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Die
Erfindung betrifft Arretiermechanismen für einstellbare
Lenksäulenanordnungen, insbesondere von der Art, die Paare
miteinander in Eingriff bringbarer Zahnstangen zum Zwecke des formschlüssigen Arretierens
des Lenkrades in unterschiedlichen Vertikal(Höhen-)- und/oder
Axial(Reichweiten-)-Stellungen verwenden.
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Es
ist bekannt, einstellbare Lenksäulenanordnungen vorzusehen,
die durch eine Klemmeinrichtung aneinander festgelegt werden, die
nur auf Reibung basiert. Diese Lenksäulenanordnungen können
typischerweise am Lenkrad aufgebrachten Radial- und/oder Axialkräften
von 600 N widerstehen, bevor sie durchrutschen. Jedoch besteht seitens
der Fahrzeughersteller zunehmend die Anforderung, dass keine wesentliche
Bewegung stattfindet, wenn Kräfte bis zu 6000 N aufgebracht
werden. Hierzu ist irgendeine Art formschlüssiger Verriegelung
erforderlich. Das Ziel besteht darin, ungewollte Bewegungen des
Lenkrads in einer Unfallsituation zu vermeiden, so dass die Entfaltung
des Airbags ideal gesteuert wird.
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Es
ist ferner bekannt, einstellbare Lenksäulenanordnungen
vorzusehen, die auf ineinander eingreifenden Zahnstangen statt nur
auf Reibung allein basieren. Bei dieser Art von Zähne verwendender Säule
mit "formschlüssiger Verriegelung" besteht ein wohlbekanntes
Problem darin, dass vor einer Betätigung des Klemmhebels
durch den Fahrer die ausgewählte Lenkradstellung zu einem
genauen Gegenüberliegen der Spitzen eines Zahnsatzes bezüglich derer
des Zahnsatzes geführt hat, mit denen sie in Eingriff kommen
sollen. Ein miteinander kämmendes Eingreifen der Zähne
während des Klemmvorgangs ist dadurch blockiert und es
kann an den Zähnen eine dauerhafte Beschädigung
auftreten, wenn vom Fahrer eine übermäßige
Kraft auf den Klemmhebel ausgeübt wird, um ihn dazu zu
zwingen, seinen Betätigungsweg zu vollenden.
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Zumindest
wird ein solches Zahn-auf-Zahn-Aufeinandertreffen vom Fahrer erfordern,
den Hebel bewusst erneut zu lösen, eine geringfügig
andere Lenkradstellung zu suchen und dann den Hebel wieder in Eingriff
zu bringen. Sind keine speziellen Vorkehrungen getroffen, um dieses Problem
zu lösen, dann tritt es voraussichtlich bei 10% bis 20%
aller Einstellvorgänge auf. Dies ist unerwünscht.
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Uns
ist die Lehre der
EP
0 796 780 B1 bekannt, die eine Anordnung offenbart, bei
der ein an einer beweglichen Zahnstange befestigter Führungsdraht
mit Zähnen an einer feststehenden Zahnstange in Eingriff
kommt, bevor die Zahnstangen vollständig miteinander in
Eingriff treten. Der Führungsdraht stellt eine Fläche
bereit, über die die bewegliche Zahnstange seitlich gleiten
kann, um Probleme des Zahnaufeinandertreffens zu vermeiden.
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Gemäß einem
ersten Aspekt ist eine Vorrichtung zum Bereitstellen einer Verriegelung
zwischen einem ersten und einem zweiten Teil geschaffen, mit:
einer
ersten Zahnstange, die zumindest eine Zahnreihe aufweist, die mit
dem ersten Teil verbunden ist,
einer zweiten Zahnstange, die
zumindest eine Zahnreihe aufweist, die mit der Zahnreihe der ersten Zahnstange
kämmen kann, wobei die zweite Zahnstange mit dem zweiten
Teil verbunden ist,
einem Führungsfinger, und
einer
nachgiebigen Feder, die den Führungsfinger mit der zweiten
Zahnstange verbindet,
wobei die zwei Zahnstangen zwischen einer
gelösten Stellung, in der die zwei Zahnreihen voneinander
beabstandet sind, und einer Eingriffsstellung bewegbar sind, in
der die zwei Zahnreihen miteinander kämmen,
wobei
die zwei Zahnstangen, der Führungsfinger und die nachgiebige
Feder eine Anordnung bereitstellen, bei der, wenn eine Kraft auf
die zweite Zahnstange aufgebracht wird, die sie aus der gelösten
Stellung in Richtung auf die Eingriffsstellung bewegt, während die
Spitzen der Zähne der zwei Zahnstangen einander gegenüberliegen,
der Führungsfinger vor jeglichem Kontakt zwischen den Zahnreihen
zunächst eine Flanke zumindest eines Zahns der ersten Zahnstange
berührt und danach bei einer fortgesetzten Bewegung der
Zahnstangen in Richtung auf die Eingriffsstellung der Führungsfinger
herunter und über die Flanke zum Fuß des Zahns
gleitet, was eine entsprechende Abwärts- und Seitwärtsbewegung
zwischen den zwei Zahnstangen bewirkt, so dass bei weiterer Bewegung
in die Eingriffsstellung die zweite Zahnstange mit der ersten Zahnstange
unter weiterer Verformung der nachgiebigen Feder in einen kämmenden
Eingriff geraten kann.
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Die
Wirkung des Führungsfingers und nachgiebigen Verbinders
beim Auftreffen auf die Zahnstange stellt somit sicher, dass ein
Zahnaufeinandertreffen nicht vorkommt, weil aufgrund einer Wechselwirkung
zwischen der Flanke und der Führung eine Reaktionskraft
erzeugt wird, die die Zahnstangen seitwärts drängt,
wenn die Führung am Zahn herabgleitet. Die Anordnung kann
so vorgesehen sein, dass bei fortgesetz ter Bewegung der Zahnstangen
in Richtung auf die Eingriffsstellung, nachdem die Führung
den Fuß des Zahns erreicht hat, jedoch bevor die Zähne
ineinander eingreifen, keine oder nahezu keine seitliche Bewegung
der Zahnstangen stattfindet. Danach können die Flanken
der Zähne aufeinander gleiten, um eine gewisse seitliche
Bewegung zu bewirken, die erforderlich sein mag, um eine vollständige
Eingriffsstellung zu erreichen.
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Die
nachgiebige Feder kann eine L-förmige Blattfeder mit einem
ersten Arm umfassen, der allgemein parallel zur Bewegungsrichtung
der beweglichen Zahnstange relativ zur feststehenden Zahnstange
beim Lösen und Feststellen verläuft, und welcher
erste Arm mit der Führung endet, und mit einem zweiten
Arm, der allgemein orthogonal zum ersten Arm verläuft,
wobei die Feder durch ihren zweiten Arm an der Zahnstange befestigt
ist. Die Feder kann ein Metallblech umfassen, das gepresst, gestanzt, gefaltet
oder auf andere Art in die geforderte L-Form gebogen ist. Sie kann
ein Verbundmaterial umfassen. Mit L-förmiger Feder meinen
wir eine Feder, die einen aus zwei orthogonalen Armen bestehenden funktionalen
Federteil aufweist, was nicht ausschließt, dass sie weitere
Arme hat, die der Feder eine zusätzliche Funktion geben.
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Der
Führungsfinger kann das Abschlussende des Blattfederarms
umfassen oder kann ein separates Teil sein, das durch eine Schweißnaht,
eine Niete, einen Bolzen, eine Schraube, einen Klebstoff oder jegliche
andere bevorzugte Befestigungseinrichtung starr am Ende des Blattfederarms
befestigt ist. Zwischen dem Führungsfinger und dem Abschlussende
der Feder kann deshalb eine geringe oder keine Relativbewegung auftreten.
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Der
zweite Arm kann an einem Endabschnitt etwa durch eine Niete oder
einen Bolzen an der Zahnstange befestigt sein.
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Die
Führung am Ende des Arms kann relativ dünn sein,
so dass sie gut in den Grund der zwischen zwei benachbarten Zähnen
auf der feststehenden Zahnstange gebildeten Mulde passt. Durch Vorsehen eines
relativ dünnen Führungsfingers kann im Wesentlichen
die gesamte erforderliche seitliche Bewegung durch Herablaufen des
Führungsfingers am Zahn erreicht werden, wobei nur eine
geringe oder gar keine weitere Bewegung durch Wechselwirken zwischen
den zwei Zahnstangen erforderlich ist. Der Führungsfinger
verbleibt am untersten Grund der Zahnbasis. Dies kann optimiert
werden, indem der Führungsfinger in einer Stellung so platziert
wird, dass ein Fluchten des Führungsfingers mit einer Zahnspitze
nahezu, aber nicht ganz genau einem Fluchten der Spitze eines Zahns
auf der beweglichen Zahnstange mit der Spitze eines Zahns auf der
feststehenden Zahnstange entspricht. Mit dieser Anordnung tritt
insgesamt keine seitliche Bewegung auf, wenn die Zähne
in der korrekten Ausrichtung (Zahnspitze liegt Zahnmulde gegenüber)
beginnen, sich aufeinander zuzubewegen, so dass keine unnötige Seitwärtsbewegung
stattfindet.
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Man
erkennt, dass aufgrund der Tatsache, dass die Führung von
der sich bewegenden Zahnstange weiter vorsteht als die Zähne,
so dass sie vor den Zähnen auf die feststehende Zahnstange
auftrifft, sie sich verformen muss, um ein vollständiges Kämmen
der Zähne zu ermöglichen. Bei einer Blattfeder
wird diese Verformung durch Biegen des zweiten Arms der Blattfeder
erreicht, während der erste Arm über die Seitenfläche
des sich bewegenden Blocks rutscht, ohne irgendeine Reaktionskraft
zu erzeugen, die die sich bewegende Zahnstange bezüglich
der feststehenden Zahnstange seitwärts bewegt. Jegliche
Seitwärtsbewegung, die in dieser Phase auftritt, resultiert
ausschließlich aus einer Wechselwirkung zwischen den Zahnreihen
und nicht aufgrund eines Gleitens der sich bewegenden Zahnstange über
den Führungsfinger oder die nachgiebige Feder.
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Vorzugsweise
ist der Mechanismus so angeordnet, dass für den Fall, dass
der Führungsfinger beim Bewegen aus einer gelösten
Stellung in eine verriegelte Stellung auf die Spitze eines Zahns
auf der feststehenden Zahnstange auftrifft, eine fortgesetzte Bewegung
in der Verriegelungsrichtung die nachgiebige Feder verformt und
zugleich eine fortgesetzte Bewegung der Zähne in Richtung
auf die Eingriffsstellung erlaubt. In dieser Phase kann aufgrund der
sich verformenden Feder im Wesentlichen keine Seitwärtsbewegung
der sich bewegenden Zahnstange bezüglich der feststehenden
Zahnstange vor einem Ineinandereingreifen der Zähne stattfinden.
Die Feder verformt sich in diesem Zustand deshalb lediglich, ohne
irgendeine Reaktionskraft zu erzeugen, die die Zahnstangen seitwärts
bewegt. Danach kann die Wechselwirkung zwischen den Flanken der
Zähne eine gewisse Seitwärtsbewegung der Zahnstangen verursachen,
wenn sie sich in die vollständige Eingriffsstellung bewegen.
Tatsächlich ist es möglich, dass in diesem Zustand überhaupt
keine Seitwärtsbewegung erforderlich ist.
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Wo
eine Blattfeder vorgesehen ist, kann die Verformung der Feder in
der Führung-auf-Zahnspitzenphase ein Biegen des zweiten
Arms der Feder von der sich bewegenden Zahnstange weg umfassen.
Dies ist dasselbe Biegen, welches beim endgültigen Kämmen
erforderlich ist, wenn eine anfängliche Zahn-auf-Zahn-Stellung
vorliegt, so dass die von dem Bediener beim Verriegeln verspürte
Gesamtkraft sich sowohl bei einer Zahn-auf-Zahn- als auch bei einer
Zahn-auf-Führung-Stellung sich ungefähr gleich
anfühlt. Diese Gleichheit verstärkt den Qualitätseindruck
des Mechanismus.
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Die
zum Biegen des zweiten Arms der Blattfeder benötigte Kraft
sollte größer als die Kraft, die zum Bewirken
einer Seitwärtsbewegung des ersten und des zweiten Teils
beim Gleiten der Führung über eine Flanke und
an ihr herab benötigt wird, jedoch kleiner sein als die
zum Betätigen des Verriegelungsmechanismus verfügbare
Maximalkraft. Bei Verwendung einer Blattfeder kann diese Kraft einfach
durch Ändern der Dicke des zum Bilden der Feder verwendeten
Materials oder durch Ändern der Stelle am zweiten Arm eingestellt
werden, an der er an die sich bewegende Zahnstange geklemmt wird.
Ein Einstellbarmachen dieser Klemmstellung erlaubt es, die Federkraft
beim Zusammenbau einfach zu justieren.
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Die
Zahnstange kann einen Block aufweisen, wobei der erste Arm einer
L-förmigen Blattfeder parallel zu einer vertikalen Fläche
des Blocks verläuft, wenn die Zahnstangen außer
Eingriff sind, und ein zweiter Arm parallel zu einer horizontalen
Fläche des den Zahnstangen gegenüberliegenden
Blocks verläuft. In der gelösten Stellung können
die Arme in Kontakt mit ihren zugehörigen Seiten des Blocks
stehen. Dieser Kontakt zwischen dem ersten Arm und dem Block hilft
sicherzustellen, dass die Zahnstangen bezüglich einander
seitwärts bewegt werden, wenn die Feder sich an einer Zahnflanke
herabbewegt.
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Vorzugsweise
ist die Führung bezüglich den Zähnen
gelagert, so dass die Führung eine Zahnspitze nur dann
berührt, wenn die Spitzen der zwei Zahnreihen fehlausgerichtet
sind.
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Die
sich bewegende Zahnstange kann gleitend auf einem Klemmstift angebracht
sein, der mit dem zweiten Teil verbunden ist, wobei der Stift durch eine
längliche Öffnung im ersten Teil ragt. Die sich bewegende
Zahnstange kann so angebracht sein, dass sie sich auf dem Stift
nicht von einer Seite zur anderen bewegen kann, sich jedoch nach
oben und unten zwischen der gelösten und der verriegelten Stellung
bewegen kann.
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Die
Blattfeder kann eine U-förmige Blattfeder umfassen (von
der eine L-förmige Feder nur einen Teil bildet) durch Vorsehen
eines weiteren Arms, der sich parallel zum zweiten Arm auf einer
gegenüberliegenden Seite der Zahnstange erstreckt und der zwischen
der sich bewegenden Zahnstange und der feststehenden Zahnstange
mittelbar oder unmittelbar wirkt, um die Seitwärtsstellung
der sich bewegenden Zahnstange bezüglich des Klemmbolzens
voreinzustellen. Alternativ kann dies als ein Bauteil vorgesehen
werden, welches separat von der L-förmigen Feder ist.
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Die
erste Zahnstange kann integral mit dem ersten Teil ausgeführt
sein, etwa durch Stanzen der Zähne in das Teil. Ähnlich
kann das zweite Teil integral ausgeführt sein. Alternativ
kann eine Zahnstange ein separates Bauteil oder eine Unterbaugruppe sein,
das bzw. die mit ihrem Teil durch eine Schweißnaht oder
eine Niete oder eine andere Befestigung verbunden ist.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt stellt die Erfindung eine Lenksäulenanordnung
bereit, die einen Arretiermechanismus gemäß dem
ersten Aspekt der Erfindung aufweist.
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Die
Anordnung kann einen ersten Arretiermechanismus enthalten, der eine
feststehende Zahnstange, die an einer oberen Lenksäulenummantelung
befestigt ist, und eine bewegliche Zahnstange aufweisen kann, die
mit einem Klemmbolzen verbunden ist, der sich durch einen länglichen
Schlitz in der oberen Lenksäulenummantelung erstreckt,
wobei ein Feststellen des Mechanismus eine Reichweiteneinstellung
der Anordnung unterbindet.
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Der
Längsschlitz kann in einem Halter der oberen Lenksäulenummantelung
vorgesehen sein, der an einem Bestandteil der oberen Ummantelung befestigt
ist.
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Der
Befestigungshalter kann an der Fahrzeugkarosserie befestigt sein.
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Die
Anordnung kann einen zweiten Arretiermechanismus enthalten, der
eine feststehende Zahnstange, die an einem Befestigungshalter festgelegt
ist, und eine bewegliche Zahnstange aufweisen kann, die mit einem
Klemmbolzen verbunden ist, der sich durch einen länglichen
Schlitz in dem Befestigungshalter erstreckt, wobei ein Arretieren
des Mechanismus eine Höheneinstellung der Anordnung unterbindet.
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Die
Anordnung kann sowohl den ersten als auch den zweiten Arretiermechanismus
enthalten. Die Arretiermechanismen können an einem gemeinsamen
Klemmbolzen angebracht und können durch einen einzigen
Klemmmechanismus betätigt sein. Es kann ein Hebel vorgesehen
sein, der den Klemmmechanismus betätigt, um ein gleichzeitiges
Arretieren beider Arretiermechanismen zu erreichen.
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Es
wird nun beispielhaft eine Ausführungsform eines Arretiermechanismus
und einer Lenksäulenanordnung unter Bezugnahme auf und
wie in den beigefügten Figuren dargestellt beschrieben,
in denen:
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1a bis
c eine erste Ausführungsform eines Arretiermechanismus
gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung bei einer
Bewegung aus einem gelösten in einen verriegelten Zustand
zeigen, wobei Zähne sich anfänglich in einer Zahn-auf-Zahn-Stellung
gegenüberliegen,
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2a bis
c eine erste Ausführungsform eines Arretiermechanismus
gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung bei einer
Bewegung aus einem gelösten in einen verriegelten Zustand
zeigen, wobei die feststehenden Zähne und die Führung
sich anfänglich in einer Zahn-auf-Führung-Stellung
gegenüberliegen,
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3 eine
Endansicht im Querschnitt einer ersten Ausführungsform
einer Lenksäulenanordnung gemäß einem
zweiten Aspekt der Erfindung ist, die eine doppelte Einstellung
der Lenksäule bietet,
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4 eine
Seitenansicht der Anordnung aus 3 ist,
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5 und 6 auseinandergezogene
Darstellungen der Anordnung aus 3 gesehen
von der Seite und vom Ende sind,
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7a bis 7c die
Teile der Anordnung aus 3 zeigen, die zum Feststellen
der Reichweiteneinstellbarkeit der Anordnung bei einer Bewegung aus
einer gelösten in eine verriegelte Stellung aktiv sind,
und
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8a bis 8c die
Teile der Anordnung aus 3 zeigen, die zum Feststellen
der Höheneinstellbarkeit der Anordnung bei einer Bewegung
aus einer gelösten in eine verriegelte Stellung aktiv sind,
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9 den
Ruhezustand der Blattfeder zeigt, der so gewählt ist, dass
eine relativ große Restfederkraft vorhanden ist, wenn die
Anordnung sich in der gelösten Stellung befindet.
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1 zeigt die Hauptbestandteile eines Klemmmechanismus,
der zum aneinander Festlegen zweier Teile geeignet ist. Der Mechanismus
weist zwei gegenüberliegende Zahnstangen 1, 2 auf,
von denen eine feststehende Zahnstange 1 an einem feststehenden
Teil (nicht dargestellt) befestigt und die andere eine bewegliche
Zahnstange 2 ist, die an einem beweglichen Teil (nicht
dargestellt) mittels eines Klemmbolzens oder -stifts 6 befestigt
ist. Jede Zahnstange trägt wenigstens eine Zahnreihe gleicher
Teilung, wobei die Zahnreihe 3 auf der beweglichen Zahnstange 2 zum
Kämmen mit der Zahnreihe 4 auf der feststehenden
Zahnstange 1 geeignet ist. In der Praxis kann jede Zahnstange
zwei voneinander beabstandete, parallele Zahnreihen tragen, die
paarweise mit entsprechenden Zähnen auf der anderen Zahnstange
kämmen.
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Eine
Zahnstange 1 ist an dem ersten Teil befestigt und die andere
ist durch einen Klemmstift 6 mit dem zweiten Teil verbunden.
Der Stift 6 erstreckt sich durch eine Bohrung 8 in
der beweglichen Zahnstange 2 und einen länglichen
Schlitz 7 in dem feststehenden Teil. Die bewegliche Zahnstange 2 kann
auf dem Stift 6 herauf- und heruntergleiten, um die Zähne
der Zahnstangen in und außer Eingriff zu bringen. Wenn sie
außer Eingriff sind, kann der Stift 6 entlang
des Schlitzes 7 gleiten, um eine Einstellung der Position des
ersten und des zweiten Teils zu gestatten. Wenn die Zahnstangen
sich in Eingriff befinden, können sich das erste und das
zweite Teil nicht bewegen. Es kann ein Mechanismus vorhanden sein
(so wie der in den 3 bis 8 bei
einer Ausführungsform einer Lenksäulenanordnung
gezeigte), um die bewegliche Zahnstange in und außer Eingriff
mit der feststehenden Zahnstange zu bringen. Dieser kann eine Nockeneinrichtung
umfassen, die durch einen Handhebel betätigt wird.
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Der
Klemmmechanismus und die Art und Weise, in der er die beiden beweglichen
Teile aneinander festlegt, ist in den 2a, b,
c gezeigt. Die vertikalen Pfeile zeigen die Richtung, in der Kraft
auf die bewegliche Zahnstange 2 aufgebracht wird, um ein Klemmen
zu erreichen.
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1a zeigt
im ungeklemmten Zustand die feststehende Zahnstange 1,
die bewegliche Zahnstange 2 und eine nachgiebige Feder
mit einer L-förmigen Blattfeder 5, die an der
beweglichen Zahnstange 2 befestigt ist und einen Teil derselben
bildet. Wie ersichtlich werden wird, funktioniert die Blattfeder
dahingehend sicherzustellen, dass die Zahnstangen sich nie in einem
Zahn-auf-Zahn-Zustand verklemmen, wobei eine Spitze der Blattfeder
als ein Führungsfinger fungiert. Wie dargestellt erstreckt
sich der Klemmstift oder -bolzen 6 vertikal, so dass die
bewegliche Zahnstange sich am Klemmstift 6 herauf- und
herabbewegen kann. Einer 5a der zwei Arme der Blattfeder
verläuft vertikal und stützt sich an einer entsprechenden
vertikalen Seitenfläche der beweglichen Zahnstange 2 ab.
Die untere Spitze des vertikalen Blattfederarms 5a ragt
ein kurzes Stück über die Zahnspitzen der beweglichen
Zahnstange 2 hinaus und bildet den Führungsfinger.
Der andere Arm 5b verläuft horizontal und stützt
sich an einer horizontalen, nach oben gewandten Fläche
der beweglichen Zahnstange ab. Die Blattfeder 5 ist an
der beweglichen Zahnstange mittels ihres horizontalen Arms an einer
Stelle entfernt von ihrer Hauptkrümmung (an der die Arme
aneinander stoßen) und deshalb entfernt von dem vertikalen
Arm durch eine Schraube 9 befestigt. Das Ende des Arms 5a ist
dazu ausgeführt, längs einer horizontalen Ebene
gemessen etwas weniger als eine Zahnteilung von der nächstliegendsten Zahnspitze
auf der beweglichen Zahnstange angeordnet zu sein. Wir meinen damit,
dass wenn die Zähne der zwei Zahnstangen sich Zahnspitze
zu Zahnspitze gegenüberliegen, das Ende oder die Spitze
des Arms 5a einer geneigten Flanke eines Zahns auf der
feststehenden Zahnstange zugewandt ist.
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Beim
Herstellen wird die Feder 5 in eine Gestalt geformt, die
eine gewisse Verformung der Feder bewirkt, wenn sie an der beweglichen
Zahnstange angebracht ist. Die Ruhezustandsform ist in 9 gezeigt
und die Arme erstrecken sich an einer Stelle X nahe der Anbringungsposition
unter einem spitzen Winkel θ von weniger als 90 Grad. Dies
dient dazu sicherzustellen, dass im eingebauten Zustand eine beträchtliche
Anfangskraft erforderlich ist, um den Arm 5a von der vertikalen
Fläche der beweglichen Zahnstange wegzuschwenken.
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Wie
in 1a dargestellt, hat die Einstellungsposition der
beweglichen Zahnstange 2 zu einem Zahn-auf-Zahn Gegenüberliegen
geführt. Wenn die Klemmbewegung stattfindet, kommt die
Spitze der Blattfeder in Kontakt mit einer rechten Flanke eines
der feststehenden Zähne, bevor die Zahnspitzen miteinander
in Berührung kommen können. Wenn die Bewegung
sich fortsetzt, entwickelt sich eine Anfangskraft, die die Spitze
des Arms 5a bezüglich der beweglichen Zahnstange
nach oben zu verschieben trachtet. Diese Kraft erzeugt aufgrund
des Winkels der Zahnflanke eine horizontale Reaktionskraft. Diese
horizontale Reaktionskraft versucht, entweder die feststehende Zahnstange
nach links zu bewegen oder die bewegliche Zahnstange nach rechts
zu bewegen. Welche dieser Alternativen eintritt hängt von anderen
Merkmalen der tatsächlichen Ausführungsform ab,
wie später noch beschrieben wird. In jedem Fall werden
die Spitzen der ineinander eingreifenden Zähne aus ihrer
Gegenüberstellung bewegt und die Zähne fahren
fort, wie vorgesehen ineinander einzugreifen, wobei ein in 1b gezeigter
Zwischenzustand erreicht wird. Ein Hauptmerkmal der Konstruktion
besteht darin, dass die linke vertikale Seite der beweglichen Zahnstange 2 als
ein Widerlager für den vertikalen Arm 5a der Blattfeder 5 auf
derjenigen Seite wirkt, die sie mit der hohen seitlichen Steifigkeit versehen
muss, welche sie benötigt, um die feststehende Zahnstange
nach links zu drängen (oder die bewegliche Zahnstange nach
rechts zu bewegen).
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Die
Beendigung des Eingriffsvorgangs verlangt von der Blattfeder 5 eine
vertikale Auslenkung, da sie anfänglich über die
Zähne der beweglichen Zahnstange hinaus vorstand. Dies
wird durch ein Biegen des zweiten Arms 5b an der Stelle,
an der er mit dem ersten Arm 5a zusammentrifft, nach oben
erreicht. Der Endzustand ist in 1c gezeigt.
Die seitliche Flexibilität der Blattfeder in Richtung nach
links (wo sie durch die Seitenfläche der beweglichen Zahnstange
nicht behindert ist) erleichtert diesen Vorgang weiter.
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Die 2a,
b, c zeigen, was passiert, wenn der durch die Spitze der Blattfeder
gebildete Führungsfinger selbst anfänglich der
Spitze eines der Zähne gegenüberliegt, wie in 2a.
Aufgrund der Relativstellungen des vertikalen Arms der Blattfeder 5 und
der Zähne der beweglichen Zahnstange kann dies nicht gleichzeitig
mit einem Zahn-auf-Zahn-Auftreffen zwischen der beweglichen Zahnstange 2 und der
feststehenden Zahnstange 1 passieren.
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Bei
dem Übergang von 2a zu 2b, wo
die Zähne teilweise in Eingriff sind, wird keine Zahnstange
horizontal seitlich verschoben, sondern die Blattfeder 5 wird
zum vertikalen Auslenken gezwungen, weil ihre Spitze auf der Spitze
des gegenüberliegenden Zahns der feststehenden Zahnstange 1 aufliegt.
Im letzten Stadium des Eingriffs bewirkt das erzwungene Kämmen
der feststehenden und der beweglichen Zähne, dass die feststehende
Zahnstange sich nach rechts bewegt (oder die bewegliche Zahnstange
sich nach links bewegt), was zum in 2c gezeigten,
vollständig arretierten Zustand führt. Beim Übergang
von 2b zur 2c ist
die Spitze der Blattfeder 5 seitlich von der Spitze des
gegenüberliegenden Zahns weggedrängt worden und sie
kommt in der Lücke zwischen dem zuvor gegenüberliegenden
Zahn und dem zu seiner Linken zu liegen.
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Die 3 und 4 zeigen
eine Ausführungsform einer sogenannten doppelt einstellbaren Lenksäule,
bei der ein oberer Säulenkörper 10 sich zur
Reichweiteneinstellung relativ zu einem unteren Säulenkörper 20 bewegen
kann und sich zur Höheneinstellung auch nach oben und unten
bewegen kann. Der obere Säulenkörper ist mittels
eines Klemmmechanismus an dem Abstützhalter festgeklemmt,
der es mit einer einzigen Aktion einer einen Teil des Mechanismus
bildenden Klemme ermöglicht, sowohl die Höhen-
als auch die Reichweiteneinstellung zu arretieren oder zu lösen.
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Die
obere Säulenkörperbaugruppe umfasst einen ersten
Teil in Gestalt einer äußeren rohrförmigen
Ummantelung, die die Lenksäulenwelle (nicht gezeigt) mittels
eines Kugellagers lagert. Der untere Säulenkörper
umfasst eine innere rohrförmige Ummantelung, über
die die äußere Ummantelung teleskopisch gleiten
kann, wenn der Klemmhebel in die ungeklemmte Stellung bewegt worden
ist. Es ist dieser Gleitvorgang, der es gestattet, die axiale Stellung oder
Reichweite des Lenkrads zu variieren. Das untere Ende der inneren
Ummantelung (nicht dargestellt) ist am Fahrzeug um eine Querachse
(als die Höheneinstellungsschwenkachse bezeichnet) schwenkbar
angelenkt. Eine Drehung der beide Ummantelungen umfassenden Baugruppe
in einer vertikalen Ebene führt zu einer Änderung
der Lenkradhöhe bzw. der Höheneinstellung.
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Der
Klemmmechanismus ist so konstruiert, dass der eine Klemmhebel 30 gleichzeitig
die obere Ummantelung 10 bezüglich sowohl der
Höhen- als auch der Reichweiteneinstellungseinrichtungen
löst oder arretiert. Der Mechanismus weist einen Spannbolzen 40 auf
(analog dem Bolzen 6 in der Ausführungsform der 1 und 2),
der als der Klemmbolzen bezeichnet wird, welcher durch einen vertikalen Schlitz 51 in
einem feststehenden Höheneinstellungshalter 50 (der
mittels eines Befestigungshalters 60 an der Fahrzeugkarosserie
angebracht ist) und einen horizontalen Schlitz 71 in dem
beweglichen Reichweiteneinstellungshalter 70 verläuft
(der an der äußeren Ummantelung 10 angebracht
ist). Auf den Klemmbolzen 40 wird mittels eines Paars von
Flächennocken 41, 42, von denen eine
am Drehen gehindert ist, während die andere am Klemmhebel 30 angebracht
ist, Spannung aufgebracht. Der Höheneinstellungshalter
und der Befestigungshalter können als ein zweites Teil
angesehen werden, gegen das das erste Teil geklemmt werden soll.
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Bei
der in den 3 bis 8 dargestellten
Ausführungsform einer doppelt einstellbaren Lenkungsbaugruppe
kommen zwei der in den 1 und 2 gezeigten Arretiermechanismen zum Einsatz,
wobei jede mit dem Zahn-auf-Zahn-Verhinderungsmerkmal versehen ist.
Ein Arretiermechanismus legt das erste und das zweite Teil hinsichtlich
der Reichweite fest (Einwärts- und Auswärtsbewegung
des Lenkrades) und die andere legt sie hinsichtlich der Höhe
fest (Auf- und Abwärts-Schwenkbewegung des Lenkrads). Zwei
parallele bewegliche Zahnreihen 110, 120 zur Reichweiteneinstellung
sind in einem Reichweitenzahnblock 100 enthalten, der in
einem Höheneinstellungszahnblock 200 aufgenommen
ist. Dieser Höheneinstellungszahnblock 200 umfasst
zwei parallele bewegliche Zahnreihen 210, 220 zur
Höheneinstellung.
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Zwei
feststehende Zahnreihen 310, 320 zur Reichweiteneinstellung
sind in einer Reichweitenzahnplatte 300 ausgebildet, die
an dem Reichweiteneinstellungshalter befestigt ist, welcher selbst
an der äußeren Ummantelung 10 befestigt
ist. Aus Miniaturisierungsgründen haben beide Sätze
der Reichweitenzähne eine abgeflachte Form, jedoch negiert
dies nicht das Funktionsprinzip. Zwei feststehende Zahnreihen 410, 420 zur
Höheneinstellung sind in einer Höheneinstellungszahnplatte 400 ausgebildet,
deren äußere vertikale Seite im Gleiteingriff
mit Innenseiten des Höheneinstellungszahnblocks steht und
sie am Drehen um den Klemmbolzen 40 hindert. Die Höheneinstellungszahnplatte
ist an dem Höheneinstellungshalter 50 befestigt.
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Eine
Drehung des Reichweitenzahnblocks 200 wird durch einen
Eingriff von Klauen 250 in den Längsschlitz 71 in
der Reichweitenzahnplatte 70 unterbunden.
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Eine
Reichweitenblattfeder 500 ist am Reichweitenzahnblock 100 mittels
zweier Schrauben 550 (analog der Schraube 9 in 1) angebracht. Eine Höheneinstellungsblattfeder 600 ist
mittels zweier Schrauben 650 am Höheneinstellungszahnblock 200 angebracht.
Andere Befestigungseinrichtungen sind möglich. Eine Bewegung
des Reichweitenzahnblocks 100 relativ zum Höheneinstellungszahnblock 200 wird
in einer Richtung parallel zur Klemmbolzenachse durch zwei Säulen
auf dem Reichweitenblock verhindert, die eine ebene Fläche
des Höheneinstellungsblocks berühren. Eine Bewegung
des Reichweitenzahnblocks 100 relativ zum Höheneinstellungszahnblock 200 in
der entgegengesetzten Richtung wird durch einen Übergang
von einer runden Gestalt zu einer Doppel-D-Gestalt an der Stelle
des Klemmbolzens unterbunden, die mit einem entsprechenden Übergang
in der Bohrung des Reichweitenblocks übereinstimmt.
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Wenn
der Klemmhebel 30 zum Lösen der Säule
betätigt wird, kann sich der Klemmbolzen 40 axial
um ein Maß bewegen, welches durch das Hubprofil der Nocken
(siehe 3) bestimmt ist. Der Höheneinstellungszahnblock 200 wird
von der Höheneinstellungszahnplatte auf dem Höheneinstellungshalter 50 durch
Federn 255 weggedrückt, die über reibungsarme
Schuhe 256 wirken. Ein Sicherungsring 700 sichert
den Höheneinstellungszahnblock 200 axial am Klemmbolzen 40.
Eine zusätzliche Versteifungsmutter 800 ist mäßig
auf dem Sicherungsring 700 festgezogen, um sicherzustellen,
dass Letzterer nicht überlastet wird, wenn der Klemmbolzen durch
die Nocken unter Spannung gesetzt wird.
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Die
Bohrung des Höheneinstellungszahnblocks 200 hat
eine Doppel-D-Gestalt, die der des Klemmbolzens 40 entspricht.
Der Klemmbolzen 40 ist auf diese Weise am Drehen gehindert
und dies erleichtert eine Einstellung der Klemmbolzenspannung mittels
der Einstellungsmutter während der Herstellung.
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Die 8a,
b, c zeigen genau die Höheneinstellungsarretierelemente
der Ausführungsform der 3 und das
Verfahren, mittels dem sie das Zahn-auf-Zahn-Problem verhindern.
Die Reichweitenarretierbauteile sind aus Klarheitsgründen
weggelassen.
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8a zeigt
den ungeklemmten Zustand in einer Zahn-auf-Zahn-Situation. Die vertikale
Stellung des horizontalen Arms und damit auch der entsprechenden
horizontalen Seite der beweglichen Zahnstange ist dazu ausgelegt,
den obersten Rand der vorstehenden Spitze der Blattfeder 600 etwas
weniger als eine Zahnteilung von der nächstliegenden Zahnspitze
auf der beweglichen Zahnstange entfernt anzuordnen. In den 8a,
b, c ist der Ablauf während des Klemmvorgangs derselbe
wie zuvor bei den 1a, 1b und 1c erläutert.
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Zur
hier gezeigten Höheneinstellung muss, wenn die Zahnspitzen
der feststehenden Zahnstange bezüglich den Zahnspitzen
der beweglichen Zahnstange durch die Wechselwirkung der Blattfeder
mit der Zahnflanke, mit der sie in Kontakt steht, neu ausgerichtet
werden, der Höheneinstellungszahnblock (und damit schlussendlich
die äußere Säulenummantelung) vertikal
bezüglich der Fahrzeugkarosserie verlagert werden. Mit
anderen Worten, die Blattfeder muss steif und stabil genug sein,
um ein sehr kleines Maß an Höheneinstellung auszuführen,
wenn der Klemmhebel in die Klemmstellung bewegt wird. Eine Alternativlösung
bestünde darin, etwas vertikales Spiel zwischen dem Höheneinstellungszahnblock 200 und
dem Klemmbolzen 40 vorzusehen, so dass der Höheneinstellungszahnblock
seine Neuausrichtung bezüglich der Höheneinstellungszahnplatte
ausschließlich durch eine Bewegung von sich selbst erreichen
kann, jedoch bestehen einige praktische Einschränkungen
gegenüber einer Verwendung dieser Lösung in einer
doppelt einstellbaren Ausführungsform. Es sei bemerkt,
dass typischerweise die zum Verändern der Höheneinstellung
der Säule notwendigen Kräfte aufgrund der Verwendung
von Ausgleichsfedern (nicht gezeigt) und einem geringen Maß an
Reibungswiderstand relativ gering sind.
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Bezugnehmend
auf 6 sei bemerkt, dass die Reichweitenblattfeder 500 einen
zusätzlichen Arm aufweist, der als eine Vorspanneinrichtung
zum Einstellen der anfänglichen Seitwärtsstellung
des Reichweitenzahnblocks 100 bezüglich des Klemm bolzens 40 wirkt.
Dieser Arm stützt sich an der Höheneinstellungszahnplatte 400 ab
und gleitet während einer Höheneinstellung auf
ihr. Falls gewünscht kann ein Reibungsverminderungsmerkmal
(z. B. ein Kunststoffkissen) in das Berührende des Fingers
eingearbeitet sein, um sich daraus ergebende Geräuschprobleme
zu vermeiden.
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Die 7a,
b, c zeigen deutlicher die Reichweitenarretierelemente der Ausführungsform
der 3 und das Vorgehen, durch das sie das Zahn-auf-Zahn-Problem
verhindern. 7a zeigt den ungeklemmten Zustand
in einer Zahn-auf-Zahn-Situation. In den 7a, b,
c ist der Ablauf des Klemmvorgangs derselbe wie zuvor zu den 1a,
b und c erläutert.
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Bezugnehmend
auf 7a muss zur hier gezeigten Reichweiteneinstellung,
wenn die Zahnspitzen der feststehenden Zahnstange bezüglich
der Zahnspitzen der beweglichen Zahnstange durch die Wechselwirkung
der Blattfeder mit der Zahnflanke, mit der sie in Berührung
steht, neu ausgerichtet werden, lediglich der Reichweitenzahnblock 100 horizontal
etwas bezüglich des Klemmbolzens und damit bezüglich
der Fahrzeugkarosserie horizontal verlagert werden. Mit anderen
Worten, die Blattfeder braucht nur steif und stabil genug zu sein,
um die Seitwärtsbewegung des Reichweitenzahnblocks 100 allein
zu bewirken. Dies wird ermöglicht durch Vorsehen einer
im Wesentlichen ovalen Bohrung im Reichweitenzahnblock, durch die
der runde Klemmbolzen verläuft. Weil sie aufgrund ihrer
Anordnung im Inneren notwendigerweise kleiner als die Höheneinstellungsblattfeder
ist, ist sie günstigerweise weniger dazu in der Lage, ausreichend
große Kräfte auszuüben, um die Reichweitenstellung
der gesamten Säule zu verändern. Bemerkt sei auch,
dass eine Reichweiteneinstellungsbewegung der Säule aufgrund
der Abwesenheit von Ausgleichskräften und dem Vorhandensein
eines höheren Maßes an Reibungswiderstand durch
das Gleiten der äußeren Ummantelung auf der inneren
Ummantelung eine größere Kraft als zur Höheneinstellung
erfordern würde.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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