder nach einem stattgefundenen Datenaustausch aktiviert werden. Dabei ermöglicht die Erfindung selbstverständlich eine Rückmeldung dahingehend, ob die betreffende Vorrichtung zuverlässig das funktionswesentliche Bauteil, insbesondere die Lenksäule oder den Gangschalthebel des Kraftfahrzeuges blockiert oder nicht. Dies kann zum Beispiel durch eine optische oder akustische Meldevorrichtung dargestellt werden.
Vorteilhafterweise wird die Vorrichtung zur Ansteuerung des Sperrgliedes durch eine Steuerelektronik überwacht. Aus sicherheitstechnischen Gründen ist es vorteilhaft, wenn neben der Erfassung des Drehweges des Antriebsrades auch bestimmte Drehstellungen des Sperrgliedes erfasst werden. Dieses kann beispielsweise durch Sensoren, insbesondere Magnetfeldsensoren, erfolgen, die das magnetische Feld eines auf dem Antriebsrad oder Sperrglied angebrachten Permanentmagneten erfassen. Dadurch kann eine elektronische Steuerung die Funktionsfähigkeit der mechanischen Kopplung zwischen dem Antriebsrad und des Sperrgliedes überwachen sowie eine Manipulation erkennen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigen:

1 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ansteuerung eines Sperrgliedes einer Lenksäule, wobei das Sperrglied in Verriegelungsstellung sich befindet,
2 die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß 1, wobei das Sperrglied sich in Entriegelungsstellung sich befindet und
3 eine Schnittansicht gemäß III-III aus 2.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 weist gemäß 1 und 2 ein Sperrglied 11 auf, welches als Schwenkhebel ausgeführt ist und um eine Drehachse 12 aus seiner Verriegelungsstellung (siehe 1) in eine Entriegelungsstellung (siehe 2) bewegbar ist. Die Vorrichtung 10 weist ein Gehäuse 13 auf, in dem ein Getriebe 20 vorgesehen ist, das ein Antriebsrad 21 mit einer ersten Drehachse 22 aufweist. Das Antriebsrad 21 ist mit einem Steuernocken 23 ausgeführt, der in der Verriegelungsstellung das Sperrglied 11 kontaktiert. Das Sperrglied 11 hat ein erstes freies Ende, das mit dem Steuernocken 23 zusammenwirkt. Das zweite freie Ende des Sperrgliedes 11 befindet sich in der Verriegelungsposition außerhalb des Gehäuses 13 und greift gemäß des vorliegenden Ausführungsbeispiels in eine Nut der Lenksäule 32 ein.
Das Sperrglied 11 ist mit einer unteren Seite 11a und einer oberen Seite 11b ausgebildet (siehe 3). Hierbei ist die untere Seite 11a dem Antriebsrad 21 zugewandt, der einen definierten Abstand zur unteren Seite 11a aufweist. Der Steuernocken 23 hat gemäß der dargestellten Ausführungsform eine Länge, die größer ist als der Abstand zwischen der unteren Seite 11a und dem Antriebsrad 21. Während des Entriegelungsvorganges, das bedeutet, wenn das Antriebsrad 21 sich gegen den Uhrzeigersinn dreht (siehe Pfeilrichtung aus 1 und 2), fährt der Steuernocken 23 an einem definierten Kontaktbereich 18 der Außenkontur des Sperrgliedes 11 entlang. Das erste freie Ende des Sperrgliedes 11, insbesondere der Kontaktbereich 18, ist bogenförmig ausgeführt, um eine entsprechende Ausschlagbewegung des Sperrgliedes 11 während des Entriegelungsvorganges und des Verriegelungsvorganges zu erzielen.
Innerhalb des Gehäuses 13 ist ein Motor 30 vorgesehen, der ein Schneckenzahnrad 31 antreibt, das wiederum das Antriebsrad 21 in Bewegung setzt, wobei sowohl für den Entriegelungsvorgang als auch für den Verriegelungsvorgang die Drehung des Antriebsrades 21 ausschließlich in eine Richtung erfolgt. Im Vergleich zum Stand der Technik weist dieser umlaufende Antrieb weniger Relais auf, wodurch die Steuerung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 wesentlich vereinfacht ist. Selbstverständlich kann die Vorrichtung 10 derart betrieben werden, dass die Drehrichtung des Antriebsrades 21 für den Verriegelungsvorgang entgegengesetzt zum Entriegelungsvorgang orientiert ist.
Auf das Sperrglied 11 wirkt erfindungsgemäß eine Rückstellkraft, die über ein Federelement 14 ausgeübt wird. Das Federelement 14 ist an einer zweiten Drehachse 12 angeordnet, die ortsfest zum Gehäuse 13 vorgesehen ist. Während das Antriebsrad 21 sich um die Drehachse 22 bewegt, drückt der Steuernocken 23 auf den balligen Kontaktbereich 18 des Sperrgliedes 11, das um die Drehachse 12 sich verschwenkt. Gleichzeitig bewegt sich das zweite freie Ende des Sperrgliedes 11 aus der Nut der Lenksäule 32. Das Gehäuse 13 ist im Bereich des zweiten freien Endes des Sperrgliedes 11 mit einer Öffnung 13a ausgeführt, durch die sich das Sperrglied 11 während der Drehung des Antriebsrades 21 bewegen kann.
Ferner ist das Antriebsrad 21 mit einem zum Steuernocken 23 beabstandeten Hilfsnocken 24 ausgeführt. Der Hilfsnocken 24 weist einen größeren Abstand zur Drehachse 22 auf als der Steuernocken 23. Hierbei unterläuft der Hilfsnocken 24 während der Drehung der Antriebsachse 21 zumindest in einem definierten Drehwinkelbereich des Antriebsrades 21 das Sperrelement 11. Das bedeutet, dass während sich das Antriebsrad 21 um die Drehachse 22 bewegt und der Steuernocken 23 stets an der Außenkontur des Sperrgliedes 11 sich befindet, der Hilfsnocken 24 in einem bestimmten Drehwinkelbereich das Antriebsrad 21 unterfährt, welches in 2 verdeutlicht ist. Hier befindet sich das Sperrglied 11 in einer Entriegelungsstellung, wobei der Hilfsnocken 24 sich unterhalb des Sperrgliedes 11 in einer ersten Ausnehmung 16 des Sperrgliedes 11 liegt. Die erste Ausnehmung 16 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel durch eine Flanke 15 zu einer Seite hin begrenzt, welches in 3 dargestellt ist. Die erste Ausnehmung 16 befindet sich an der unteren Seite 11a des Antriebsrades 21 und hat einen bogenförmigen Verlauf. Der Hilfsnocken 24 ist kürzer als der Steuernocken 23 ausgeführt, so dass der Hilfsnocken 24 entsprechend in die Ausnehmung 16 während der Drehung des Antriebsrades 21 fahren kann. Während sich der Hilfsnocken 24 innerhalb der Ausnehmung 16 bewegt, weist der Hilfsnocken 24 stets einen gewissen, wenn auch geringen Abstand zur Flanke 15 auf. Selbstverständlich ist es denkbar, dass der Hilfsnocken 24 unmittelbar entlang der Flanke 15 entlang gleitet.
Falls der Steuernocken 23 in Entriegelungsstellung des Sperrgliedes 11 vom Antriebsrad 21 abbrechen sollte, wird ein ungewolltes Zurückschwenken des Sperrgliedes 11 in die Verriegelungsstellung verhindert. In dieser Notfallsituation kontaktiert die Flanke 15 den Hilfsnocken 24, wodurch sichergestellt wird, dass das Sperrglied 11 in seiner Entriegelungsstellung verbleibt. Gleichzeitig wird ein Signal von der Vorrichtung 10 bereitgestellt, das das Kraftfahrzeug über einen derartigen Störfall informiert.
Das Antriebsrad 21 ist des Weiteren mit einem zum Steuernocken 23 beabstandeten Notnocken 25 ausgeführt, der wie der Hilfsnocken 24 während der Drehung des Antriebsrades 21 in einem definierten Drehwinkelbereich des Antriebsrades 21 das Sperrglied 11 ebenfalls unterläuft. Hierfür ist an der unteren Seite 11a des Sperrgliedes 11 eine zweite Ausnehmung 17 vorgesehen, in der der Notnocken 25 sich bewegen kann. In der dargestellten Ausführungsform ist die zweite Ausnehmung 17 als einseitig zum Antriebsrad 21 offener Kanal ausgeführt. Der Notnocken 25 hat einen größeren Abstand zur ersten Drehachse 22 als der Hilfsnocken 24.
In gewissen Fällen kann es vorkommen, dass das Sperrglied 11 während des Entriegelungsvorganges zunächst in Verriegelungsstellung festgeklemmt ist und anschließend plötzlich aus der Lenksäule 32 mit dem zweiten freien Ende sich löst. Dabei entsteht eine ruckartige Bewegung des Sperrgliedes 11 um die Drehachse 12, wobei das Sperrglied 11 gegen den Notnocken 25 stößt und den Kontakt zum Steuernocken 23 verliert. Der Notnocken 25 drückt während des Entriegelungsvorganges an der dem Kontaktbereich 18 abgewandten Seite des Sperrgliedes 11 und führt somit das Sperrglied 11 in Richtung des Steuernockens 23 zurück. Das Sperrglied 11 wird hierdurch zuverlässig um die Drehachse 12 in Richtung des Steuernockens 23 zurückbewegt, bis der Steuernocken 23 den Kontaktbereich 18 berührt. Anschließend gleitet der Steuernocken 23 entlang des Kontaktbereiches 18 und drückt das Sperrglied 11 in die Entriegelungsstellung. Bis die Entriegelungsstellung erreicht ist, gelangt der Notnocken 25 in die zweite Ausnehmung 17 und verlässt diese in einem definierten Drehwinkelbereich des Antriebsrades 21, wobei der Notnocken 25 in Entriegelungsstellung sich außerhalb der zweiten Ausnehmung 17 befindet, welches in 2 dargestellt ist.
Der Motor 30 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel ein Elektromotor, der als Stellantrieb ausgebildet ist, der das Antriebsrad 21 nur in eine Drehrichtung weiterdreht. Die Position des Antriebsrades 21 sowie des Sperrgliedes 11 wird durch nicht dargestellte Sensoren erfasst. Da das Schneckenzahnrad 21 selbsthemmend ausgeführt ist, entfällt eine zusätzliche Sicherheitseinrichtung, welche das Sperrglied 11 in Entriegelungsstellung sichert.
Das Antriebsrad 21 sowie das Sperrglied 11 können Spritzgussteile aus Kunststoff oder aus Metall sein. Vorteilhafterweise sind der Steuernocken 23, der Hilfsnocken 24 sowie der Notnocken 25 materialeinheitlich und einstückig mit dem Antriebsrad 21 verbunden. Selbstverständlich können die genannten Nocken 23, 24, 25 am Antriebsrad form-, kraft- und/oder stoffschlüssig verbunden sein. Hierbei kann es Sinn machen, die genannten Nocken 23, 24, 25 sowie das Sperrglied 11, insbesondere an seinem freien Enden aus einem verstärkten Werkstoff auszuführen.
Durch die Ausführung des Antriebsrades 21 mit Ausnehmungen 26, weist die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 neben ihrem geringen Bauvolumen ein geringes Gewicht auf.
Obgleich die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 anhand der Figuren als Lenkradverriegelung in einem Kraftfahrzeug erläutert wurde, ist der Einsatz der Erfindung nicht allein auf diese Anwendung beschränkt. Vielmehr kann diese Verriegelungsvorrichtung 10 überall dort zum Einsatz kommen, wo drehbare Achsen oder Wellen schaltbar blockiert werden sollen, beispielsweise zur Sicherung von drehbaren elektromechanischen Schaltwerken.
Bezugszeichenliste

10: Vorrichtung
11: Sperrglied
11a: untere Seite des Sperrgliedes
11b: obere Seite des Sperrgliedes
12: zweite Drehachse
13: Gehäuse
13a: Öffnung
14: Federelement
15: Flanke
16: Erste Ausnehmung
17: Zweite Ausnehmung
18: Kontaktbereich des Sperrgliedes
20: Getriebe
21: Antriebsrad
22: Erste Drehachse
23: Steuernocken
24: Hilfsnocken
25: Notnocken
26: Ausnehmung
30: Motor
31: Schneckenzahnrad
32: Lenksäule

Claims

Vorrichtung (10) zur Ansteuerung eines Sperrgliedes (11) eines funktionswesentlichen Bauteils, insbesondere einer Lenksäule oder eines Gangschalthebels eines Kraftfahrzeuges, mit einem Getriebe (20), das ein Antriebsrad (21) mit einer ersten Drehachse (22) aufweist und mit dem Sperrglied (11) in mechanischer Wirkverbindung steht, wodurch bei Drehung des Antriebsrades (21) das Sperrglied (11) in eine Verriegelungsstellung und in eine Entriegelungsstellung bringbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsrad (21) einen Steuernocken (23) aufweist, der während der Drehung des Antriebsrades (21) in einem Entriegelungsvorgang aus der Verriegelungsstellung in die Entriegelungsstellung das Sperrglied (11), das als Schwenkhebel ausgeführt ist, kontaktiert und das Sperrglied (11) um eine zweite Drehachse (12) verschwenkt, die zur ersten Drehachse (22) einen Abstand aufweist, wobei auf das Sperrglied (11) eine Rückstellkraft wirkt, die während der Drehung des Antriebsrades (21) in einem Verriegelungsvorgang das Sperrglied (11) von der Entriegelungsstellung in die Verriegelungsstellung zurückbewegt und ein Federelement (14) die Rückstellkraft für den Verriegelungsvorgang ausübt.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehung des Antriebsrades (21) ausschließlich in eine Richtung erfolgt.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (20) durch ein Gehäuse (13) umfasst ist, wobei das Gehäuse (13) eine Öffnung (13a) aufweist, durch die sich das Sperrglied (11) in seiner Verriegelungsstellung zumindest teilweise erstreckt.
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrglied (11) mit einer unteren Seite (11a) und einer oberen Seite (11b) ausgebildet ist, wobei die untere Seite (11a) dem Antriebsrad (21) zugewandt ist und einen Abstand zum Antriebsrad (21) aufweist, und der Steuernocken (23) eine Länge aufweist, die größer ist als der Abstand zwischen der unteren Seite (11a) und dem Antriebsrad (21), wobei während des Entriegelungsvorganges der Steuernocken (23) an einem definierten Kontaktbereich (18) der Außenkontur des Sperrgliedes (11) entlang fährt.
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrglied (11) über das Federelement (14) mit dem Gehäuse (13) verbunden ist.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (14) an der zweiten Drehachse (12) angeordnet ist, die ortsfest zum Gehäuse (13) vorgesehen ist.
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsrad (21) einen zum Steuernocken (23) beabstandeten Hilfsnocken (24) aufweist.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfsnocken (24) während der Drehung des Antriebsrades (21) zumindest in einem definierten Drehwinkelbereich des Antriebsrades (21) das Sperrglied (11) unterläuft.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Seite (11a) des Sperrgliedes (11) mit einer ersten Ausnehmung (16) ausgeführt ist, wobei der Hilfsnocken (24) während der Drehung des Antriebsrades (21) innerhalb der ersten Ausnehmung (16) sich bewegt.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ausnehmung (16) zumindest an einer Seite durch eine Flanke (15) begrenzt ist, die an der unteren Seite (11a) angeordnet ist.
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsrad (21) einen zum Steuernocken (23) beabstandeten Notnocken (25) aufweist, wobei der Notnocken (25) während der Drehung des Antriebsrades (21) zumindest in einem definierten Drehwinkelbereich der Antriebsrades (21) das Sperrglied (11) unterläuft.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Seite (11a) des Sperrgliedes (11) mit einer zweiten Ausnehmung (17) ausgeführt ist, wobei der Notnocken (25) während der Drehung des Antriebsrades (21) zumindest in einem definierten Drehwinkelbereich des Antriebsrades (21) innerhalb der zweiten Ausnehmung (17) sich bewegt.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Ausnehmung (17) als einseitig zum Antriebsrad (21) offener Kanal ausgeführt ist.
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Verriegelungsstellung der Steuernocken (23) das Sperrglied (11) kontaktiert und der Hilfsnocken (24) und der Notnocken (25) außerhalb der Ausnehmungen (16,17) positioniert sind, wobei der Hilfsnocken (24) an der dem Kontaktbereich (18) zugewandten Seite des Sperrgliedes (11) sich befindet und der Notnocken (25) an der dem Kontaktbereich (18) abgewandten Seite des Sperrgliedes (11) sich befindet.
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsrad (21) durch ein Schneckenzahnrad (31) mit einem Motor (30) verbunden ist.
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen der ersten Drehachse (22) und dem Steuernocken (23) geringer ist als der Abstand zwischen der ersten Drehachse (22) und dem Hilfsnocken (24), wobei der Abstand zwischen der ersten Drehachse (22) und dem Hilfsnocken (24) geringer ist als der Abstand zwischen der ersten Drehachse (22) und dem Notnocken (25).
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrglied (11) ein erstes freie Ende, an dem sich der Kontaktbereich (18) befindet, und ein zweites freies Ende aufweist, das in der Verriegelungsposition in das funktionswesentliche Bauteil (32) eingreift.