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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ansteuerung eines Sperrgliedes eines funktionswesentlichen Bauteils, insbesondere einer Lenksäule oder eines Gangschalthebels eines Kraftfahrzeuges, mit einem Getriebe, das mit dem Sperrglied in mechanischer Wirkverbindung steht, das in eine Verriegelungsstellung und in eine Entriegelungsstellung und umgekehrt bewegbar ist.
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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 Verriegelungsstellung und einer Entriegelungsstellung vor und zurück betätigbar ist. Aus der
DE 196 21 326 C1 ist ein derartige Vorrichtung zur Ver- und Entriegelung der Lenksäule eines Kraftfahrzeuges beschrieben.
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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. Einer der Nachteile dieser Vorrichtung ist, dass ein erheblicher Bauraum benötigt wird.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Ansteuerung eines Sperrgliedes zu schaffen, die einfach und kompakt gestaltet ist und eine sichere Funktionsweise aufweist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 vorgeschlagen. In den abhängigen Ansprüchen sind bevorzugte Weiterbildungen ausgeführt.
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Dazu ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Getriebe ein mit einer ersten Kontaktfläche ausgebildetes Stellelement aufweist, das linear bewegbar gelagert ist und in eine erste Stellung und in eine zweite Stellung bringbar ist. Gleichzeitig weist das Sperrglied eine zweite Kontaktfläche auf, wobei während der Bewegung des Stellelementes die erste Kontaktfläche unmittelbar auf die zweite Kontaktfläche wirkt, wodurch eine Bewegung des Sperrgliedes in seine entsprechende Stellung erfolgt.
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Der wesentliche Vorteil dieser erfindungsgemäßen Vorrichtung ist, dass das Getriebe sehr einfach aufgebaut ist, wodurch ein kompakter Aufbau erzielt wird. Während sich das Stellelement in seiner ersten Stellung befindet, nimmt das Sperrglied die Verriegelungsstellung ein, bei der das freie Ende des Sperrgliedes in das funktionswesentliche Bauteil eingreift. Wird nun das Stellelement linear von seiner ersten Stellung in die zweite Stellung bewegt, gleitet die erste Kontaktfläche des Stellelementes entlang der zweiten Kontaktfläche des Sperrgliedes ab und drückt gleichzeitig das Sperrglied aus der Verriegelungsstellung in die Entriegelungsstellung. Neben der geringen Bauhöhe, die bei der vorliegenden Vorrichtung lediglich notwendig ist, können über die genannten Kontaktflächen hohe Kräfte erzeugt werden, die eine entsprechende Bewegung des Sperrgliedes bewirken.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Stellelement keilförmig ausgebildet. Vorzugsweise ist das Stellelement entlang einer ersten Achse in die erste und die zweite Stellung linear bewegbar. Hierbei ist die erste und die zweite Kontaktfläche, die als eine Art Steuerflächen wirken, in einem definierten, gemeinsamen Winkel α zur ersten Achse ausgerichtet. Der Winkel α liegt vorzugsweise in einem Bereich von 1° ≤ α ≤ 50°. Selbstverständlich kann in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung der Winkel α auch variabel sein, das bedeutet, dass beispielsweise der Winkel α zunächst circa 5° betragen kann und anschließend bis 40° ansteigen kann, wobei die Übergänge abgerundet sein können. Um die Lebensdauer dieser erfindungsgemäßen Vorrichtung zu erhöhen, kann es von Vorteil sein, zumindest die beiden Kontaktflächen aus einem verstärkten Werkstoff auszuführen.
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In einer weiteren die Erfindung verbessernden Maßnahme ist das Getriebe mit einer Antriebseinheit verbunden, die insbesondere einen elektrischen Motor aufweist. Vorteilhafterweise kann zwischen dem Stellelement und dem elektrischen Motor ein Spindelelement angeordnet sein. Bei dieser Ausführungsform treibt der elektrische Motor das Spindelelement an. An der den elektrischen Motor abgewandten Seite erstreckt sich das Spindelelement in das Stellelement. Zweckmäßigerweise ist das Spindelelement als zylindrischer Rundstab ausgeführt, auf dem ein Gewinde, beispielsweise ein Trapez oder Flachgewinde aufgebracht ist. Gleichzeitig weist der Bereich des Stellelementes, in dem das Spindelelement aufgenommen ist, ein entsprechendes Innengewinde auf. Während des Antriebes wird das Spindelelement in eine drehende Bewegung gebracht, die in eine translatorische Bewegung des Stellelementes umgewandelt wird. Alternative Antriebseinheiten sind selbstverständlich denkbar, beispielsweise über ein Gestänge, das auf das Stellelement wirkt, wodurch eine entsprechende lineare Bewegung des Stellelementes von seiner ersten Stellung in die zweite Stellung und umgekehrt erzielbar ist.
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Bevorzugt bewegt sich das Sperrglied entlang einer zweiten Achse, die senkrecht zur ersten Achse, entlang dieser das Stellelement bewegbar ist, ausgerichtet ist. Der Winkel zwischen der ersten und der zweiten Achse kann jedoch in einer alternativen Ausführungsform der Erfindung von 90° abweichen, dass bedeutet, dass der Winkel, insbesondere in Abhängigkeit von den kinematischen Anforderungen beliebig gewählt werden kann. Besonders vorteilhaft ist, dass das Getriebe mit der Antriebseinheit und dem Sperrglied durch ein Gehäuse umgeben ist, das eine schmale, längliche Form aufweist. Das Stellelement übt von seiner ersten Stellung in seine zweite Stellung und umgekehrt einen gewissen Hub aus. Entsprechend der Ausrichtung der ersten und der zweiten Kontaktfläche zur ersten Achse, entlang dieser das Stellelement bewegt wird, übt das Sperrglied von seiner Verriegelungsstellung in seine Entriegelungsstellung und umgekehrt einen Hub aus, der erfindungsgemäß geringer ist als der Hub des Stellelementes. Somit kann die oben genannte, kompakte Form des Gehäuses erzielt werden.
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Während das Sperrglied von der Verriegelungsstellung in die Entriegelungsstellung durch das Sperrelement gedrückt wird, übt ein Federelement eine Rückstellkraft auf das Sperrglied für den Verriegelungsvorgang aus. Wird das Stellelement von seiner zweiten Stellung zurück in seine erste Stellung geführt, drückt gleichzeitig das Federelement mit der entsprechenden Rückstellkraft das Sperrglied in die Verriegelungsstellung.
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Um eine besonders kompakte Ausführungsform der Erfindung zu erzielen, ist das Sperrglied mit einer Öffnung ausgeführt, die zumindest einseitig zum Stellelement geöffnet ist, wobei zumindest in Entriegelungsstellung des Sperrgliedes das Stellelement in die Öffnung hineinragt. Hierbei ist eine innenliegende Wandung der Öffnung des Sperrgliedes als zweite Kontaktfläche ausgeführt, entlang dieser die erste Kontaktfläche des Stellelementes angreift. In einer möglichen Ausführungsform der Erfindung kann die Öffnung des Sperrgliedes auch als Durchbruch ausgestaltet sein. Das bedeutet, dass das Stellelement in seiner zweiten Stellung das Sperrglied durchragt, welches gleichzeitig sich in Entriegelungsstellung befindet.
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In einer weiteren Alternative ist das Sperrglied mit einem Basiselement, das im Wesentlichen entlang der zweiten Achse sich erstreckt, und einem Vorsprung ausgeführt, der mit der zweiten Kontaktfläche ausgebildet ist. Der Vorsprung weist eine dem Stellelement zugewandte Seite auf, die gleichzeitig als zweite Kontaktfläche dient, entlang dieser die erste Kontaktfläche des Stellelementes entlang fährt und gleichzeitig eine entsprechende Bewegung des Stellelementes entlang seiner zweiten Achse bewirkt. Das Basiselement sowie der Vorsprung bilden vorzugsweise ein gemeinsames Bauteil mit dem Sperrglied.
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Vorteilhafterweise sind das Sperrglied sowie das Stellelement aus einem Metall, insbesondere aus Stahl hergestellt. Alternativ können die genannten Bauteile Spritzgussbauteile sein. Die Materialdicke ist dabei so bemessen, dass weitestgehend eine Materialzerstörung ausgeschlossen werden kann. Vorteilhafterweise ist das freie Ende des Sperrgliedes in seiner Kontur abgerundet und/oder angeschrägt ausgeführt, wodurch ein Einrasten des Sperrgliedes in eine Nut des funktionswesentlichen Bauteils erleichtert wird.
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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.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung zur Ansteuerung des Sperrgliedes durch eine Steuerelektronik überwacht wird. Aus sicherheitstechnischen Gründen ist es erfindungsgemäß vorgesehen, wenn neben der Erfassung des Hubweges des Stellelementes auch die Position des Sperrgliedes erfasst wird. Dieses erfolgt durch Sensoren, die entsprechend innerhalb des Gehäuses positioniert sind. Dadurch überwacht erfindungsgemäß eine elektronische Steuerung die Funktionsfähigkeit der mechanischen Kopplung zwischen dem Stellelement und dem Sperrglied sowie erkennt eine Manipulation.
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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 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 befindet,
- 3 eine Ansicht gemäß III - III aus 1,
- 4 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Ansteuerung eines Sperrgliedes, wobei das Sperrglied in Verrieglungsstellung sich befindet,
- 5 die Vorrichtung gemäß 4, wobei das Sperrglied sich in Entriegelungsstellung befindet und
- 6 eine Ansicht gemäß VI - VI aus 4.
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1 zeigt rein schematisch eine mögliche Ausführungsform der Vorrichtung 10 zur Ansteuerung eines Sperrgliedes 11 eines funktionswesentlichen Bauteils 30. Hierbei handelt es sich bei dem Bauteil 30 um eine Lenksäule 30 eines Kraftfahrzeuges. Die Vorrichtung 10 weist ein Getriebe 20 auf, das mit dem Sperrglied 11 in mechanischer Wirkverbindung steht, wobei das Sperrglied 11 sich in 1 in einer Verriegelungsstellung befindet. Das Sperrglied 11 ragt mit seinem freien Ende in die Nut 31 der Lenksäule 30 ein, wodurch die Lenksäule 30 gesperrt ist.
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Das Getriebe 20 weist ein keilförmiges Stellelement 21 auf, das mit einer ersten Kontaktfläche 21a ausgebildet ist. Das Stellelement 21 befindet sich in einer ersten Stellung, wobei es durch eine Antriebseinheit 23 in eine zweite Stellung linear bewegbar ist, welches in 2 dargestellt ist. Die erste Kontaktfläche 21a des Stellelementes 21 liegt unmittelbar an einer zweiten Kontaktfläche 11a des Sperrgliedes 11 an. Während der Bewegung des Stellelementes 21 wirkt die erste Kontaktfläche 21a unmittelbar auf die zweite Kontaktfläche 11a und übt eine entsprechende Kraft auf das Sperrglied 11 aus, wodurch das Sperrglied 11 in seine entsprechende Stellung, das bedeutet, von der Verriegelungsstellung in die Entriegelungsstellung oder umgekehrt bewegt wird.
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Wie in der 1 und 2 angedeutet ist, bewegt sich das Stellelement 21 entlang einer ersten Achse 22 von der ersten in die zweite Stellung und umgekehrt. Die erste und die zweite Kontaktfläche 11a, 21a weisen einen entsprechenden Winkel α zur ersten Achse 22 auf. Der Winkel α liegt vorzugsweise in einem Bereich zwischen 1°≤ α ≤ 50°.
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Die Antriebseinheit 23 weist in den vorliegenden Ausführungsbeispielen einen elektrischen Motor 23a auf, wobei zwischen dem Stellelement 21 und dem elektrischen Motor 23a ein Spindelelement 23b angeordnet ist. Das Getriebe 20 ist mit der Antriebseinheit 23 und dem Sperrglied 11 durch ein schmales, längliches Gehäuse 40 umgeben. Hierbei weist das Gehäuse 40 eine Öffnung 41 auf, durch die das Sperrglied 11 in Verriegelungsstellung mit seinem freien Ende hindurchragt und in die Nut 31 der Lenksäule 30 eingreift. Ferner greift an der der Nut 31 abgewandten Seite des Sperrgliedes 11 ein Federelement 42 an, das am Gehäuse 40 befestigt ist. Das Sperrglied 11 ist mit einer durchgehenden Öffnung 13 ausgebildet, durch die das Stellelement 21 sich erstreckt und mit seiner ersten Kontaktfläche 21a an der zweiten Kontaktfläche 11a unmittelbar anliegt.
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Während der Motor 23 das Spindelelement 23b, auf dem ein Gewinde aufgebracht ist, antreibt, wird durch die drehende Bewegung des Spindelelementes 23b das Stellelement 21 translatorisch entlang der ersten Achse 22 nach links bewegt. Die zweite Kontaktfläche 21a übt eine entsprechende Kraft auf die erste Kontaktfläche 11a aus, so dass das Sperrglied 11 entlang einer zweiten Achse 12 bewegt wird, die senkrecht zur ersten Achse 22 ausgerichtet ist. Somit bewegt sich das Sperrglied 11 aus seiner Verriegelungsstellung aus 1 in eine Entriegelungsstellung, die in 2 dargestellt ist. Damit das Sperrglied 11 zuverlässig entlang der zweiten Achse 12 geführt wird, sind entsprechende Lager 43 vorgesehen. Das Stellelement 21 wird ebenfalls durch nicht dargestellte Lager entlang der ersten Achse 22 zuverlässig geführt. In der Entriegelungsstellung greift das freie Ende des Sperrgliedes 11 nicht in die Lenksäule 30 ein, sondern weist einen definierten Abstand zur Nut 31 der Lenksäule 30 auf, wobei gleichzeitig eine entsprechende Rückstellkraft ausgehend vom Federelement 42 auf das Stellelement 21 für den Verriegelungsvorgang wirkt. Beim Verriegelungsvorgang wird das Spindelelement 23b durch den Motor 23a entsprechend zurückgedreht, wodurch das Stellelement 21 entlang der ersten Achse 22 von der zweiten Stellung in die erste Stellung zurückbewegt. Aufgrund der Geometrie der ersten und der zweiten Kontaktfläche 11a, 21a wird durch die wirkende Rückstellkraft das Sperrglied 11 in die Verriegelungsstellung gemäß 1 gebracht. 3 verdeutlicht die Öffnung 13 des Sperrgliedes 11, durch die das Stellelement 21 hindurchragt, wobei es gleichzeitig mit der ersten Kontaktfläche 21a an der zweiten Kontaktfläche 11a anliegt, die innerhalb der Öffnung 13 sich befindet.
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Gemäß der 4 bis 6 ist eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 dargestellt. Das Sperrglied 11 ist mit einem Basiselement 11b, das im Wesentlichen entlang der zweite Achse 12 sich erstreckt und einem Vorsprung 11c ausgeführt, der mit der zweiten Kontaktfläche 11a ausgebildet ist. Das Stellelement 21 mit der Antriebseinheit 23 entspricht im Wesentlichen der Ausführung des ersten Ausführungsbeispieles, auf das hier Bezug genommen wird.
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6 zeigt, dass das Sperrglied 11 L-förmig ausgebildet ist. Während das keilförmige Stellelement 21 von seiner ersten Stellung in seine zweite Stellung über den elektrischen Motor 23a bewegt wird, bewegt sich die erste Kontaktfläche 21a des Stellelementes 21 unmittelbar an der zweiten Kontaktfläche 11a des Sperrgliedes 11, das von seiner Verriegelungsstellung gemäß 4 in seine Entriegelungsstellung gemäß 5 geführt wird. Gleichzeitig bewegt sich das Stellelement 21 unmittelbar entlang des Basiselementes 11b des Sperrgliedes 11.
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In einem weiteren nicht explizit dargestellten Ausführungsbeispiel kann in der ersten Stellung des Stellelementes 21 das Sperrglied 11 sich in Entriegelungsstellung und in der zweiten Stellung des Stellelementes 21 das Sperrglied 11 in Verriegelungsstellung befindet, wobei die beschriebene Kinematik aus den genannten Ausführungsbeispielen ohne wesentliche Änderungen entsprechend anwendbar ist.
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In beiden Ausführungsbeispielen können das Sperrglied 11 sowie das Stellelement 21 Spritzgussteile aus Kunststoff oder aus Metall sein. Obgleich die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 anhand der Figuren als Lenkradverriegelung in einem Kraftfahrzeug erläutert wurde, ist der Einsatz der Erfindung nicht alleine 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.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Vorrichtung
- 11
- Sperrglied
- 11a
- zweite Kontaktfläche
- 11b
- Basiselement
- 11c
- Vorsprung
- 12
- zweite Achse
- 13
- Öffnung
- 20
- Getriebe
- 21
- Stellelement
- 21a
- erste Kontaktfläche
- 22
- erste Achse
- 23
- Antriebseinheit
- 23a
- elektrischer Motor
- 23b
- Spindelelement
- 30
- funktionswesentliches Bauteil, Lenksäule
- 31
- Nut
- 40
- Gehäuse
- 41
- Öffnung
- 42
- Federelement
- 43
- Lager
