DE102007059712A1

DE102007059712A1 - Vorrichtung zur Ansteuerung eines Sperrgliedes

Info

Publication number: DE102007059712A1
Application number: DE200710059712
Authority: DE
Inventors: Werner Trischberger
Original assignee: Huf Huelsbeck and Fuerst GmbH and Co KG
Current assignee: Huf Huelsbeck and Fuerst GmbH and Co KG
Priority date: 2007-12-10
Filing date: 2007-12-10
Publication date: 2009-06-25
Also published as: WO2009074614A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (10) zur Ansteuerung eines Sperrgliedes (11) eines funktionswesentlichen Bauteils (40), insbesondere einer Lenksäule (40) oder eines Gangschalthebels eines Kraftfahrzeuges, mit einem Getriebe (30), das mit dem Sperrglied (11) in mechanischer Wirkverbindung steht, das in eine Verriegelungsstellung (1) und in eine Entriegelungsstellung (2) und umgekehrt bewegbar ist, wobei in der Verriegelungsstellung (1) das Sperrglied (11) in das funktionswesentliche Bauteil (40) eingreift, in der Entriegelungsstellung (2) das Sperrglied (11) losgelöst vom funktionswesentlichen Bauteil (40) ist und das Getriebe (20) einen Freilauf aufweist, bei dem das Sperrglied (11) in seiner jeweiligen Stellung (1, 2) verbleibt, während das Getriebe (20) aktiviert ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass auf das Getriebe (20) Mittel (5) wirken, wodurch ein unendlicher Freilauf erzielbar ist.

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 mit dem Sperrglied in mechanischer Wirkverbindung steht, das in eine Verriegelungsstellung und in eine Entriegelungsstellung und umgekehrt bewegbar ist, wobei in der Verriegelungsstellung das Sperrglied in das funktionswesentliche Bauteil eingreift, in der Entriegelungsstellung das Sperrglied losgelöst vom funktionswesentlichen Bauteil ist und das Getriebe einen Freilauf aufweist, bei dem das Sperrglied in seiner jeweiligen Stellung verbleibt, während das Getriebe aktiviert ist.
Derartige Vorrichtungen zum Ansteuern eines Sperrgliedes eines funktionswesentlichen Bauteils sind insbesondere aus dem Kraftfahrzeugbereich bekannt und werden dort erfolgreich als Sicherungseinrichtungen eingesetzt, die eine Funktion eines Kraftfahrzeugbauteils verhindern, blockieren oder zumindest stark einschränken.
In der DE 10 2007 041 620.4 ist beispielsweise eine Vorrichtung der genannten Art offenbart, wobei ein Schwenkhebel, der um eine ortsfeste Achse drehbar gelagert ist, und ein Antriebsrad vorgesehen sind, um das Sperrglied in seine jeweilige Stellung zu bewegen. Die genannte Vorrichtung weist einen definierten Freilauf, insbesondere Vorlauf und Nachlauf, auf, der unter anderem durch eine Kulissenführung am Schwenkhebel sowie am Antriebsrad ermöglicht wird.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gattungsgemäße Vorrichtung zur Ansteuerung eines Sperrgliedes zu schaffen, bei der auch sehr einfache Motoren für den Antrieb des Getriebes zum Einsatz kommen können, die über eine weniger exakte Motorsteuerung verfügen.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. In den abhängigen Ansprüchen sind bevorzugte Weiterbildungen ausgeführt.
Dazu ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass auf das Getriebe Mittel wirken, wodurch ein unendlicher Freilauf erzielbar ist. Unter einem unendlichen Freilauf ist hierbei ein Freilauf zu verstehen, bei dem das Getriebe sich in einem ständig aktivierten Zustand befindet, das bedeutet, dass die Bauteile des Getriebes sich zumindest teilweise in einem Bewegungszustand befinden, ohne dass das Sperrglied aus der Entriegelungsstellung oder der Verriegelungsstellung bewegt wird. Somit können auch Motoren für die Ansteuerung des Sperrgliedes zum Einsatz kommen, die lediglich mit einer sehr einfachen Motorsteuerung arbeiten. Obwohl das Sperrglied seine Verriegelungsstellung oder Entriegelungsstellung längst erreicht hat, kann der Motor problemlos im aktivierten Zustand sein, bei dem das Getriebe angetrieben wird. Die Erfindung bietet sogar im Extremfall die Möglichkeit, dass das Getriebe permanent durch eine Motoreinheit aktivierbar ist, das bedeutet, dass in der Verriegelungsstellung oder in der Entriegelungsstellung des Sperrgliedes sich das Getriebe in einem Freilaufzustand für eine unbegrenzte Zeit befinden kann, ohne dass es zu wesentlichen Störungen an der erfindungsgemäßen Vorrichtung kommt.
In einer möglichen Ausführungsform der Erfindung ist das Getriebe als mindestens ein zweistufiges Getriebe ausgeführt, das ein Antriebsrad und einen Schwenkhebel aufweist, wobei das Antriebsrad den Schwenkhebel antreibt und der Schwenkhebel als Abtriebselement des Getriebes auf das Sperrglied wirkt. Hierbei kann das Antriebsrad drehbar um eine erste Achse gelagert sein, wobei der Schwenkhebel bewegbar um eine zweite Achse, die zur ersten Achse beabstandet ist, angeordnet ist. Das Antriebsrad stellt hierbei die erste Stufe und der Schwenkhebel die zweite Stufe des Getriebes dar. Der Antrieb des Antriebsrades kann durch eine Vielzahl an Antriebseinrichtungen, insbesondere Antriebsmotoren, bereitgestellt werden. Beispielsweise kann ein Schrittmotor vorgesehen sein, der das Antriebsrad exakt von einer Startposition in eine Endposition und umgekehrt bewegt, wodurch auch entsprechend eine exakte Bewegung des Sperrgliedes von der Verriegelungsstellung in die Entriegelungsstellung und umgekehrt erzielbar ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst der Freilauf einen ersten Nachlauf, bei dem das Sperrglied in der Entriegelungsstellung verbleibt, und einen zweiten Nachlauf, bei dem das Sperrglied in der Verriegelungsstellung verbleibt. Hierbei kann der Schwenkhebel in eine Betriebslage und mindestens in eine Freilage gebracht werden, wobei in der Betriebslage das Antriebsrad derart im Eingriff mit dem Schwenkhebel ist, dass eine Bewegung des Sperrgliedes erzielbar ist. In der Freilage des Schwenkhebels hingegen befindet sich das Getriebe im Freilauf, insbesondere im Nachlauf, ohne dass eine Bewegung des Sperrgliedes erfolgt.
Vorzugsweise ist mindestens ein Rückstellelement als Mittel für die Realisierung eines unendlichen Freilaufs vorgesehen, dass in der Freilage auf den Schwenkhebel derart wirkt, dass der Schwenkhebel in Richtung der Betriebslage bewegt wird. Vorteilhafterweise kontaktiert der Schwenkhebel während seiner Freilage nur kurzzeitig das Antriebsrad. Das Antriebsrad wiederum bewegt den Schwenkhebel weg vom Antriebsrad, sodass eine oszillierende Bewegung des Schwenkhebels in der Freilage, insbesondere während des Freilaufs des Getriebes entsteht.
In einer möglichen Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass das Rückstellelement als Feder ausgeführt ist, die eine Kraft auf den Schwenkhebel in seiner Freilage ausübt. Das Getriebe kann in einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung durch ein Gehäuse umfasst sein, wobei das Gehäuse eine Öffnung aufweist, durch die das Sperrglied zumindest in der Verriegelungsstellung hindurchragt und das funktionswesentliche Bauteil blockiert. Die genannte Feder kann am Gehäuse oder direkt am Schwenkhebel befestigt sein, wobei in der Freilage die Feder eine Bewegung des Schwenkhebels in Richtung des Antriebsrades bewirkt.
Ein kompakter Bauraum der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird dadurch erzielt, dass das Sperrglied zumindest einen Kontaktbereich aufweist, an dem der Schwenkhebel während der Bewegung des Sperrgliedes angreift. Hierbei kann das Sperrglied mit einer Ausnehmung ausgeführt sein, in die der Schwenkhebel mit einem Mitnehmerelement vorsprungartig hineinragt. Vorzugsweise sind zwei gegenüberliegende Kontaktbereiche am Sperrglied vorgesehen, die jeweils zu einer Seite hin die Ausnehmung begrenzen. Während der Bewegung des Sperrgliedes in die Entriegelungsstellung berührt das Mitnehmerelement den ersten Kontaktbereich, wobei der Schwenkhebel sich in der Betriebslage befindet und durch das Antriebsrad angetrieben wird.
Vorteilhafterweise weist der Schwenkhebel eine Verzahnung an seinem Randbereich auf, an der das Antriebsrad, insbesondere ebenfalls mit einer Verzahnung angreift. Anschließend verlässt der Schwenkhebel seine Betriebslage und wird in die Freilage überführt, bei der kurzzeitig das Antriebsrad den Schwenkhebel aus der gemeinsamen Verzahnung wegführt. In dieser Zeit besteht kurzzeitig kein direkter Kontakt zwischen dem Antriebsrad und dem Schwenkhebel. In diesem kontaktlosen Zustand des Schwenkhebels drückt das Rückstellelement wieder den Schwenkhebel zurück, sodass eine Berührung des Antriebsrades, das im Freilauf des Getriebes noch immer in der gleichen Richtung sich dreht, mit dem Schwenkhebel wieder auftritt. Solange die Steuerung den Motor nicht deaktiviert oder die Drehrichtung ändert, entsteht die oben beschriebene oszillierende Bewegung des Schwenkhebels. Sobald jedoch die Antriebseinheit insbesondere der Motor, der das Antriebsrad antreibt, seine Antriebsrichtung ändert und damit auch das Antriebsrad seine Drehrichtung verändert, um das Sperrglied von der Verriegelungsstellung in die Entriegelungsstellung oder umgekehrt zu bewegen, drückt das Rückstellelement den Schwenkhebel entsprechend zum Antriebrad, wodurch der Schwenkhebel schlupffrei vom Antriebsrad mitgenommen wird und entsprechend der zweiten Achse sich verschwenkt.
Vorteilhafterweise berührt während der Bewegung des Sperrglieds in seine Verriegelungsstellung das Mitnehmerelement den zweiten Kontaktbereich. In einer möglichen Ausführungsform der Erfindung kann das Getriebe mit einem Vorlauf ausgeführt sein, bei dem während der Bewegung des Sperrgliedes von der Entriegelungsstellung in die Verriegelungsstellung das Mitnehmerelement sich zunächst vom ersten Kontaktbereich löst, sich anschließend innerhalb der Ausnehmung des Sperrgliedes vom ersten Kontaktbereich weiter entfernt bis es den zweiten Kontaktbereich berührt. Erst wenn das Mitnehmerelement den zweiten Kontaktbereich berührt, erfolgt eine Bewegung des Sperrgliedes von der Entriegelungsstellung in die Verriegelungsstellung. Natürlich kann ein weiterer Vorlauf der soeben beschriebenen Art während der Bewegung des Sperrgliedes von der Verriegelungsstellung in die Entriegelungsstellung vorliegen. Die soeben beschriebenen Vorläufe stellen ebenfalls Freiläufe dar, die jedoch nicht unendlich betrieben werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung befindet sich das Getriebe in einem deaktivierten Zustand, wobei gleichzeitig das Sperrglied sich in einer Stellung, beispielsweise in der Entriegelungsstellung, befindet. Soll nun eine Verriegelung vorgenommen werden, wird das Getriebe aktiviert. Im deaktivierten Zustand des Getriebes befindet sich das Sperrglied in seiner Freilage, wobei gleichzeitig das Rückstellelement den Schwenkhebel gegen die Verzahnung des Antriebsrades drückt. Das bedeutet, dass der Schwenkhebel am Antriebsrad anliegt. Wird nun das Getriebe aktiviert, gelangt die Verzahnung des Schwenkhebels schlupffrei in die Gegenverzahnung des Antriebsrades und die Betriebslage des Schwenkhebels beginnt. Während der Betriebslage erfolgt zunächst für eine definierte Zeit ein Vorlauf, bei dem das Mitnehmerelement vom ersten Kontaktbereich entlang der Ausnehmung zum zweiten Kontaktbereich verfährt. Bei der Kontaktierung des Mitnehmerelementes am zweiten Kontaktbereich endet der genannte Vorlauf. Anschließend wird das Sperrglied durch das sich bewegende Mitnehmerelement von der Entriegelungsstellung in die Verriegelungsstellung gebracht. Die Betriebslage des Schwenkhebels endet dort, wo die Verzahnung des Schwenkhebels aus der Verzahnung des Antriebsrades austritt. Genau zu diesem Zeitpunkt endet die Betriebslage und das Getriebe – falls die Motorsteuerung das Getriebe nicht deaktiviert – befindet sich in seinem Nachlauf. Solange der Motor weiter aktiviert bleibt, nimmt der Schwenkhebel seine Freilage ein, in der er die bereits beschriebene oszillierende Hin- und Herbewegung ausführt.
Eine besonders einfache Ausführungsvariante kann vorsehen, dass das Gehäuse Aufnahmebereiche aufweist, in denen Bauteile des Getriebes, insbesondere der Motor, das Antriebsrad und der Schwenkhebel, aufgenommen sind, wodurch eine kompakte Bauform mit wenig Bauteilen realisiert werden kann. Vorteilhafterweise weist das Gehäuse zumindest zwei Gehäuseschalen auf, innerhalb dieser die Getriebebauteile sowie das Sperrglied angeordnet sind.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann als elektrische Lenkungsverriegelung für Fahrzeuge zum Einsatz kommen, wobei die Vorrichtung zudem problemlos mit insbesondere so genannten „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 Kraftfahrzeugs, 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, die fahrzeugseitig angeordnet sein kann. Aus sicherheitstechnischen Gründen kann es vorteilhaft sein, wenn neben der Erfassung des Drehweges oder Drehwinkels des Antriebsrades auch bestimmte Positionen des Schwenkhebels oder des Sperrgliedes erfasst werden. Dieses kann beispielsweise durch Sensoren, insbesondere Magnetfeldsensoren, erfolgen, die das magnetische Feld eines auf dem Antriebsrad, Schwenkhebel oder Sperrglied angebrachten Permanentmagneten erfassen. Dadurch kann eine elektronische Steuerung die Funktionsfähigkeit der mechanischen Kopplung zwischen dem Antriebsrad und dem Sperrglied überwachen, so wie eine Manipulation erkennen.
Vorteilhafterweise sind das Sperrglied und der Schwenkhebel aus einem Metall, insbesondere aus Stahl, hergestellt. Die Materialdicke ist dabei so bemessen, dass weitestgehend eine Materialzerstörung ausgeschlossen werden kann. In einer alternativen Ausführungsform können die genannten Bauteile in Spritzgusstechnik hergestellt sein. 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.
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 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ansteuerung eines Sperrgliedes einer Lenksäule, wobei das Sperrglied in einer Entriegelungsstellung sich befindet,
2 die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß 1, wobei der Schwenkhebel zur Bewegung des Sperrgliedes sich in der Betriebslage befindet,
3 die Vorrichtung gemäß 1, wobei das Sperrglied in einer Verriegelungsstellung sich befindet,
4 eine weitere Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung in vereinfachter Darstellung,
5 eine weitere Ausführungsalternative der erfindungsgemäßen Vorrichtung in vereinfachter Darstellung,
6 eine Explosionsdarstellung der wesentlichen Bauteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß den 1 bis 3 und
7 eine Schnittansicht gemäß Schnittlinie VIII-VIII aus 2.
Die 1 bis 3 zeigen rein schematisch eine mögliche Ausführungsform einer Vorrichtung 10 zur Steuerung eines Sperrgliedes 11 eines funktionswesentlichen Bauteils 40. Bei dem Bauteil 40 handelt es sich um eine Lenksäule 40 eines Kraftfahrzeugs. Die Vorrichtung 10 weist ein Getriebe 20 auf, dass mit dem Sperrglied 11 in mechanischer Kopplung steht, wobei das Sperrglied 11 in 1 sich in einer Entriegelungsstellung 2 befindet. Über das Getriebe 20 ist das Sperrglied 11 aus der Entriegelungsstellung 2 in einer Verriegelungsstellung 1 bewegbar, die in 3 dargestellt ist. In der Verriegelungsstellung 1 ragt das Sperrglied 11 mit seinem freien Ende in eine Nut 41 der Lenksäule 40 ein, wodurch die Lenksäule 40 gesperrt ist. Im Gegensatz dazu ist das Sperrglied 11 in der Entriegelungsstellung 2 losgelöst von der Lenksäule 40.
Das Getriebe 20 weist ein Antriebsrad 21 auf, das an einer ersten Achse 25 drehbar gelagert ist. Das Antriebsrad 21 weist gemäß 6 eine Antriebsseite 21a und eine Abtriebsseite 21b auf. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Antriebsseite 21a aus einem gehärteten Kunststoff ausgeführt, wobei die Abtriebsseite 21b aus einem metallischen Material besteht. Die Antriebsseite 21a ist als Schneckenwelle ausgeführt, die durch ein Schneckenrad 26 eines elektronischen Motors 24 angetrieben wird. Hierbei weist die Antriebsseite 21a einen wesentlich größeren Durchmesser auf als die Abtriebsseite 21b des Antriebsrades 21. Hierdurch können hohe Drehmomente auf den Schwenkhebel 22 übertragen werden, der im Folgenden beschrieben wird: Der Schwenkhebel 22 wird durch das Antriebsrad 21 angetrieben, wobei der Schwenkhebel 22 als Abtriebselement des Getriebes 20 dient. Gleichzeitig wirkt der Schwenkhebel 22 mit einem Mitnehmerelement 23 auf das Sperrglied 11. Der Schwenkhebel 22 ist schwenkbar um eine zweite Achse 26 gelagert. Hierbei weist der Schwenkhebel 22 eine Verzahnung 22a an seinem Randbereich auf, die mit der Abtriebsseite 21b des Antriebsrades 21, die als Zahnritze) ausgeführt ist, in Wirkverbindung steht. Ausgehend von der Entriegelungsstellung 2 aus 1 wird das Sperrglied 11 in die Verriegelungsstellung 1 dadurch überführt, dass die verzahnte Abtriebsseite 21b in die Verzahnung 22a des Schwenkhebels 22 eingreift und somit den Schwenkhebel 22 im Uhrzeigersinn um die zweite Achse 26 verschwenkt.
Während der Überführung des Sperrgliedes 11 in die Verriegelungsstellung 1 gemäß 3 bewegt sich das Sperrglied 11 translatorisch entlang einer Führung 12. Wie insbesondere aus 6 deutlich zu erkennen ist, ist ein Gehäuse 15 vorgesehen, das mit einer Öffnung 15a ausgeführt ist, durch die das Sperrglied 11 in der Verriegelungsstellung 1 hindurch ragt. Das Gehäuse 15 weist unterschiedliche Aufnahmebereiche 16 auf, in denen die einzelnen Bauteile des Getriebes 20, insbesondere das Antriebsrad 21 und der elektrische Motor 24 mit seinem Schneckenrad 27 aufgenommen sind. Auch die Führung 12 für das Sperrglied 11 ist durch das Gehäuse 15 gebildet. Die erste Achse 25 des Antriebsrades 21 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel einstückig und materialeinheitlich mit dem Gehäuse 15 verbunden, welches in 6 ebenfalls zu erkennen ist. Die zweite Achse 26 des Schwenkhebels 22 wird durch einen am Schwenkhebel 22 angeordneten Stift 26 realisiert, der in eine Öffnung 17 des Gehäuses 15 hineinragt.
Wie in 1, 3 und 6 verdeutlicht ist, weist das Sperrglied 11 ein Basisteil 11.1 und ein Sperrelement 11.2 auf. Das Sperrelement 11.2 ist relativ zum Basisteil 11.1 beweglich gelagert. Zwischen dem Basisteil 11.1 und dem Sperrelement 11.2 ist ein Federelement 11.3 angeordnet. Falls beim Verriegeln das Sperrglied 11, insbesondere das Sperrelement 11.2 nicht in die Nut 41 der Lenksäule 40 verfahren kann (welches nicht explizit dargestellt ist), da beispielsweise der Zahn der Lenksäule 40 unmittelbar am Ausgang der Führung 12 sich befindet, kontaktiert das Sperrelement 11.2 den Zahn, wobei gleichzeitig das Federelement 11.3 durch das heruntergefahrene Basiselement 11.1 zusammengedrückt wird. Durch dieses mehrteilige Sperrglied 11 wird verhindert, dass bei einer oben genannten Fehlstellung der Lenksäule 40 eine Zerstörung, Bruch etc. am Sperrglied 11, an der Lenksäule 40 und/oder an einem Bauteil des Getriebes 20 entsteht. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist das Basisteil 11.1 an der der Lenksäule 40 zugewandten Seite hülsenartig ausgeführt, in die zumindest teilweise das Sperrelement 11.2 hineinragt. Zusätzlich weist das Sperrelement 11.2 ein Langloch auf, in das ein Stift des Gehäuses 15 hineinragt. Hierdurch wird eine verbesserte Führung des Sperrgliedes 11 bewirkt. Alternativ dazu kann das Sperrelement 11.2 durch ein Befestigungselement, insbesondere durch einen Stift des Basisteils 11.1 gehalten sein, wodurch zwar das Sperrelement 11.2 relativ zum Basisteil 11.1 beweglich ist, jedoch das Sperrelement 11.2 nicht aus dem Basisteil 11.1 fallen beziehungsweise vom Basisteil 11.1 sich nicht lösen kann.
Des Weiteren weist das Sperrglied 11 zwei Kontaktbereiche 13a, 13b auf, die jeweils zu einer Seite hin eine Ausnehmung 14 des Sperrgliedes 11 begrenzen. Die Ausnehmung 14 stellt eine nutförmige Vertiefung am Sperrglied 11 dar. In der Entriegelungsstellung 2 aus 1 liegt das Mitnehmerelement 23 am ersten Kontaktbereich 13a an, wobei das Mitnehmerelement 23 gleichzeitig in die Ausnehmung 14 hineinragt. Während sich nun der Schwenkhebel 22 – angetrieben durch das Antriebsrad 21 – im Uhrzeigersinn um die zweite Achse 26 verschwenkt, löst sich das Mitnehmerelement 23 vom Kontaktbereich 13a, durchläuft die Ausnehmung 14 in Richtung der Öffnung 15a des Gehäuses 15 und tritt nach kurzer Zeit in Kontakt mit dem zweiten Kontaktbereich 13b des Sperrgliedes 11. Während das Mitnehmerelement 23 ausgehend vom ersten Kontaktbereich 13a zum zweiten Kontaktbereich 13b sich bewegt, verbleibt das Sperrglied 11 in seiner Entriegelungsstellung 2, das bedeutet, dass keine Bewegung des Sperrgliedes 11 erfolgt. Das aktivierte Getriebe 20, bei dem sowohl das Antriebsrad 21 als auch der Schwenkhebel 22 in Bewegung ist, weist somit einen definierten Vorlauf auf, bei dem es zu keiner Kraftübertragung vom Getriebe 20 insbesondere vom Schwenkhebel 22 auf das Sperrglied 11 kommt. Erst bei einer Kontaktierung des Mitnehmerelementes 23 mit dem zweiten Kontaktbereich 13b und einer weiteren Verschwenkung des Schwenk hebels 22 im Uhrzeigersinn, erfolgt eine translatorische Bewegung des Sperrgliedes 11 aus seiner Entriegelungsstellung 1 in die Verriegelungsstellung 2 gemäß 3.
Gemäß 2 befindet sich der Schwenkhebel 22 in der Betriebslage 3, bei der die Abtriebsseite 21b des Antriebsrades 21 im Eingriff mit der Verzahnung 22a des Schwenkhebels 22 ist. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiels erfolgt während der Betriebslage 3 des Schwenkhebels 22 der bereits beschriebene Vorlauf, bei dem das Mitnehmerelement 23 in der Ausnehmung 14 vom ersten Kontaktbereich 13a zum zweiten Kontaktbereich 13b verfährt, ohne dass das Sperrglied 11 sich aus seiner Entriegelungsstellung 2 bewegt. Anschließend erfolgt die Kontaktierung des Mitnehmerelementes 23 mit dem ersten Kontaktbereich 13a, wodurch eine gezielte Bewegung des Sperrgliedes 11 bewirkt wird, welches immer noch die Betriebslage 3 des Schwenkhebels 22 darstellt. Solange die Abtriebsseite 21b im Eingriff mit der Verzahnung 22a des Schwenkhebels 22 ist und eine kontinuierliche Bewegung des Schwenkhebels 22 erzielt wird, liegt die oben beschriebene Betriebslage 3 des Schwenkhebels 22 vor.
In 3 nimmt der Schwenkhebel 22 eine Freilage 4 ein, in der die Verzahnung 22a des Schwenkhebels 22 nicht mehr im direkten Eingriff mit der Verzahnung des Antriebsrades 21 ist. Die Verriegelungsstellung 1 des Sperrgliedes 11 ist nun erreicht, wobei das Getriebe 20 noch aktiviert sein kann, das bedeutet, dass der elektrische Motor 24 noch das Antriebsrad 21 antreiben kann. Die Verzahnung 22a des Schwenkhebels 22 verlässt in dieser Position gemäß 3 den Eingriff mit der Verzahnung der Abtriebsseite 21b. Wie in 1 bis 3 dargestellt ist, ist ein Rückstellelement 5 vorgesehen, das – rein schematisch dargestellt – am Gehäuse 15 angeordnet ist. Nachdem der Schwenkhebel 22 den unmittelbaren Eingriff mit der Verzahnung der Abtriebsseite 21b verlassen hat, wechselt der Schwenkhebel 22 von der Betriebslage 3 in die Freilage 4.
In der Freilage 4 gemäß 3 drückt bei einem weiter aktivierten Motor 24 die Abtriebsseite 21b den Schwenkhebel 22 aus der gemeinsamen Verzahnung weg, wodurch kurzzeitig der Kontakt zwischen der Verzahnung 22a des Schwenkhebels 22 und der Abtriebsseite 21b sich löst. In der Freilage 4 des Schwenkhebels 22 bewirkt das Rückstellelement 5 hingegen, dass der Schwenkhebel 22 zurück in Richtung der Betriebslage 3, insbesondere in Richtung der Verzahnung der Abtriebsseite 21b, bewegt wird. Solange die Drehrichtung des elektrischen Motors 24 beibehalten wird, drückt das Rückstellelement 5, das als Feder ausgeführt ist, den Schwenkhebel 22 zurück zum Antriebsrad 21, bis die Verzahnung 22a des Schwenkhebels 22 die Abtriebsseite 21b kontaktiert. Jedoch gelangt der Schwenkhebel 22 nicht in die Betriebslage 3, sondern verbleibt in der Freilage 4, bei der das Antriebsrad 21 wiederum den Schwenkhebel 22 wegdrückt und der Schwenkhebel 22 somit wiederum kurzzeitig losgelöst zum Antriebsrad 21 ist. Es entsteht somit eine oszillierende Bewegung des Schwenkhebels 22, bei der das Rückstellelement 5 den Schwenkhebel 22 gegen den Uhrzeigersinn um die zweite Achse 26 in Richtung des Antriebsrades 21 drückt und bei Kontaktierung des Schwenkhebels 22 mit dem Antriebsrad 21 die Abtriebsseite 21b wiederum den Schwenkhebel 22 im Uhrzeigersinn um die zweite Achse 26 aus der gemeinsamen Verzahnung führt. Solange die Motorsteuerung den elektrischen Motor 24 nicht abschaltet bzw. die Drehrichtung des elektrischen Motors 24 ändert, ist ein unendlicher Nachlauf des Getriebes 20 möglich, bei der der Schwenkhebel 22 eine Hin- und Herbewegung um wenige Winkelgrade durchführt.
Erfolgt nun eine Zurückbewegung des Sperrgliedes 11 von der Verriegelungsstellung 1 in die Entriegelungsstellung 2 wird der elektrische Motor 24 in einer entgegen gesetzten Drehrichtung betrieben, bei der das Antriebsrad 21 nun im Uhrzeigersinn um die erste Achse 25 sich dreht. Hierdurch wird der Schwenkhebel 22 gegen den Uhrzeigersinn um die zweite Achse 26 verschwenkt. Analog zur Bewegung des Sperrgliedes 11 von der Entriegelungsstellung 2 in die Verriegelungsstellung 1 verlässt das Mitnehmerelement 23 den Kontakt mit dem zweiten Kontaktbereich 13b und durchläuft die Ausnehmung 14 des Sperrgliedes 11, welches wiederum den Vorlauf des Getriebes 20 darstellt. Erst wenn das Mitnehmerelement 23 den ersten Kontaktbereich 13a kontaktiert, erfolgt eine Kraftübertragung auf das Sperrglied 11 nach oben, sodass eine entsprechende Bewegung des Sperrgliedes 11 entlang der Führung 12 in die Entriegelungsstellung 2 erfolgen kann. Während sich der Schwenkhebel 22 in seiner Betriebslage 3 befindet, wird das Sperrglied 11 – nach einem gewissen Vorlauf, bei dem das Sperrglied 11 unbewegt sich in der Führung 12 befindet – in die Entriegelungsstellung 2 gebracht. Ab einem definierten Drehwinkeibereich des Schwenkhebels 22 verlässt der Schwenkhebel 22 seine Betriebslage 3 und wird in die Freilage 4 gemäß 1 geführt. Auch in dieser Freilage 4 kann der Schwenkhebel 22 eine oszillierende Bewegung ausführen, solange der elektrische Motor 24 seine Drehrichtung beibehält. Das Rückstellelement 5 übt eine Kraft auf den Schwenkhebel 22 aus, sodass der Schwenkhebel 22 mit dem Uhrzeigersinn um die zweite Achse 26 bewegt wird, bis die Verzahnung 22a des Schwenkhebels 22 in Kontakt mit der Abtriebsseite 21b kommt. Die Abtriebsseite 21b des Antriebsrades 22 sorgt wiederum dafür, dass der Schwenkhebel 22 gegen den Uhrzeigersinn um die zweite Achse 26 verschwenkt wird. Auch in dieser Freilage 4 ist ein unendlicher Nachlauf denkbar, bei dem das Sperrglied 11 in der Entriegelungsstellung 2 verbleibt.
Ein besonders kompakter Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 wird dadurch erreicht, dass gemäß dem Ausführungsbeispiel aus 1 bis 3 das Sperrglied 11 eine weitere Ausnehmung 19 aufweist, die an der einen Seite durch den zweiten Kontaktbereich 13b begrenzt ist und an der gegenüberliegenden Seite mit einem Stufenelement 19b ausgeführt ist. Die beiden Ausnehmungen 14, 19 bilden somit einen treppenförmigen Verlauf am Sperrglied 11. Die Ausnehmung 14, in die das Mitnehmerelement 23 hineinragt, ist tiefer als die benachbarte Ausnehmung 19 ausgeführt. In der Freilage 4 gemäß 3 befindet sich der Schwenkhebel 22 in der zweiten Ausnehmung 19, wobei das Mitnehmerelement 23 in die erste Ausnehmung 14 hineinragt. Wird der Schwenkhebel 22 aus seiner Position gemäß 3 in die Position gemäß 1 bewegt, schwenkt der Schwenkhebel 22 aus der Ausnehmung 19 heraus. Wie 7 besonders verdeutlicht, wird die kompakte Bauform dadurch erreicht, dass der Schwenkbereich des Schwenkhebels 22 unterhalb der Antriebsseite 21a verläuft. Die Ausnehmung 19 am Sperrglied 11 bietet dem Schwenkhebel 22 in der Position gemäß 3 entsprechend Raum, wobei die Oberseite 11a des Sperrgliedes 11 zur Oberseite 22b des Schwenkhebels 22 fluchten. Hierdurch wird eine kompakte Einheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 erzielt.
In den 4 und 5 sind weitere Ausführungsalternativen dargestellt, wobei in 4 eine Schenkelfeder 5 als Rückstellelement 5 vorgesehen ist, die an der zweiten Achse 26 befestigt ist. Die freien Enden der Schenkelfeder 5 stützen sich an Anschlagflächen 18a des Gehäuses 15 ab. Wird beispielsweise der Schwenkhebel 22 gegen den Uhrzeigersinn um die zweite Achse 26 verschwenkt, um das nicht dargestellte Sperrglied in die Entriegelungsstellung 2 zu bringen, verlässt der Schwenkhebel 22 in einem definierten Winkelbereich seine Betriebslage und kontaktiert in der Freilage den oberen Schenkel der Schenkelfeder 5, die wiederum eine Kraft auf den Schwenkhebel 22 ausübt, wodurch der Schwenkhebel 22 wieder zurück im Uhrzeigersinn um die Drehachse 26 zum Antriebsrad bewegt wird. Dieser Nachlauf des Getriebes im Entriegelungszustand 1 des Sperrgliedes entspricht im Wesentlichen dem Nachlauf der bereits im Ausführungsbeispiel gemäß 1 bis 3 beschrieben ist. Der untere Bereich der Schenkelfeder 5 übt ebenfalls in der Freilage des Schwenkhebels 22 eine Kraft in Richtung des Antriebsrades auf den Schwenkhebel 22 aus, wodurch ebenfalls eine oszillierende Bewegung des Schwenkhebels 22 entsteht.
In der 5 sind zwei Rückstellelemente 5 vorgesehen, die am Schwenkhebel 22 befestigt sind. In der Freilage 4 des Schwenkhebels 22 während des Nachlaufs des Getriebes kontaktieren die Federelemente 5 die Anschlagflächen 18b des Gehäuses, wodurch eine entsprechende Rückstellkraft auf den Schwenkhebel 22 ausgeübt wird und die bereits beschriebene oszillierende Bewegung des Schwenkhebels 22 entsteht. Die Rückstellelemente 5 sind in 5 als Druckfedern ausgeführt.
In der Regel sollte das Getriebe 20 gemäß aller dargestellten Ausführungsbeispiele derart betrieben werden, dass beim Erreichen der jeweiligen Stellung 1, 2 des Sperrgliedes 11 die Motorsteuerung den Motor 24 deaktiviert. Aufgrund des unendlichen Nachlaufs, der durch die vorliegende Erfindung bereit gestellt wird, ist ein exakter Zeitpunkt zur Deaktivierung des Motors 24 nicht erforderlich. Wünschenswert ist jedoch, dass eine Deaktivierung des Motors 24 möglichst zeitnah mit dem Erreichen der jeweiligen Stellung 1, 2 des Sperrgliedes 11 erfolgt.

1: Verriegelungsstellung
2: Entriegelungsstellung
3: Betriebslage
4: Freilage
5: Mittel, Rückstellelement, Feder
10: Vorrichtung
11: Sperrglied
11a: Oberseite des Sperrgliedes
11.1: Basisteil der Sperrgliedes
11.2: Sperrelement des Sperrgliedes
11.3: Feder
12: Führung
13a: Kontaktbereich, erster Kontaktbereich
13b: Kontaktbereich, zweiter Kontaktbereich
14: Ausnehmung
15: Gehäuse
15a: Öffnung
16: Aufnahmebereich
17: Öffnung (für die zweite Achse 26)
18a: Anschlagfläche
18b: Anschlagfläche
19: Ausnehmung
19b: Stufenelement
20: Getriebe
21: Antriebsrad
21a: Antriebsseite
21b: Abtriebsseite
22: Schwenkhebel
22a: Verzahnung
22b: Oberseite des Schwenkhebels
23: Mitnehmerelement
24: elektrischer Motor
25: erste Achse
26: zweite Achse
27: Schneckenrad
40: funktionswesentliches Bauteil, Lenksäule
41: Nut

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102007041620 [0003]

Claims

Vorrichtung (10) zur Ansteuerung eines Sperrgliedes (11) eines funktionswesentlichen Bauteils (40), insbesondere einer Lenksäule (40) oder eines Gangschalthebels eines Kraftfahrzeuges, mit einem Getriebe (20), das mit dem Sperrglied (11) in mechanischer Wirkverbindung steht, das in eine Verriegelungsstellung (1) und in eine Entriegelungsstellung (2) und umgekehrt bewegbar ist, wobei in der Verriegelungsstellung (1) das Sperrglied (11) in das funktionswesentliche Bauteil (40) eingreift, in der Entriegelungsstellung (2) das Sperrglied (11) losgelöst vom funktionswesentlichen Bauteil (40) ist und das Getriebe (20) einen Freilauf aufweist, bei dem das Sperrglied (11) in seiner jeweiligen Stellung (1,2) verbleibt, während das Getriebe (20) aktiviert ist, dadurch gekennzeichnet, dass auf das Getriebe (20) Mittel (5) wirken, wodurch ein unendlicher Freilauf erzielbar ist.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (20) als mindestens ein zweistufiges Getriebe ausgeführt ist, das ein Antriebsrad (21) und einen Schwenkhebel (22) aufweist, wobei das Antriebsrad (21) den Schwenkhebel (22) antreibt und der Schwenkhebel (22) als Abtriebselement des Getriebes (20) auf das Sperrglied (11) wirkt.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Freilauf einen ersten Nachlauf, bei dem das Sperrglied (11) in der Entriegelungsstellung (2) verbleibt, und einen zweiten Nachlauf, bei dem das Sperrglied (11) in der Verriegelungsstellung (1) verbleibt, umfasst.
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwenkhebel (22) in eine Betriebslage (3) und mindestens in eine Freilage (4) bringbar ist, wobei in der Betriebsslage (3) das Antriebsrad (21) derart im Eingriff mit dem Schwenkhebel (22) ist, dass eine Bewegung des Sperrgliedes (11) erzielbar ist, und in der Freilage (4) sich das Getriebe (20) im Freilauf befindet.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Rückstellelement (5) als Mittel (5) vorgesehen ist, das in der Freilage (4) auf den Schwenkhebel (22) derart wirkt, dass der Schwenkhebel (22) in Richtung der Betriebslage (3) bewegt wird.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Freilage (4) der Schwenkhebel (22) nur kurzzeitig das Antriebsrad (21) kontaktiert, das wiederum den Schwenkhebel (22) weg vom Antriebsrad (21) bewegt, so dass eine oszillierende Bewegung des Schwenkhebels (22) entsteht.
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrglied (11) translatorisch entlang einer Führung (12) bewegbar gelagert ist.
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrglied (11) zumindest einen Kontaktbereich (13a, 13b) aufweist, an dem der Schwenkhebel (22) während der Bewegung des Sperrgliedes (11) angreift.
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrglied (11) mit einer Ausnehmung (14) ausgeführt ist, in die der Schwenkhebel (22) mit einem Mitnehmerelement (23) vorsprungartig hineinragt.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwei gegenüberliegende Kontaktbereiche (13a, 13b) vorgesehen sind, die jeweils zu einer Seite hin die Ausnehmung (14) begrenzen.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass während der Bewegung des Sperrgliedes (11) in die Entriegelungsstellung (2) das Mitnehmerelement (23) den ersten Kontaktbereich (13a) berührt.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass während der Bewegung des Sperrgliedes (11) in die Verriegelungsstellung (1) das Mitnehmerelement (23) den zweiten Kontaktbereich (13b) berührt.
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (20) durch ein Gehäuse (15) umfasst ist, wobei das Gehäuse (15) eine Öffnung (15a) aufweist, durch die das Sperrglied (11) zumindest in der Verriegelungsstellung (1) hindurchragt.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (15) Aufnahmebereiche (16) aufweist, in denen Bauteile (21,22) des Getriebes (20) aufgenommen sind.
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsrad (21) eine Antriebsseite (21a) und eine Abtriebsseite (21b) aufweist, wobei ein elektrischer Motor (24) an der Antriebsseite (21a) angreift und die Abtriebsseite (21b) mit dem Schwenkhebel (22) in Wirkverbindung steht.
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsrad (21) drehbar um eine erste Achse (25) gelagert ist und der Schwenkhebel (22) schwenkbar um eine zweite Achse (26) am Gehäuse (15) angeordnet ist.
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwenkhebel (22) eine Verzahnung (22a) aufweist, an der das Antriebsrad (21) angreift.
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückstellelement (5) eine Feder ist, die eine Kraft auf den Schwenkhebel (22) in seiner Freilage (4) ausübt.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (5) am Gehäuse (15) oder am Schwenkhebel (22) befestigt ist.
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Nachlauf in der Freilage (4) des Schwenkhebels (22) einsetzen.
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Freilauf einen Vorlauf aufweist, bei dem der Schwenkhebel (22) in der Betriebslage (3) bewegbar ist, ohne das eine Bewegung des Sperrgliedes (11) erfolgt.
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während der Bewegung des Sperrgliedes (11) von der Entriegelungsstellung (2) in die Verriegelungsstellung (1) und umgekehrt das Rückstellelement (5) sowie das Antriebsrad (21) den Schwenkhebel (22) aus der Freilage (4) in die Betriebslage (3) bringen, das Getriebe (20) in der Betriebslage (3) des Schwenkhebels (22) einen Vorlauf aufweist, bei dem der Schwenkhebel (22) um die zweite Achse (26) sich verschwenkt, ohne dass das Sperrglied (11) sich bewegt, anschließend das Getriebe (20) in der Betriebslage (3) des Schwenkhebels (22) eine Kraftübertragung auf das Sperrglied (11) ausübt, wodurch das Sperrglied (11) eine Bewegung in die jeweilige Stellung (1,2) ausführt, nach Erreichen der jeweiligen Stellung (1,2) des Sperrgliedes (11) der Schwenkhebel (22) aus der Betrieblage (3) in die Freilage (4) gelangt, in der das Rückstellelement (5) sowie das Antriebsrad (21) derart auf den Schwenkhebel (22) wirken, dass ein unendlicher Nachlauf des Getriebes (20) erzielbar ist.
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrglied (11) ein Basisteil (11.1) und ein Sperrelement (11.2) aufweist, das relativ zum Basisteil (11.1) beweglich gelagert ist, wobei insbesondere zwischen dem Basisteil (11.1) und dem Sperrelement (11.2) ein Federelement (11.3) angeordnet ist.