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Die
Erfindung betrifft einen Klemmmechanismus zur lösbaren Festlegung einer in
Neigung und/oder Länge
verstellbaren Kraftfahrzeuglenksäule
nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Nahezu
jedes Kraftfahrzeug ist heute mit einer verstellbaren Kraftfahrzeuglenksäule zur
Verbesserung der ergonomischen Rahmenbedingungen eines Fahrzeugführers ausgestattet.
Die Verstellung umfasst in aller Regel eine Neigungsverstellung
sowie eine Längenverstellung
der Kraftfahrzeuglenksäule,
wobei diese üblicherweise
in einem Lenksäulengehäuse aufgenommen
ist, welches mittels geeigneter Haltevorrichtungen an einer karosserieseitigen Gegenhalterung
festlegbar ist.
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Der
Klemmmechanismus dient dabei zur Bereitstellung der notwendigen
Verriegelungskräfte
und weist hierzu eine Klemmposition sowie eine Löseposition für die Kraftfahrzeuglenksäule auf,
wobei in Letzterer eine manuelle Verstellung der Lenksäulenstellung
vorgenommen werden kann.
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Die
eingangs beschriebenen Klemmmechanismen können dabei prinzipiell für zwei unterschiedliche
Festlegungsarten verschieden ausgebildet sein.
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Man
unterscheidet bei verstellbaren Kraftfahrzeuglenksäulen prinzipiell
zwei Befestigungstechniken, die üblicherweise
einerseits als Reibungsklemmung und andererseits als Formschlussklemmung
bezeichnet werden. Konkrete Ausgestaltungen einer Lenksäulenfestlegung
mittels Reibungsklemmung umfassen unter anderem Mechanismen mit Stufenscheiben-,
Rollen- oder Nadelanordnungen, wobei für diese Mechanismen auf Grund
der aufzubringenden Reibung große
Klemmkräfte
zum Festlegen der Lenksäule
bereitgestellt werden müssen,
die auf Grund der konstruktiven Gestaltung dann nur mit einem kleinen
Klemmhub kombiniert sein müssen.
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Bei
einer Formschlussklemmung wird die Kraftfahrzeuglenksäule beispielsweise
mittels am Lenksäulengehäuse und
der karosserieseitigen Gegenhalterung angeordneter Zahnleisten festgelegt. Die
Zahnleisten befinden sich in der Verriegelungsstellung der Kraftfahrzeuglenksäule miteinander
in Eingriff, so dass hier geringere Verriegelungskräfte notwendig
sind. Allerdings erfordert das notwendige Ineinandergreifen der
einzelnen Zähne
der angesprochenen Zahnleisten einen großen Klemmhub. Die für die Formschlussklemmung
häufig
eingesetzten Stufenscheiben erfüllen
hier auf Grund des ihnen eigenen ungünstigen Verhältnisses
von Klemmhub und Bedienwinkel die erforderlichen Anforderungen hinsichtlich
Bedienkraft und Klemmkraft innerhalb des Formschlussspiels der Zahnleisten
nur ungenügend.
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Die
gattungsbildende
DE
100 36 384 A1 offenbart eine als Klemmmechanismus ausgeführte Kippstiftanordnung
zur lösbaren
Festlegung einer in Neigung und/oder Länge verstellbaren Lenksäule für ein Kraftfahrzeug
mit einem auf eine Klemmeinheit wirkenden Betätigungshebel. Die Klemmeinheit
stellt dabei die Haltekräfte
für die
Verriegelung des beweglichen Lenksäulengehäuses mit darin angeordneter Lenksäule mit
zwei in Reihe wirkenden Klemmstufenmechanismen der Kippstifte bereit.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Klemmmechanismus
der gattungsgemäßen Art
so weiter zu entwickeln, dass sowohl hinsichtlich der Größe des Klemmhubes
als auch im Hinblick auf die durch den Klemmmechanismus bereitzustellenden
Haltekräfte
für die
Verriegelung der Lenksäulenposition
eine allen Anforderungen genügende
Ausführungsform
bereitgestellt wird. Darüber hinaus
soll der Klemmmechanismus konstruktiv derart gestaltet sein, dass
sich aufgrund einfacher Herstellung der Bauteile bei möglichst
wenig Komponenten eine einfache Montage und somit eine kostengünstige Gesamtherstellung
ergibt. Ergänzend
soll der Klemmmechanismus natürlich
unter allen Einsatzbedingungen eine ausreichende Lebensdauer und
eine jederzeit sichergestellte Gesamtfunktion aufweisen.
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Diese
Aufgaben werden in Zusammenschau mit den gattungsbildenden Merkmalen
des Anspruches 1 durch die im kennzeichnenden Teil offenbarte technische
Lehre gelöst.
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Erfindungswesentliche
Merkmale sind dabei, dass die Klemmeinheit als Teil des Klemmmechanismus
in Reihe wirksame Klemmstufenmechanismen mit einem ersten Klemmstufenmechanismus
mit großem
Klemmhub und geringer Klemmkraft und einem zweiten, dem ersten Klemmstufenmechanismus
in Klemmbewegungsrichtung des Betätigungshebels nachfolgenden
zweiten Klemmstufenmechanismus mit kleinem Klemmhub und großer Klemmkraft
aufweist.
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Die
erfindungsgemäße konstruktive
Zusammenführung
der beiden unterschiedlichen Klemmstufenmechanismen vereint die
Vorteile der bislang verwendeten Klemmmechanismen in aus dem Stand der
Technik bislang nicht nahe liegender Weise.
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Vorteilhaft
ist hier insbesondere, dass für
den Bediener der Lenksäulenverriegelung
die Betätigung mit üblichen
bereits bekannten Lenksäulenfestlegungen übereinstimmt,
so dass an die Bedienbarkeit keine besonderen Anforderungen gestellt
werden, da nach außen
der Übergang
vom ersten Klemmstufenmechanismus mit großem Klemmhub und geringer Klemmkraft
zum zweiten Klemmstufenmechanismus mit kleinem Klemmhub und großer Klemmkraft
vollkommen selbsttätig
erfolgt.
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Der
neuartige Klemmmechanismus lässt sich
somit problemlos für
alle Festlegungsarten verstellbarer Kraftfahrzeuglenksäulen einsetzen,
wobei die Sicherheitserfordernisse hinsichtlich der Bereitstellung
der notwendigen Haltekräfte
für eine
Verriegelung des Lenksäulengehäuses in
bislang nicht gekannter Weise überzeugend
erfüllt
werden.
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Besondere
Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung insbesondere hinsichtlich
seiner konkreten konstruktiven Ausführung ergeben sich zusammen
mit der technischen Lehre des Anspruches 1 zusätzlich aus den Merkmalen der
auf den Hauptanspruch rückbezogenen
Unteransprüche.
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Es
hat sich insbesondere im Hinblick auf eine Platz sparende Ausgestaltung
als vorteilhaft erwiesen, wenn der erste und zweite Klemmstufenmechanismus
eine gemeinsam um eine Achse durch den Betätigungshebel drehbare Spannscheibe
aufweist, wobei mit der Spannscheibe eine Klemmscheibe zusammenwirkt,
die gleichzeitig in Richtung der Mittellinie der Achse axial um
den Klemmhub verschiebbar ist und in Klemmhubrichtung ein Gegenlager
zur Spannscheibe bildet.
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Durch
diese Ausgestaltung lassen sich alle konstruktiv notwendigen Bauteile
so zusammenfügen,
dass ein Klemmmechanismus entsteht, der keine wesentlich größeren Bauabmaße aufweist
als bislang übliche
konstruktive Ausgestaltungen.
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Die
beiden Klemmstufenmechanismen können
in Ergänzung
der oben geschilderten konstruktiven Gestaltung auf konzentrischen
Ringbereichen an den zueinander weisenden Flachseiten von Spannscheibe
und Klemmscheibe angeordnet sein.
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Der
Ringbereich des ersten Klemmmechanismus ist entsprechend einer zweckmäßigen Weiterbildung
des Gegenstandes der Erfindung mit mindestens zwei auf einer gemeinsamen
Ringbahn um die zentrale Achse an der Klemmscheibe befindlichen
Gleitstufen mit Gleitschrägen
versehen, auf denen korrespondierende, an der Spannscheibe befindliche
Nockenelemente bei einer Drehbewegung der Spannscheibe entlang gleiten,
wobei durch die Gleitschrägen
der Gleitstufen ein erster Klemmhub erzeugt wird. Dieser erste Klemmhub
kann beispielsweise im Bereich von 2 mm bis 3 mm liegen, wobei, wie
oben bereits geschildert, im ersten Klemmmechanismus relativ geringe
Haltekräfte
bei der Drehung des Betätigungshebels
erzeugt werden. Die Gestaltung der Gleitstufen mit den daran befindlichen Gleitschrägen sowie
den an der Spannscheibe befindlichen korrespondierenden Nockenelementen
ermöglicht
hierbei eine Anpassung sowohl des Klemmhubes als auch der Kräfte an die
Erfordernisse der Gesamtkonstruktion.
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Der
Ringbereich des zweiten Klemmmechanismus kann entsprechend einer
vorteilhaften Weiterbildung des Gegenstandes der Erfindung mit mindestens
zwei auf gemeinsamer Umfangslinie angeordneten Kurvenbahnen an der
Klemmscheibe ausgestattet sein, in denen jeweils ein Wälzkörper aufgenommen
ist, auf welchem ein Spannelement abrollt, welches an der Spannscheibe
angeordnet ist und nur während
der Betätigung
des zweiten Klemmmechanismus wirksam ist. Der Wälzkörper ist dabei vorteilhafterweise
als Kugel ausgebildet, die in Form von Kugellagerkugeln kostengünstig in
unterschiedlichen Größen bereitgestellt
werden kann.
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Die
dem zweiten Klemmmechanismus zugeordneten Kurvenbahnen bieten zusätzlich den
Vorteil, dass die Form der Kurvenbahnen analog dem notwendigen zusätzlichen
Hub des Klemmmechanismus angepasst werden kann. Somit lassen sich
in vielfältiger
Weise unterschiedliche Praktiken erzeugen.
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So
lässt sich
mittels der Gestaltung der Kurvenbahn beispielsweise ein Übertotpunktverhalten des
Klemmmechanismus mit anschließendem
negativen Bedienmoment realisieren, was für den Bediener unter ergonomischen
Bedingungen vorteilhaft sein kann. Darüber hinaus bietet die Kombination
aus Kurvenbahn und Wälzkörper den
Vorteil, dass auf Grund der fehlenden Gleitreibung entsprechend hohe
Klemmkräfte
erzielt werden können.
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Als
zusätzliche
zweckmäßige Weiterbildung können darüber hinaus
die Wälzkörper des
zweiten Klemmmechanismus zueinander durch einen Synchronring auf
ihrer Position innerhalb der Kurvenbahn gehalten sein. Hierdurch
wird die Montage des Klemmmechanismus verbessert, da mehrere Wälzkörper automatisch
in einem Arbeitsgang montiert werden können, wobei sie durch den Synchronring
in ihrer Position definiert sind. Darüber hinaus dient der Synchronring
dazu, die richtige Position der Wälzkörper zueinander in der Übergangsphase
von der Wirksamkeit des ersten Klemmstufenmechanismus auf den zweiten
Klemmstufenmechanismus sicherzustellen. Außerdem lassen sich durch den
Synchronring entsprechende Fertigungsungenauigkeiten kompensieren.
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Darüber hinaus
kann es vorteilhaft sein, dass die Wälzkörper des zweiten Klemmmechanismus ihre
Klemmposition gegen die Kraft jeweils einer Druckfeder erreichen.
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Im
Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel des
Gegenstandes der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
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Es
zeigt:
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1 eine
perspektivische Gesamtansicht des erfindungsgemäßen Klemmmechanismus in der Löseposition,
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2 eine
perspektivische Draufsicht auf die mit den beiden Klemmmechanismen
versehene Klemmscheibe,
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3 eine
Seitenansicht auf den erfindungsgemäßen Klemmmechanismus während der
Betätigung
des ersten Klemmstufenmechanismus,
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4 eine
perspektivische Seitenansicht analog der 3 im Bereich
des Übergangs
der Betätigung
vom ersten Klemmstufenmechanismus auf den zweiten Klemmstufenmechanismus
und
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5 eine
Seitenansicht des erfindungsgemäßen Klemmmechanismus
in seiner verriegelten Endposition.
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Der
in 1 dargestellte Klemmmechanismus besitzt als wesentliche
konstruktive Elemente einen Klemmhebel 1, welcher auf einer
Achse 2 drehbar gelagert ist. Der Betätigungshebel 1 ist
verdrehfest mit einer Spannscheibe 3 verbunden, die ebenfalls
um die Achse 2 drehbar ist. An der dem Betätigungshebel 1 abgewandten
Flachseite der Spannscheibe 3 befindet sich eine Klemmscheibe 4,
wobei die erfindungsgemäßen Klemmstufenmechanismen sich
an den sich gegenüber
liegenden Flachseiten zwischen Spannscheibe 3 und Klemmscheibe 4 befinden.
Ergänzend
gehört
zum Klemmmechanismus ein Synchronring 5, der im Bereich
des Spaltes zwischen Spannscheibe 3 und Klemmscheibe 4 angeordnet
ist.
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Die
Anordnung der wesentlichen Elemente der Klemmstufenmechanismen ist
im Einzelnen der 2 zu entnehmen, in der aus Gründen der Übersichtlichkeit
die Klemmscheibe 4 in Alleinstellung mit abgenommener Spannscheibe 3 und
Betätigungshebel 3 dargestellt
ist.
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Auf
der der Spannscheibe 3 zugewandten Oberseite der Klemmscheibe 4 befinden
sich auf einer inneren Ringbahn um die zentrale in der 2 nicht
näher dargestellte
Achse 2 drei konzentrisch angeordnete Gleitstufen 6,
die einseitig mit Gleitschrägen 7 versehen
sind. Die Gleitschrägen 7 bilden eine
Verbindung zwischen einem niedrig liegenden Niveau der Klemmscheibe 4 und
einem höher
gelegenen Plateau, wobei an der Spannscheibe 3 befindliche
Nockenelemente 8 im zusammengebautem Zustand des Klemmmechanismus
beim Drehen des Betätigungshebels 1 auf
der jeweiligen Gleitschräge 7 der
Gleitstufen 6 bewegt werden und so eine Verschiebung der
Klemmscheibe 4 in axialer Richtung der Achse 2 bewirken,
da die Spannscheibe 3 zwar um die Achse 2 drehbar,
jedoch in axialer Richtung auf dieser festgelegt ist.
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Auf
einer weiteren, im Durchmesser zur inneren Ringbahn größeren Ringbahn
befinden sich als wesentliche Elemente des zweiten Klemmstufenmechanismus
drei konzentrisch auf der entsprechenden Ringbahn angeordnete Kurvenbahnen 9,
auf denen jeweils ein Wälzkörper 10 in
Form einer Kugel angeordnet ist.
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Die
Wälzkörper 10 sind,
wie dies aus der 2 deutlich wird, gemeinsam im
Synchronring 5 aufgenommen und so in ihrer Lage zueinander
und zu den Kurvenbahnen 9 fixiert. Hinsichtlich der Funktion
des Klemmmechanismus ist festzuhalten, dass an der Spannscheibe 3 zur
Betätigung
des zweiten Klemmstufenmechanismus weitere, einstückig mit den
Nockenelementen 8 ausgeformtes Spannelemente 13 befindlich
ist, welche in dem Moment mit den Wälzkörpern 10 in Kontakt
kommen, sobald die Nockenelemente 8 des ersten Klemmstufenmechanismus
infolge der Drehung des Betätigungshebels 1 auf
der oberen Ebene der Gleitstufe 6 angekommen sind.
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Eine
weitere Drehung des Betätigungshebels 1 führt dann
zu einer Rollbewegung des Wälzkörpers 10 innerhalb
der Kurvenbahn 9, wobei gleichzeitig eine weitere geringe Hubbewegung
der Klemmscheibe 4 in Richtung der Achse 2 bewirkt wird.
Die Nockenelemente 8 des ersten Klemmstufenmechanismus
werden dabei von der korrespondierenden Gleitstufe 6 abgehoben.
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Durch
die leicht ansteigende Formgebung der Kurvenbahn 9 in Richtung
der Spannscheibe 3 wird während der Betätigung des
zweiten Klemmstufenmechanismus ein geringerer weiterer Hub der Klemmscheibe 4 erzeugt.
Da die Spannscheibe 3 und die Klemmscheibe 4 mittels
der zwischengeschalteten Wälzkörper 10 aufeinander
abwälzen, können hohe
Klemmkräfte
erzielt werden, da bei dieser Bauelementekombination keine Gleitreibung
auftritt. Der Hub des zweiten Klemmstufenmechanismus und die sich
dabei ergebenden Klemmkräfte
können durch
die figurmäßige Anpassung
der Kurvenbahn 9 variiert und den speziellen Bedürfnissen
des Klemmmechanismus angepasst werden.
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Durch
die Betätigung
des Klemmmechanismus, durch die die Klemmscheibe 4 in Richtung
der Achse 2 auf dieser verschoben wird, erfolgt eine Ineingriffnahme
eines Zahnelementes 11 mit einem in den Figuren nicht näher dargestellten
korrespondierenden karosserieseitigem Formschlusselement.
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Insgesamt
lässt sich
mit dem erfindungsgemäßen Klemmmechanismus
beispielsweise ein Gesamthub von 3 mm realisieren, wobei der erste Klemmstufenmechanismus
eine Hubhöhe über die entsprechenden
Gleitstufen 6 von ca. 2,5 mm bewirkt und der zweite Klemmstufenmechanismus über die entsprechend
ausgebildete Kurvenbahn 9 einen Resthub von 0,5 mm bereitstellt.
Gleichzeitig erhöhen
sich die Klemmkräfte
zwischen dem ersten Klemmstufenmechanismus bis zum Ende des zweiten
Klemmstufenmechanismus, wenn der Betätigungshebel 1 in
seiner Verriegelungsstellung angekommen ist, je nach Auslegung der
Gesamtkonzeption beispielsweise um den Faktor 50.
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Der
Ablauf eines Klemmvorgangs bei dem erfindungsgemäßen Klemmmechanismus ist im
Einzelnen in den 3, 4 und 5 ergänzend zu 1 dargestellt.
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Die 3 stellt
dabei eine Phase der Betätigung
des Klemmmechanismus dar, in dem das Nockenelement 8 auf
der Gleitschräge 7 der
Gleitstufe 6 entlanggleitet, wobei die Klemmscheibe 4 in
Längsrichtung
der Achse 2 in Richtung des Pfeiles P von der Spannscheibe 3 wegbewegt
wird. Durch die Bewegung der Klemmscheibe 4 gelangt dabei
das Zahnelement 11 in Eingriff mit einem korrespondierenden
an der Karosserie befindlichen Formschlusselement.
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Wie
der 3 ergänzend
zu entnehmen ist, sind die Wälzkörper 10 auf
der Kurvenbahn 9 durch eine Druckfeder 12 so vorgespannt,
dass sie am Beginn der Kurvenbahn 9, in der diese ihr niedrigstes Niveau
aufweist, gehalten sind.
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In
der Darstellung der 4 ist der Betätigungshebel 1 und
mit ihm die Spannscheibe 3 um die Achse 2 so weit
gedreht worden, dass das Spannelement 13 nunmehr auf den
Wälzkörper 10 des
zweiten Klemmstufenmechanismus abrollt. Zu beachten ist hierbei,
dass das Spannelement 13 mit dem Nockenelement 8 im
vorliegenden Ausführungsbeispiel
zusammengefasst ist.
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Der
erste Klemmstufenmechanismus in Form der Kombination Gleitstufe 6,
Nockenelement 8 ist in der Situation der 4 außer Funktion,
da durch die Dicke des Wälzköpers 10 ein
Freigang des Nockenelementes 8 von der entsprechenden Gleitschräge 7 der
Gleitstufe 6 bewirkt wird. In dieser Phase der Betätigung des
Klemmmechanismus wird durch die leichte Schräge der Kurvenbahn 9 nach Eingriff
des Zahnelementes 11 in das korrespondierende Formschlusselement
ein weiterer kleiner Hub erzeugt, wobei gleichzeitig große Klemmkräfte bereitgestellt
werden, so dass ein festes Ineinandergreifen sichergestellt ist.
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Die 5 stellt
schließlich
die Verriegelungsstellung des Klemmmechanismus dar, in der der Betätigungshebel 1 in
seiner Endstellung angekommen ist. Die Druckfeder 12 ist
in dieser Stellung eng zusammengepresst, da die Wälzkörper 10 auf der
Kurvenbahn 9 entlanggerollt sind und diese in ihre Endlage
zusammenpressen.
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Zum
Entriegeln des Klemmmechanismus wird der Betätigungshebel 1 in
entgegengesetzter Richtung zum Verriegelungsvorgang zurückgedreht, wobei
das Spannelement 13 wiederum auf den jeweiligen Wälzkörpern 10 abrollt
und diesen in die in der 3 dargestellte Endposition innerhalb
der Kurvenbahn 9 bewegt. Ist der jeweilige Wälzkörper 10 in
dieser Position angekommen, so bewirkt eine weitere Drehung des
Betätigungshebels
ein Entlanggleiten des Nockenelementes 8 auf der Gleitschräge 7 der Gleitstufe 6,
wodurch ein entsprechend großer
Hub erzeugt wird, so dass das Zahnelement 11 außer Eingriff
mit dem korrespondierenden karosserieseitigen Formschlusselement
gelangen kann.
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Es
ist somit deutlich geworden, dass der in den Figuren dargestellte,
mit den beiden in Reihe wirksamen Klemmstufenmechanismen ausgestattete
Klemmmechanismus in bisher nicht gekannter Weise eine notwendige
Hubbewegung der Klemmscheibe 4 mit der Bereitstellung entsprechender
Haltekräfte
für die
Verriegelung eines beweglichen Lenksäulengehäuses bereitstellt.
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Selbstverständlich erschöpft sich
der Gegenstand der Erfindung nicht in der in den Figuren dargestellten
Ausgestaltung der Klemmstufenmechanismen, vielmehr sind auch weiter
gehende Ausgestaltungen beispielsweise durch Änderung der Formgebung der
Wälzkörper 10,
der Kurvenbahn 9 sowie der Gleitstufen 6 möglich, ohne
dass der Schutzbereich der Erfindung verlassen wird.
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- 1
- Betätigungshebel
- 2
- Achse
(des Klemmbolzens)
- 3
- Spannscheibe
- 4
- Klemmscheibe
- 5
- Synchronring
- 6
- Gleitstufe
- 7
- Gleitschräge
- 8
- Nockenelement
- 9
- Kurvenbahn
- 10
- Wälzkörper
- 11
- Zahnelement
- 12
- Druckfeder
- 13
- Spannelement