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Die Erfindung betrifft eine Feststellvorrichtung für eine verstellbare Kraftfahrzeuglenksäule, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Zur Anpassung an die Sitzposition bzw. Körpergröße des jeweiligen Fahrers sind Kraftfahrzeuge zumeist mit verstellbarer Lenkradstellung bzw. hierzu mit einer verstellbaren Lenksäule ausgestattet. Verstellbare Lenkräder bzw. Lenksäulen können dabei in der Regel sowohl in der vertikalen Richtung als auch entlang der Lenksäulenachse vor und zurück verstellt werden. Der Fahrzeugführer kann das Lenkrad bei derartigen verstellbaren Lenksäulen somit in eine für ihn bequeme Höhen- und Abstandsposition zum Oberkörper bringen, wobei die zur Verstellung gelöste Lenksäulenverriegelung nach erfolgter Lenkradeinstellung mittels einer Feststellvorrichtung wieder arretiert wird, um eine unerwünschte selbsttätige Verstellung der Lenkradposition zu verhindern.
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Eine gattungsgemäße Feststellvorrichtung ist beispielsweise aus der Druckschrift
DE 10 2005 035 009 B3 bekannt.
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Derartige aus dem Stand der Technik bekannte Feststellvorrichtungen für verstellbare Lenksäulen umfassen üblicherweise eine mit der Lenksäule verbundene Stelleinheit und eine an die Karosseriestruktur des Kraftfahrzeugs gekoppelte Trageinheit. Dabei sind Stelleinheit und Trageinheit zum Zweck der Verstellung der Lenksäule - nach dem Lösen einer entsprechenden Klemmvorrichtung - gegeneinander verschiebbar, um auf diese Weise die Einstellung der Lenkradposition durch den Nutzer im Hinblick auf dessen persönliche Präferenzen zu ermöglichen. Nachdem der Nutzer auf diese Weise die persönlich präferierte Lenkradposition gefunden und eingestellt hat, wird die eingestellte Position durch Schließen der Klemmvorrichtung wieder fixiert.
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Hierbei werden jedoch konstruktiv hohe Ansprüche insbesondere an die Funktionalität der Klemm- bzw. Feststellvorrichtung gestellt. So soll einerseits die Öffnungs- ebenso wie die Schließbewegung der Feststellvorrichtung möglichst leichtgängig erfolgen, um bei der Betätigung durch den Nutzer einen möglichst geringen Kraftaufwand zu verursachen. Andererseits ist es erforderlich, dass die beim Schließen der Feststellvorrichtung aufgebauten Haltekräfte ausreichend groß sind, um nicht nur den während des normalen Betriebs des Kraftfahrzeugs am Lenkrad auftretenden Kräften standzuhalten. Vielmehr müssen die Haltekräfte der Feststellvorrichtung auch im Crashfall genügend groß sein, um unerwünschten, insbesondere crashinduzierten Bewegungen der Lenksäule bzw. des Lenkrads entgegenzuwirken, die andernfalls direkt oder indirekt (beispielsweise durch unerwünschte Veränderung bei den räumlichen Randbedingungen für die Airbagfunktion) zu Verletzungen des Fahrers führen können. Die Anforderung bezüglich der Haltekräfte durch die Lenksäulen-Feststellvorrichtung bedeutet mit anderen Worten, dass die Feststellvorrichtung - mit möglichst geringen Betätigungskräften - ggf. extrem hohe, bei einem Crash erforderlich werdende Haltekräfte entwickeln muss.
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Die angesprochenen crashinduzierten und somit schlagartigen hohen Kräfte auf Lenksäule bzw. Lenkrad können beispielsweise bei einem insbesondere frontalen Aufprall des Fahrzeugs auf ein Hindernis oder auf ein anderes Fahrzeug auftreten. Die auf die Lenksäule in einem solchen Fall wirkenden Kräfte können dabei entweder infolge von Deformationen im Bereich des Vorderwagens, oder infolge eines Aufpralls des Fahrers auf das Lenkrad bzw. auf den Fahrerairbag auftreten. In einem solchen Fall müssen unerwünschte Bewegungen und Verschiebungen auch und gerade im Bereich der Lenksäulenverstellung vermieden werden.
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Zu diesem Zweck sind einerseits Feststellvorrichtungen bekannt, die nach dem Prinzip der Lamellenkupplung arbeiten, bei denen somit mehrere parallele Kontaktflächenpaare zwischen der karosserieseitigen Aufhängung der Lenksäule und dem verstellbaren Teil der Lenksäule angeordnet sind, wobei die Lamellen bzw. Kontaktflächenpaare beim Schließen der Feststellvorrichtung aufeinander gepresst werden.
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Zwar lassen sich mit einer derartigen - zudem vergleichsweise aufwändigen - Konstruktion einer Feststellvorrichtung relativ geringe Betätigungskräfte beim Öffnen und Schließen der Feststellvorrichtung erreichen, die jedoch durch wiederum vergleichsweise große Betätigungswege zur Trennung der Lamellen voneinander erkauft werden müssen. Mit anderen Worten wird bei derartigen Lamellenklemmvorrichtungen zwar die Betätigungskraft verringert, dabei jedoch gleichzeitig der Betätigungsweg erhöht, wodurch die zur Betätigung erforderliche Arbeit im Wesentlichen auf dem gleichen Niveau bleibt. Zudem benötigen derartige Lamellenklemmvorrichtungen erheblichen Bauraum und weisen aufgrund der Vielzahl metallischer Bauteile eine erhebliche Baugruppenmasse und eine erhöhte bauliche Komplexität auf.
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Nachteile ergeben sich ebenfalls dann, wenn alternativ hierzu lamellenlose, kraftschlüssige Klemmmechanismen mit entsprechend erhöhten Klemmkräften zum Einsatz kommen. Hierbei sind zwar die Betätigungswege reduziert, dafür erhöhen sich jedoch die Betätigungskräfte entsprechend. Zudem ergibt sich durch die hohen Klemmkräfte eine hohe Bauteilbeanspruchung sowie ein potenziell hoher Verschleiß im Bereich der Klemmbauteile.
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Ein aus dem Stand der Technik ebenfalls bekannter alternativer Ansatz zur Verriegelung verstellbarer Lenksäulen gegenüber der Karosserie besteht darin, dass ineinandergreifende Verzahnungen, beispielsweise in Form von Zahnleisten, Zahnstangen bzw. Krallen verwendet werden, die beim Öffnen der Klemmvorrichtung voneinander getrennt werden, wodurch das Lenkrad sodann verstellt werden kann. Beim Schließen der Klemmvorrichtung greifen die jeweils lenksäulenseitig und karosserieseitig angeordneten Verzahnungen wieder ineinander, wodurch wiederum eine formschlüssige Verriegelung der Lenksäule gegenüber der Karosserie hergestellt wird.
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Die
KR 10 0 610 091 B1 offenbart eine Feststellvorrichtung für eine verstellbare Lenksäule eines Kraftfahrzeugs mit einer Spannbolzenvorrichtung, wobei die Spannbolzenvorrichtung ein Druckstück umfasst, welches von einer C-förmigen Kastenfeder umgriffen wird.
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Der Nachteil derartiger formschlüssig wirkender Verriegelungen besteht einerseits darin, dass diese aufgrund der formschlüssig ineinandergreifenden Verzahnungen üblicherweise keine stufenlose Verstellbarkeit der Lenksäule und damit des Lenkrads ermöglichen. Andererseits ist bei derartigen formschlüssig wirkenden Verriegelungen für verstellbare Lenksäulen nicht ohne weiteres sichergestellt, dass die lenksäulenseitigen und die karosserieseitigen Verzahnungselemente bei der Verriegelung der Feststellvorrichtung durch den Nutzer tatsächlich formschlüssig ineinandergreifen, sondern es können insbesondere auch Zahn-auf-Zahn-Stellungen der Verzahnungselemente vorkommen, bei denen die formschlüssige Verriegelung zwischen Lenksäule und Karosserieträger somit nicht gewährleistet ist. Dies kann einerseits zu stark erhöhten Betätigungskräften beim Schließen der Klemmvorrichtung, und andererseits zum unkontrollierten Durchrutschen der Verriegelung im Crashfall, also beispielsweise beim Aufprall des Fahrers auf Lenkrad oder Fahrerairbag, führen.
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Mit diesem Hintergrund ist es somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Feststellvorrichtung für eine Kraftfahrzeuglenksäule zu schaffen, mit der sich die genannten, im Stand der Technik vorhandenen Nachteile überwinden lassen. Die Erfindung soll dabei insbesondere ein leichtgängiges Öffnen und Schließen der Feststellvorrichtung erlauben, wobei gleichzeitig sowohl eine stufenlose Verstellbarkeit als auch - insbesondere für den Crashfall - eine sichere, feste Verriegelung der Lenksäule gegenüber der Karosserie gewährleistet sein soll. Sämtliche Anforderungen und Funktionen der Feststellvorrichtung sollen zudem mit einem Minimum an Bauteilen, an Bauraum und an Baugruppenmasse ebenso wie mit einem Minimum an Kosten realisiert werden.
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Diese Aufgabe wird durch eine Feststellvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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In für sich genommen zunächst bekannter Weise dient die Feststellvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zur Fixierung einer verstellbaren Kraftfahrzeuglenksäule in einer bestimmten Verstellposition entlang zumindest einer Lenksäulen-Verstellrichtung. Die Feststellvorrichtung umfasst hierzu eine mit der Kraftfahrzeuglenksäule bezüglich der Verstellrichtung gekoppelte Stelleinheit, umfassend eine Spannbolzenvorrichtung mit einem Spannbolzen einem Spannadapter und einem Druckstück, sowie eine mit der Karosseriestruktur des Kraftfahrzeugs verbindbare Trageinheit mit einer entlang der Verstellrichtung angeordneten Klemmfläche. Dabei lässt sich das Druckstück mittels des Spannbolzen-Spannadapters gegenüber der Klemmfläche zwischen einer gelösten und einer klemmenden Relativposition hin und her bewegen.
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In der gelösten Relativposition des Druckstücks gegenüber der Klemmfläche sind Druckstück, Spannadapter und Lenksäule gegenüber Klemmfläche, Trageinheit und Karosseriestruktur entlang der Verstellrichtung (also parallel zur Klemmfläche) relativverschiebbar, während das Druckstück in der klemmenden Relativposition von Druckstück und Klemmfläche mittels des Spannadapters auf die Klemmfläche gepresst ist, wodurch Druckstück, Stelleinheit und Lenksäule gegenüber Klemmfläche, Trageinheit und Karosseriestruktur miteinander verriegelt sind.
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Erfindungsgemäß jedoch zeichnet sich die Feststellvorrichtung durch eine im Wesentlichen prismatische Kastenfeder mit im Wesentlichen C-förmig offener Querschnittsform aus. Die Kastenfeder ist dabei parallel zur Verstellrichtung angeordnet und umgreift das Druckstück an dessen zur Verstellrichtung parallelen Längsseiten. Die Kastenfeder ist ferner mit der Trageinheit verbunden (also karosseriefest angeordnet), und besitzt zudem zumindest eine zur Verstellrichtung ebenfalls parallel verlaufende Klemmleiste. Die Klemmleiste ist dabei im Klemmbereich zwischen Spannadapter und Druckstück positioniert, so dass die Klemmleiste in der klemmenden Relativposition von Spannadapter und Druckstück zwischen Spannadapter und Druckstück eingeklemmt ist.
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Die Klemmleiste ist somit (als Teil der Kastenfeder) einerseits karosseriefest angeordnet. Andererseits ist die Klemmleiste in der klemmenden Relativposition von Druckstück und Spannadapter jedoch zwischen Druckstück und Spannadapter klemmend festgehalten, wobei Druckstück und Spannadapter - bezüglich der Verstellrichtung - wiederum mit der verstellbaren Lenksäule verbunden sind. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass die Klemmleiste - aufgrund ihrer Klemmung zwischen Druckstück und Spannadapter - zusätzliche Klemmflächen und damit zusätzliche Klemmkräfte zur Fixierung der verstellbaren Lenksäule entlang der Verstellrichtung bereitstellt, ähnlich wie dies bei einer lamellenbasierten Lenksäulen-Feststellvorrichtung der Fall ist, jedoch ohne die insbesondere bauraumbezogenen Nachteile und den hohen Bauteil- und Kostenaufwand einer lamellenbasierten Feststellvorrichtung aufzuweisen.
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Vorzugsweise ist die zumindest eine Klemmleiste der Kastenfeder an der Kastenfeder dabei so angeordnet, dass die Klemmleiste in der klemmenden Relativposition von Druckstück und Spannadapter eine Federkraft - in Richtung der gelösten Relativposition von Druckstück und Spannadapter - auf den Spannadapter ausübt. Auf diese Weise erhält die Kastenfeder mit der Klemmleiste zusätzlich eine konstruktive Doppelfunktion, indem die von der Klemmleiste auf den Spannadapter ausgeübte Federkraft - beim Öffnen der Lenksäulen-Feststellvorrichtung durch Entspannung des Spannbolzens - die zur Lenksäulenverstellung erforderliche Trennung von Druckstück, Klemmleiste und Spannadapter unterstützt und damit erleichtert.
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Die Erfindung wird ferner zunächst einmal unabhängig davon verwirklicht, welche geometrische Form, Anordnung und Größe die zumindest eine Klemmleiste der Kastenfeder aufweist, solange die Klemmleiste die anfallenden Klemmkräfte zwischen Druckstück und Spannadapter sowie die - ggf. im Crashfall anfallenden - Haltekräfte für die Lenksäulenverstellung aufnehmen kann.
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Eine besonders bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sieht jedoch vor, dass die zumindest eine Klemmleiste der Kastenfeder - ebenso wie die zugehörigen Klemmflächen von Druckstück und Spannadapter, zwischen denen die Klemmleiste im Verriegelungszustand der Lenksäulenverstellung eingeklemmt ist - unter einem Anstellwinkel gegenüber der Längsachse des Spannbolzens angeordnet sind.
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Auf diese Weise ergibt sich dank des Anstellwinkels und der damit verbundenen Keilwirkung eine Kraftverstärkung bezüglich der Normalkräfte zwischen den Klemmflächen von Druckstück und Spannadapter sowie der dazwischen eingeklemmten Klemmleiste. Somit lassen sich mit verhältnismäßig geringen axialen Spannkräften im Spannbolzen der Lenksäulen-Feststellvorrichtung verhältnismäßig große Haltekräfte für die Lenksäule im verriegelten Zustand erzielen, auch und gerade im Hinblick auf hohe Kräfte, die - beispielsweise im Crashfall - auf die Lenksäulen-Feststellvorrichtung einwirken können.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kastenfeder einen Klemmbereich aufweist, der zwischen dem (beweglichen, an die Lenksäule gekoppelten) Druckstück und der (trageinheitsseitigen, karosseriefesten) Klemmfläche angeordnet ist. Der Klemmbereich ist dabei in der klemmenden Relativposition von Druckstück und Klemmfläche, also bei verriegelter Lenksäulenverstellung, zwischen Druckstück und Lenksäulenträger-Klemmfläche reibschlüssig geklemmt. Durch diese Ausführungsform ergibt sich ein besonders sicherer Halt und eine zuverlässige Positionierung der Kastenfeder, sobald der Spannbolzen gespannt, und damit das Druckstück in Richtung auf die karosseriefeste Klemmfläche gepresst wird. Zudem stellt der Klemmbereich eine weitere, zu den Klemmflächen der Klemmleiste bezüglich der Klemmkräfte in Reihe angeordnete Reibfläche dar, wodurch die Größe der reibschlüssigen Haltekräfte zwischen Lenksäule und Lenksäulenträger im verriegelten Zustand der Feststellvorrichtung dementsprechend erhöht wird.
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Vorzugsweise ist im Klemmbereich der Kastenfeder dabei eine Kastenfeder-Rastnasenanordnung mit zumindest einer erhabenen Rastnase angeordnet, während am Druckstück - im Kontaktbereich mit dem Klemmbereich der Kastenfeder - eine zu der Rastnasenanordnung des Kastenfeder-Klemmbereichs formkorrespondierende Druckstück-Rastvertiefungsanordnung angebracht ist. Die Rastnasenanordnung an der Kastenfeder und die Rastvertiefungsanordnung des Druckstücks greifen dabei - unter gegenseitigem Formschluss - in Richtung zumindest einer Halbachse der Verstellrichtung ineinander, sofern Druckstück und Klemmfläche mittels Schließen der Lenksäulen-Feststellvorrichtung in die klemmende Relativposition gebracht sind.
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Auf diese Weise ergibt sich zusätzlich zu den Klemmkräften zwischen Spannadapter, Druckstück, Kastenfeder und trageinheitsseitiger Klemmfläche auch eine formschlüssige Verriegelung zwischen der (karosseriefesten) Kastenfeder und dem lenksäulenseitigen Druckstück dadurch, dass die Rastnasenanordnung der Kastenfeder formschlüssig in die Rastvertiefungsanordnung des Druckstücks eingreift. Hierdurch sind Druckstück und Kastenfeder zumindest entlang einer der beiden Halbachsen der betreffenden Lenksäulen-Verstellrichtung formschlüssig miteinander verriegelt, wenn sich Druckstück und Kastenfeder in der klemmenden Relativposition befinden, wenn die Lenksäulen-Feststellvorrichtung also geschlossen ist. Somit wird gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung eine weitere Funktion, nämlich die formschlüssige Verriegelung der Lenksäule, mittels der vorhandenen Kastenfeder verwirklicht, wodurch die Kastenfeder bauraum-, bauteil- und kostensparend eine Mehrzahl von Funktionen in sich vereint.
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Gemäß weiterer bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung ist dabei die Rastnasenanordnung der Kastenfeder einstückig mit der Klemmfläche der Kastenfeder ausgebildet, bzw. als Ausklinkung im Bereich der Klemmfläche der Kastenfeder gestaltet. Die einstückig mit der Kastenfeder, bzw. als Ausklinkung an der Kastenfeder ausgeführte Rastnasenanordnung lässt sich auf diese Weise besonders einfach und mit minimalem Aufwand kostengünstig realisieren.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ermöglicht die Feststellvorrichtung eine Verstellung und Feststellung der Lenksäule auch entlang einer zweiten, lenksäulenaxialen Verstellrichtung, wobei am Druckstück der Feststellvorrichtung eine Druckstück-Rastnasenanordnung mit zumindest einer Rastnase angeordnet ist, während am Mantelrohr der Lenksäule eine zur Druckstück-Rastnasenanordnung formkorrespondierende MantelrohrRastvertiefungsanordnung angebracht ist. Druckstück-Rastnasenanordnung und Mantelrohr-Rastvertiefungsanordnung sind dabei so eingerichtet, dass sich in der klemmenden Relativposition von Druckstück und Lenksäulenträger-Klemmfläche ein gegenseitiger Formschluss zwischen der Druckstück-Rastnasenanordnung und der Mantelrohr-Rastvertiefungsanordnung in Richtung zumindest einer Halbachse der zweiten Verstellrichtung ergibt.
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Auf diese Weise lässt sich mit geringem Aufwand eine formschlüssige Verriegelung der Lenksäule - insbesondere für den Crashfall - auch entlang einer zweiten Verstellrichtung der Lenksäule, insbesondere in Lenksäulen-Längsrichtung realisieren.
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Die Druckstück-Rastnasenanordnung ist dabei vorzugsweise als Federclip ausgebildet, welcher bevorzugt auf das Druckstück aufsteckbar bzw. aufrastbar ist. Hierdurch lässt sich die formschlüssige Verriegelung der Lenksäule entlang der zweiten Verstellrichtung mit minimalstem konstruktivem Aufwand und mit minimalen Herstellungs- bzw. Montagekosten realisieren. Zudem ergibt sich ein praktisch vernachlässigbarer Bauraumbedarf für die auf diese Weise zusätzlich realisierte Funktion der formschlüssigen Verriegelung in Axialrichtung der Lenksäule.
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Eine weitere besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Druckstück-Rastnasenanordnung, vorzugsweise also der auf das Druckstück aufgerastete Federclip, die trageinheitsseitige Klemmfläche in einer vorhandenen Ausnehmung der Klemmfläche durchragt, wobei die Ausnehmung der Klemmfläche gleichzeitig die Durchführung für den - relativ zur Klemmfläche zusammen mit der Lenksäule verstellbaren - Spannbolzen bildet. Auf diese Weise ergibt sich der formschlüssige Eingriff zwischen Druckstück-Rastnasenanordnung bzw. Federclip und LenksäulenMantelrohr auf dem kürzest möglichen, direkten Weg durch die - zur verstellbaren Durchführung des Spannbolzens - ohnehin vorhandene Langlochausnehmung der Klemmfläche. Zusätzlich ergibt sich durch diese Ausführungsform die Möglichkeit, die Druckstück-Rastnasenanordnung (sprich den Federclip) entlang der Hauptkraftrichtung im Crashfall, also beispielsweise beim Aufprall des Fahrers auf Lenkrad, oder Fahrerairbag, am Rand der Klemmflächen-Ausnehmung, und somit unmittelbar karosseriefest abzustützen.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung schließlich sieht vor, dass die Rastnasen der Kastenfeder-Rastnasenanordnung und/oder, falls vorhanden, der Druckstück-Rastnasenanordnung elastisch nachgiebig ausgebildet sind. Auf diese Weise wird ohne Einschränkungen eine stufenlose Verstellbarkeit der Lenksäule entlang der jeweiligen Verstellrichtung ermöglicht, und die Lenksäulen-Feststellvorrichtung kann in jeder Verstellposition der Lenksäule leichtgängig geschlossen werden. Dies gilt auch für den Fall, dass die Kastenfeder-Rastnasenanordnung und die zugehörige Druckstück-Rastvertiefungsanordnung (bzw. der Druckstück-Federclip und die Mantelrohr-Rastvertiefungsanordnung) beim Schließen der Lenksäulen-Feststellvorrichtung in einer bestimmten Lenksäulen-Verstellposition noch nicht formschlüssig ineinandergreifen sollten. In diesem Fall erfolgt stattdessen eine elastische Verformung - und damit Vorspannung in Richtung der jeweils zugehörigen Rastvertiefungsanordnung - der an der Kastenfeder bzw. am Federclip angeordneten Rastnasen. Sollte es bei einem derartigen, bei der Verriegelung noch nicht formschlüssigen Eingriff von Rastnasenanordnung und Rastvertiefungsanordnung somit zu einer Überlastung der kraftschlüssigen, klemmenden Verbindung zwischen Lenksäulen-Stelleinheit und Trageinheit kommen, beispielsweise bei einem crashbedingten Aufprall des Fahrers auf Lenkrad oder Airbag, so erfolgt - nach einem minimalen Durchrutschen bzw. Gleitweg der Lenksäule - dennoch der erforderliche formschlüssige Eingriff aufgrund der elastischen Vorspannung der jeweiligen Rastnasen zwischen Rastnasenanordnung und Rastvertiefungsanordnung. Trotz der grundsätzlich stufenlosen Verstellbarkeit der Lenksäule und der leichtgängigen Verschließbarkeit der Feststellvorrichtung ist die formschlüssige Verriegelung zwischen Lenksäule und Trageinheit bzw. Karosserie - insbesondere im Crashfall - somit zuverlässig gewährleistet.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand lediglich Ausführungsbeispiele darstellender Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt:
- 1 in isometrischer Darstellung eine verstellbare Lenksäule eines Kraftfahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen Feststellvorrichtung;
- 2 die verstellbare Lenksäule gemäß 1 mit teilweise geschnitten dargestellter Feststellvorrichtung;
- 3 in einer vergrößerten Ausschnittsdarstellung Teile der Feststellvorrichtung der verstellbaren Lenksäule gemäß 1 bzw. 2;
- 4 in einer isometrischen Explosionsdarstellung die wesentlichen Bestandteile der Feststellvorrichtung der Lenksäule gemäß 1 bis 3;
- 5 in einer vergrößerten isometrischen Darstellung das Druckstück der Feststellvorrichtung gemäß 4;
- 6 in einer vergrößerten Draufsicht einen Ausschnitt der Feststellvorrichtung gemäß 4 mit Druckstück und Kastenfeder;
- 7 in Draufsicht die Feststellvorrichtung gemäß 4 bzw. 6 in der Offenstellung; und
- 8 in einer 7 entsprechenden Darstellung und Ansicht die Feststellvorrichtung gemäß 4 bzw. 6 und 7 in der Verriegelungsstellung.
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1 zeigt eine verstellbare Lenksäule 2, 3 eines Kraftfahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen Feststellvorrichtung. Man erkennt zunächst die in der Lenksäule 2, 3 aufgenommene Lenkwelle 1, auf der ein (nicht dargestelltes) Lenkrad angeordnet werden kann. Die Lenkwelle 1 ist drehbar in einem Mantelrohr 2 gelagert, wobei das Mantelrohr 2 wiederum in einem Führungsrohr 3 aufgenommen ist. Das Führungsrohr 3 ist mittels einer Stelleinheit 4, die einen Betätigungshebel 5 aufweist, an einen karosseriefesten Lenksäulenträger 6 gekoppelt.
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Die Lenkwelle 1 und damit das Lenkrad sind dabei mittels der Stelleinheit 4 gegenüber der Karosserie bzw. gegenüber dem karosseriefesten Lenksäulenträger 6 einerseits in der Längsposition gemäß Pfeilrichtung 7 verstellbar, indem das Führungsrohr 3 mit dem darin fixierten Mantelrohr 2 bei gelöstem Betätigungshebel 5 relativ zum Lenksäulenträger 6 axial verschoben wird. Andererseits lässt sich die Lenkwelle 1 und damit das Lenkrad gemäß Pfeilrichtung 8 auch in der Vertikalposition verstellen, indem das Führungsrohr 3 (mit dem darin fixierten Mantelrohr 2 und der im Mantelrohr 2 gelagerten Lenkwelle 1) bei gelöstem Betätigungshebel 5 im Wesentlichen vertikal auf und ab geschwenkt werden kann.
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Die Stelleinheit 4 dient dabei sowohl zur Lösung bzw. Fixierung der Lenksäule 2, 3 bezüglich der Längsverstellrichtung 7 als auch bezüglich der Winkel- bzw. Vertikalverstellrichtung 8. Hierzu umfasst die Stelleinheit 4 einen Betätigungshebel 5. Durch Schwenken des Betätigungshebels 5 wird ein Spannbolzen 9 wahlweise entspannt oder gespannt, wodurch einerseits das Führungsrohr 3 gegenüber der Trageinheit bzw. dem Lenksäulenträger 6 zur Längsverstellung 7 entweder freigegeben, oder klemmend im Lenksäulenträger 6 festgehalten wird. Andererseits wird durch den Betätigungshebel 5 das Führungsrohr 3 mit dem darin angeordneten Mantelrohr 2 gegenüber dem Lenksäulenträger 6 gleichzeitig auch bezüglich der Vertikalverstellrichtung 8 freigegeben, oder aber in der gewählten Vertikalverstellposition klemmend gegenüber dem Lenksäulenträger 6 fixiert.
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Die Verriegelung der Lenksäule 2, 3 gegenüber dem Lenksäulenträger 6 bezüglich der Längsverstellrichtung 7 erfolgt dabei zunächst einmal durch kraftschlüssige Klemmung des Führungsrohrs 3 mit dem darin angeordneten Mantelrohr 2 zwischen den beiden Seitenwangen 10, 11, welche zu diesem Zweck zumindest geringfügig seitwärts (entlang der Achse des Spannbolzens 9) beweglich am Lenksäulenträger 6 angeordnet sind. Die klemmende Aufnahme des Führungsrohrs 3 zwischen den beiden Seitenwangen 10, 11 des Lenksäulenträgers 6 ist auch in den 2 bis 4 gut erkennbar. Die Klemmung des Führungsrohrs 3 zwischen den Seitenwangen 10, 11 erfolgt dadurch, dass die Seitenwangen 10, 11 aufgrund der Spannkraft des Spannbolzens 9 im geschlossenen Zustand der Stelleinheit 4 auf entsprechende Anlageflächen 12, 13 gepresst werden, die an zwei entsprechenden Längsseiten des Führungsrohrs 3 angeordnet sind.
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Dabei wirkt die Klemmung des Führungsrohrs 3 zwischen den Seitenwangen 10, 11 des Lenksäulenträgers 6 nicht nur entlang der Längsverstellrichtung 7, sondern auch bereits entlang der Vertikalverstellrichtung 8. Entlang der Vertikalverstellrichtung 8 erfolgt jedoch eine zusätzliche Klemmung der Lenksäule 2, 3 innerhalb der Klemmanordnungen 14, 15, die in 1 durch entsprechende punktierte Umrandungen 14, 15 angedeutet sind.
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Die Klemmanordnungen 14, 15 gehen in größerem Detail nochmals aus den 2 und 3 hervor, wobei die zeichnungsbezogen vordere Klemmanordnung 14 in den 2 und 3 der besseren Erkennbarkeit halber teilweise geschnitten dargestellt ist. Generell sind die beiden Klemmanordnungen 14, 15 spiegelbildlich identisch zueinander ausgebildet, bis auf Betätigungshebel 5 und Spannadapter 16, welche nur auf der zeichnungsbezogen vorderen (linken) Seite der Lenksäule 2, 3 vorhanden sind.
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Insbesondere in 3 erkennt man, dass die Klemmanordnungen 14, 15 aus einer Reihe von auf den Spannbolzen 9 aufgefädelten Einzelteilen bestehen, namentlich (in Bezug auf die zeichnungsbezogen vordere Klemmanordnung 14 von vorne nach hinten) einem Spannadapter 16, einem Druckstück 17 mit einer das Druckstück 17 umgreifenden Kastenfeder 18, einer Schraubenfeder 19 und einem Führungsstück 20. In 2 sind (bis auf die Schraubenfeder 19) sämtliche Bauteile 16, 17, 18, 20 der vorderen Klemmanordnung 14 und zusätzlich auch die zeichnungsbezogen vordere Seitenwange 10 des Lenksäulenträgers 6 geschnitten dargestellt, während in der vergrößerten Darstellung von 3 lediglich Spannadapter 16, Druckstück 17 und Kastenfeder 18 (entlang der Längsachse des Spannbolzens 9) geschnitten dargestellt sind.
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Der Spannadapter 16 wirkt dabei mit der Kontur des Betätigungshebels 5 im Kontaktbereich zwischen Betätigungshebel 5 und Spannadapter 16 dergestalt zusammen, dass sich bei einer schwenkenden Betätigung des Betätigungshebels 5 eine axiale Bewegung des Spannadapters 16 in Richtung der Achse des Spannbolzens 9 in Richtung auf das Druckstück 17 hin (bei einer Schließbewegung des Betätigungshebels 5) bzw. eine axiale Bewegung des Spannadapters 16 vom Druckstück 17 weg (bei einer Öffnungsbewegung des Betätigungshebels 5) ergibt.
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Durch diese axiale Bewegung des Spannadapters 16 wird auch das Druckstück 17 - entgegen der rückstellenden Federkraft der Schraubenfeder 19 - in Richtung auf das Führungsstück 20 bzw. in Richtung auf die Seitenwange 10 des Lenksäulenträgers 6 bewegt, wie durch die Doppelpfeile im Bereich des Spannbolzenkopfs bzw. des Druckstücks 16 angedeutet. Dabei wird zudem die das Druckstück 17 umgreifende Kastenfeder 18 sowohl zwischen Spannadapter 16 und Druckstück 17, als auch zwischen Druckstück 17 und Seitenwange 10 geklemmt.
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Insbesondere letzteres ist nochmals deutlicher in den vergrößerten Darstellungen der 4 bis 6 erkennbar. 4 zeigt dabei die Klemmanordnung 14 gemäß 1 bis 3 in einer Explosionsdarstellung, während 6 eine Draufsicht auf die Klemmanordnung 14 in einer 3 entsprechenden Darstellung zeigt (mit Seitenwange 10, Spannadapter 16 und Druckstück 17 im schematischen Schnitt). Sowohl in 4 als auch in 6 wird erkennbar, dass die Kastenfeder 18 das Druckstück 17 an dessen Schmalseiten umgreift. Dabei ist die Kastenfeder 18 ihrerseits jedoch - bezüglich der Verstellrichtungen 7 und 8 der Lenksäule - relativ zum Lenksäulenträger 6 und damit relativ zur Fahrzeugkarosserie fixiert, da die Kastenfeder 18 in einer Aufnahmevertiefung der Seitenwange 10 eingeschlossen ist (s. 4), sowie aufgrund von zusätzlichen Rastvorsprüngen 21 der Seitenwange 10, die in formkorrespondierende Stanzungen 22 der Kastenfeder 18 eingreifen.
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Die Kastenfeder 18 ist mit anderen Worten mit dem Lenksäulenträger 6 bzw. mit der Karosserie verbunden, während die sonstigen Bestandteile der Klemmanordnung 14, insbesondere Spannadapter 16, Druckstück 17, Schraubenfeder 19 und Führungsstück 20 mittels des Spannbolzens 9 miteinander verbunden und über den Eingriff der Führungsstücke 20 in entsprechende Nuten 23 am Führungsrohr 3 - bezüglich der vertikalen Verstellbewegung 8 - mit der Lenksäule 2, 3 gekoppelt sind.
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Bei der Verriegelung der Lenksäulenverstellung durch entsprechende Betätigung des Betätigungshebels 5 der Klemmanordnung 14 wird durch Zusammenwirken der Konturen des Betätigungshebels 5 und des Spannadapters 16 die effektive Länge des Spannbolzens 9 reduziert, bzw. der Spannadapter 16 wird in Richtung auf das Druckstück 17 hin bewegt. Hierdurch wird zunächst einmal die Kastenfeder 18 mittels ihrer Klemmleisten 24 zwischen Spannadapter 16 und Druckstück 17 eingeklemmt. Weitere Zunahme der Zugkraft im Spannbolzen 9 - durch Betätigung des Hebels 5 - führt anschließend zur Überwindung der Rückstellkraft der Schraubenfeder 19 ebenso wie zur Überwindung der in dieselbe Richtung wirkenden Rückstellkraft der Klemmleisten 24 der Kastenfeder 18. Aufgrunddessen bewegen sich Spannadapter 16, Kastenfeder-Klemmleisten 24 und Druckstück 17 nun gemeinsam in Richtung auf die entsprechende Seitenwange 10 des Lenksäulenträgers 6.
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Die Bewegung von Spannadapter 16, Kastenfeder-Klemmleisten 24 und Druckstück 17 in Richtung auf die Seitenwange 10 des Lenksäulenträgers 6 geht insbesondere auch aus einer Zusammenschau der 7 und 8 hervor. Dabei zeigt 7 die Feststellvorrichtung der Lenksäule bzw. die Klemmanordnung 14 in der offenen, entriegelten Position, in welcher das Führungsrohr 3 und damit auch Mantelrohr 2 und Lenkwelle 1 axial (7) wie auch vertikal (8) verstellt werden können (vgl. 1 und 2), während 8 die Klemmanordnung 14 in der geschlossenen, verriegelten Position zeigt.
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Im Unterschied zur Darstellung der 6 ist in den 7 und 8 zudem die Wirkungsweise der bei dieser Ausführungsform zusätzlich vorhandenen formschlüssigen Verriegelung der Lenksäule bezüglich der Längsverstellrichtung 7 ersichtlich. In Zusammenschau mit den 4 und 5 geht aus 7 und 8 diesbezüglich insbesondere hervor, dass am Druckstück 17 im Bereich einer als Vertiefung ausgeführten Federaufnahme 27 eine Verriegelungsfeder 28 angeordnet ist. Die Verriegelungsfeder 28 besitzt eine Federzunge 29, wobei die Federzunge 29 im Zusammenbauzustand der Klemmanordnung 14 die Langlochausnehmungen 30 bzw. 31 der Kastenfeder 18 bzw. der Seitenwange 10 des Lenksäulenträgers 6 so durchragt, dass die Federzunge 29 der Verriegelungsfeder 28 die zugehörige Rastverzahnung 26 am Führungsrohr 3 abtastet, s. hierzu 4, 7 und 8.
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In 7 ist diesbezüglich erkennbar, dass die Federzunge 29 der Verriegelungsfeder 28 im Öffnungszustand der Klemmanordnung 14 gemäß 7 noch nicht in die Rastverzahnung 26 des Führungsrohrs 3 eingreift. Da im Öffnungszustand der Klemmanordnung 14 gemäß 7 auch die reibschlüssige Klemmung zwischen den Seitenwangen 10, 11 und dem zwischen den Seitenwangen 10, 11 angeordneten Führungsrohr 3 aufgehoben ist, kann das Führungsrohr 3 im Zustand gemäß 7 somit entlang der axialen Verstellrichtung 7 relativ zu den Seitenwangen 10, 11 des Lenksäulenträgers 6 gleiten, wodurch die gewünschte stufenlose axiale Verstellung der Lenksäule entlang der Längsverstellrichtung 7 gegeben ist. Gleichzeitig ist - aufgrund des in der Öffnungsstellung der Klemmanordnung 14 aufgehobenen Eingriffs zwischen Spannadapter 16, Druckstück 17, Kastenfeder 18 und Seitenwange 10 - auch eine stufenlose Verstellung der Lenksäule entlang der Vertikalverstellrichtung 8 möglich. Letzteres geht insbesondere aus den 4 bis 6 hervor, s. auch die jeweils zugehörige Beschreibung.
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Im Verriegelungszustand der Klemmanordnung 14 gemäß der Darstellung in 8 hingegen ist das Führungsrohr 3 aufgrund des hier gespannten Spannbolzens 9 (in 7 und 8 nicht dargestellt) reibschlüssig zwischen den Seitenwangen 10, 11 des Lenksäulenträgers 6 geklemmt. Zusätzlich zu der reibschlüssigen Klemmung des Führungsrohrs 3 im Lenksäulenträger 6 ist das Führungsrohr 3 jedoch auch noch formschlüssig gegenüber dem Lenksäulenträger 6 und damit gegenüber der Karosserie verriegelt, indem die Federzunge 29 der Verriegelungsfeder 28 - die Langlochausnehmungen 30 bzw. 31 in Kastenfeder 18 bzw. Seitenwange 10 durchragend (vgl. auch 4) - formschlüssig in die Rastverzahnung 26 des Führungsrohrs 3 eingreift.
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Dank der Verriegelungsfeder 28 mit ihrer Federzunge 29 ergibt sich im verriegelten Zustand der Klemmanordnung 14 somit - zusätzlich zur kraftschlüssigen Fixierung des Führungsrohrs 3 zwischen den Seitenwangen 10, 11 des Lenksäulenträgers 6 - auch eine formschlüssige Verriegelung der Lenksäule gegenüber der Karosserie entlang der Längsverstellrichtung 7, was insbesondere im Crashfall (z. B. Aufprall des Fahrers auf Lenkrad bzw. Airbag) für die ordnungsgemäße Funktion bzw. Energieaufnahme der Fahrzeug-Crashsysteme von mit entscheidender Bedeutung ist.
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Die formschlüssige Verriegelung der Lenksäule gegenüber den Seitenwangen 10, 11 des Lenksäulenträgers 6 entlang der Längsverstellrichtung 7 ist dabei auch im Fall der Arretierung des Führungsrohrs 3 (welches gegenüber dem Lenksäulenträger 6 grundsätzlich stufenlos verstellbar ist) in einer Verstellposition gewährleistet, in der Federzunge 29 und Rastverzahnung 26 in einer Zahn-auf-Zahn-Stellung zu liegen kommen, da die Federzunge 29 elastisch ausgeführt ist. Bei einer Zahn-auf-Zahn-Stellung von Federzunge 29 und Rastverzahnung 26 kommen Federzunge 29 und Rastverzahnung 26 - z. B. im Fall eines crashbedingten Aufpralls des Fahrers auf Lenkrad bzw. Airbag - somit nach einem kurzen Gleitweg des Führungsrohrs 3, wobei die Länge des Gleitwegs maximal der Zahnteilung der Rastverzahnung 26 entspricht, wieder miteinander in Eingriff, wodurch auch im Fall der Zahn-auf-Zahn-Stellung die sichere formschlüssige Verriegelung der Lenksäule gewährleistet ist.
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Zusätzlich zu der kraftschlüssigen ebenso wie formschlüssigen Verriegelung der Lenksäule gegenüber dem Lenksäulenträger 6 entlang der Vertikalverstellrichtung 8 unterstützt die Kastenfeder 8 zudem die Öffnungsbewegung der Klemmanordnung 14, indem die Kastenfeder-Klemmleisten 24 den Spannadapter 16 während der Öffnungsbewegung des Betätigungshebels 5 - aufgrund der Druckvorspannung der Kastenfeder 18 entlang der Achsrichtung des Spannbolzens 9 - aktiv nach außen in Richtung vom Druckstück 17 weg bewegt.
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Die Feststellvorrichtung gemäß der in den Figuren dargestellten Ausführungsform ermöglicht die formschlüssige Verriegelung der Lenksäule 2, 3 jedoch nicht nur in der Längsverstellrichtung 7, sondern auch in der Vertikalverstellrichtung 8, was nochmals der Darstellung insbesondere der 4 bis 6 entnommen werden kann. Das Druckstück 17 ist hierzu mit einer doppelten Verzahnungsreihe 32 versehen (s. 5), während die Kastenfeder 18 zu den Verzahnungsreihen 32 des Druckstücks 17 formkorrespondierende Federzungen 25 aufweist (s. 4 bzw. 6).
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Die Wirkungsweise der Federzungen 25 der Kastenfeder 18 ist auch einer Zusammenschau der 6 bis 8 deutlich zu entnehmen. Gemäß der Darstellung in den 6 und 7 findet im Öffnungszustand der Klemmanordnung 14 kein Kontakt zwischen den Federzungen 25 der Kastenfeder 18 und den Verzahnungsreihen 32 des Druckstücks 17 statt, weshalb die Lenksäule 2, 3 entlang der Vertikalverstellrichtung 8 frei und insbesondere stufenlos verstellt werden kann. Beim Schließen der Klemmanordnung 14 hingegen wird das Druckstück 17 auf den Klemmflächenbereich 33 (s. 6) der Kastenfeder 8 mit den dort angeordneten Federzungen 25 gepresst, wodurch die Federzungen 25 der Kastenfeder 8 und die Verzahnungsreihen 32 des Druckstücks 17 in formschlüssigen Eingriff geraten.
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Die Federzungen 25 der Kastenfeder 18 sind dabei - ebenso wie die weiter oben beschriebene Federzunge 29 der Verriegelungsfeder 28 - elastisch ausgebildet, so dass sich auch im Fall einer Zahn-auf-Zahn-Stellung der Federzungen 25 und der Verzahnungsreihen 32 ein formschlüssiger Eingriff von Federzungen 25 und Verzahnungsreihen 32 ergibt, sobald die bezüglich der Vertikalverstellrichtung 8 kraftschlüssige Arretierung der Lenksäule 2, 3 zwischen den Seitenwangen 10, 11 des Lenksäulenträgers 6 - insbesondere im Crashfall - beginnt durchzurutschen.
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Die Funktion der kraftschlüssigen Arretierung der Lenksäule 2, 3 entlang der Vertikalverstellrichtung 8 (durch Reibung zwischen dem Spannadapter 16, den Kastenfeder-Klemmleisten 24 und dem Druckstück 17, sowie zwischen den Druckstück-Klemmleisten 34 und den Klemmflächenbereichen 33 der Kastenfeder 8, s. 5 und 6), erfüllt die Kastenfeder 18 bei der dargestellten Ausführungsform zudem besonders effektiv. Dies liegt zunächst einmal darin begründet, dass die Kastenfeder (ähnlich wie ein Lamellen-Kupplungspaket) eine Mehrzahl von Kontaktflächen (bei 24 bzw. 33) bereitstellt, die bezüglich des Kraftflusses vom Spannadapter 16 über die Kastenfeder-Klemmleisten 24 auf das Druckstück 17 und von dort weiter über die Druckstück-Klemmleisten 34 und die Klemmflächenbereiche 33 der Kastenfeder 8 auf die Seitenwange 10 des Lenksäulenträgers 6 hintereinander geschaltet sind, weshalb sich die Reibkraft-Beiträge dieser Mehrzahl an Kontaktflächen bezüglich der Vertikalverstellrichtung 8 der Lenksäule 2, 3 einander verstärkend addieren.
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Eine weitere Erhöhung der Reibkräfte zwischen Spannadapter 16, Kastenfeder 18 und Druckstück 17 wird bei der dargestellten Ausführungsform dadurch erreicht, dass die Reibflächen an Spannadapter 16 und Druckstück 17 bei Bezugsziffer 24 sowie die zwischen diesen Reibflächen positionierten Klemmleisten 24 der Kastenfeder 18 unter einem spitzen Winkel α relativ zur Längsachse des Spannbolzens 9 angeordnet sind. Hierdurch nehmen die im Bereich dieser Reibflächen bei 24 wirksamen Normalkräfte - und damit auch die für die Klemmung wirksamen Reibkräfte zwischen Kastenfeder 18 und Spannadapter 16 bzw. Druckstück 17 - mit dem Kehrwert des Sinus des Winkels α entsprechend zu.
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Insgesamt führt die Anordnung und Formgebung der Kastenfeder 18 bei der in den Figuren dargestellten Ausführungsform somit dazu, dass die Verriegelungskräfte der Lenksäule 2, 3 gegenüber dem Lenksäulenträger 6 (bezüglich der Vertikalverstellrichtung 8) aufgrund von Reibschluss zwischen Kastenfeder 18 und Spannadapter 16, Druckstück 17 und Seitenwangen 10, 11 ggf. bis zu einem Vielfachen der beim Stand der Technik ohne die erfindungsgemäße Kastenfeder erreichbaren Verriegelungskräfte betragen. Dank der Erfindung lassen sich die zur ordnungsgemäßen Funktion insbesondere des Lenksäulen-Crashsystems erforderlichen Verriegelungskräfte zwischen Lenksäule und Lenksäulenträger bzw. Karosserie daher mit erheblich geringeren Betätigungskräften seitens des Spannbolzens bzw. des Betätigungshebels der Lenksäulen-Feststellvorrichtung erzielen. Dabei realisiert die erfindungsgemäße Feststellvorrichtung zudem auch noch die Funktion der formschlüssigen Verriegelung der Lenksäule sowohl bezüglich der Längsverstellrichtung als auch bezüglich der Vertikalverstellrichtung mit einem absoluten Minimum an Bauteilen im Bereich der Feststellvorrichtung, ohne dass hierdurch die stufenlose Verstellbarkeit entlang beider Verstellrichtungen oder die Leichtgängigkeit der Feststellvorrichtung der Lenksäule beeinträchtigt wird.
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Zudem ist in jedem Fall sichergestellt, dass eine kraftschlüssige Klemmung der Lenksäule gegenüber dem Lenksäulenträger 6 nicht möglich ist, ohne dass gleichzeitig auch die formschlüssige Verriegelung sowohl bezüglich der Längsverstellrichtung 7 als auch bezüglich der Vertikalverstellrichtung 8 erfolgt bzw. (im Fall einer etwaigen Zahn-auf-ZahnStellung) anhand Vorspannung der elastisch ausgeführten Federzungen 25 bzw. 29 vorbereitend aktiviert ist.
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Im Ergebnis wird somit deutlich, dass mit der Erfindung eine Feststellvorrichtung für eine Kraftfahrzeuglenksäule geschaffen wird, mit der sich die Vorteile kraftschlüssiger Feststellvorrichtungen für Lenksäulen mit den Vorteilen formschlüssiger Feststellvorrichtungen vereinigen lassen, ohne jedoch deren jeweilige Nachteile aufzuweisen. Die Erfindung ermöglicht mit einem Minimum an Bauraum- und Bauteilaufwand eine denkbar weitestgehende Funktionsintegration der reibschlüssigen Verriegelung und der formschlüssigen Verriegelung der Lenksäule eines Kraftfahrzeugs.
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Die Erfindung leistet damit - unter Verringerung von Teileanzahl, Komplexität und Bauraumbedarf - einen entscheidenden Beitrag zur konstruktiven Vereinfachung bei gleichzeitiger Eröffnung von Kostensenkungspotenzialen für verstellbare Komfortlenksäulen.
