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Die Erfindung betrifft eine Fahrzeuglenkung mit einer Lenkungsverriegelung, die einen Überlastschutz aufweist.
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Lenkungsverriegelungen für Kraftfahrzeuge werden im allgemeinen Sprachgebrauch auch als Lenkradsperre oder Lenkradschloss bezeichnet und sind seit vielen Jahrzehnten bekannt. Sie dienen dazu, ein Kraftfahrzeug gegen ungefugte Benutzung zu sichern. Üblicherweise werden Lenkungsverriegelungen durch Mechanismen realisiert, welche die Drehbewegung des Lenkrades und die Übertragung der Lenkbewegung über die Lenksäule sperren. Neuere Lenkungsverriegelungen greifen auch in andere Lenksystemteile, wie zum Beispiel in den Antriebsstrang eines Lenkhilfemotors, ein und blockieren diese mit Hilfe eines Überlastschutzes zum Schutz vor unzulässiger Belastung.
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Als Überlastschutz für Lenkungsverriegelungen sind aus dem Stand der Technik überwiegend rein kraftschlüssige Systeme bekannt. Solche Systeme sind beispielsweise in
EP 0 915 004 B1 ,
EP 0 630 800 A1 ,
DE 602 01 242 T2 ,
DE 694 00 570 T2 ,
FR 2 793 749 und
US 6,234,039 B1 beschrieben. In diesen Systemen kommen als Kraftschlusselemente beispielsweise Reibungsringe, Rutschbleche und Mehrscheibenkupplungen zum Einsatz, welche bis zu einem insbesondere durch die Reibung regulierbaren Grenzwert eine kraftschlüssige Verbindung herstellen und jenseits des Grenzwerts durchrutschen. Nachteilig an den bekannten kraftschlüssigen Systemen ist, dass der Grenzwert von mehreren Faktoren, insbesondere von Bauteiltoleranzen sowie dem aktuellen Reibwert zwischen den Kraftschlusselementen, abhängt. Daher ist der Grenzwert bei den bekannten reibschlüssigen Systemen nur schwer reproduzierbar einstellbar.
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Aus
DE 83 30 933 U1 ist eine Vorrichtung zur Lenkungsverriegelung mit Überlastschutz bekannt, bei welcher der Überlastschutz über formschlüssige Elemente realisiert ist. Als formschlüssige Elemente sind Mitnehmer vorgesehen, die über eine Schraubenfeder am Außenumfang der Lenkwelle in Nuten gedrückt werden. Wird eine vorgegebene Belastungsgrenze überschritten, werden die Mitnehmer gegen die Schraubenfeder nach außen aus den Nuten gedrückt und lösen so den Formschluss. Die in
DE 83 30 933 U1 beschriebene Vorrichtung hat den Nachteil, dass diese sehr viele Einzelteile aufweist und eine Lenkwelle mit entsprechenden Nuten erfordert. Der Aufwand für die Herstellung und die Montage dieser Vorrichtung ist daher recht hoch.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fahrzeuglenkung mit einer Lenkungsverriegelung mit Überlastschutz zur Verfügung zu stellen, welche einfach und kostengünstig herstellbar ist und deren Überlastschutz reproduzierbar präzise einstellbar ist.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Eine erfindungsgemäße Fahrzeuglenkung mit Lenkungsverriegelung mit einem von einem Fahrzeugführer zu bedienenden Steuerelement weist eine Drehmomentbegrenzungsvorrichtung mit einem ersten, drehbar gelagerten Lenksystemteil und einem zweiten Lenksystemteil auf, wobei das erste Lenksystemteil über mindestens ein federelastisches Element formschlüssig mit dem zweiten Lenksystemteil in Verbindung steht. Mit dem Wort Fahrzeug sind Fahrzeuge aller Art, insbesondere jedoch Kraftfahrzeuge, gemeint. Das Steuerelement, welches bei einem Kraftfahrzeug üblicherweise ein Lenkrad ist, ist über ein oder mehrere Lenksystemteile mit den Leitelementen des Fahrzeuges verbunden. Unter Lenksystemteilen werden insbesondere die Lenksäule, die Zahnstange, ein etwaiger Hilfsantrieb sowie sämtliche daran angreifenden Bauteile verstanden. Leitelemente eines Kraftfahrzeuges sind üblicherweise lenkbare Räder. Das Fahrzeug, für welches die erfindungsgemäße Vorrichtung vorgesehen ist, weist ferner eine Verriegelungsvorrichtung mit einem Verriegelungselement (z. B. einem Aktorriegel) auf, das derart in ein drehbar gelagertes Lenksystemteil eingreifen kann, dass die Fahrzeuglenkung verriegelt ist.
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Die Drehmomentbegrenzungsvorrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung hält bei verriegelter Lenkung bis zum Erreichen eines Drehmoment-Grenzwertes die Verriegelung aufrecht und ermöglicht bei Überschreiten des Drehmoment-Grenzwertes eine Relativbewegung zwischen dem ersten Lenksystemteil und dem zweiten Lenksystemteil, um eine Schädigung der Lenksystemteile zu verhindern. Es versteht sich, dass der vorstehend genannte Drehmoment-Grenzwert nicht zwangsläufig ein festgelegter Wert sein muss, sondern dass z. B. konstruktionsbedingt auch ein Grenzwertbereich mit einem unteren Grenzwert und einem oberen Grenzwert festgelegt werden kann. Dann sollte unterhalb des unteren Grenzwerts gewährleistet sein, dass die Verriegelung aufrechterhalten wird und oberhalb des oberen Grenzwerts gewährleistet sein, dass eine Relativbewegung zwischen dem ersten Lenksystemteil und dem zweiten Lenksystemteil ermöglicht wird.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das federelastische Element derart angeordnet und dimensioniert, dass der Formschluss zwischen dem ersten Lenksystemteil und dem zweiten Lenksystemteil bis zum Erreichen des Drehmoment-Grenzwertes (bzw. des Grenzwertbereichs) aufrechterhalten wird und bei Überschreiten des Drehmoment-Grenzwertes das federelastische Element derart elastisch verformt wird, dass der Formschluss zwischen dem ersten Lenksystemteil und dem zweiten Lenksystemteil gelöst wird, um temporär eine Relativbewegung zwischen dem ersten Lenksystemteil und dem zweiten Lenksystemteil zu ermöglichen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den Vorteil, dass der Überlastschutz durch maximal drei relativ einfach herzustellende Bauteile, nämlich ein erstes, drehbar gelagertes Lenksystemteil, ein zweites Lenksystemteil und ein federelastisches Element, herstellbar ist. Dennoch profitiert die erfindungsgemäße Vorrichtung davon, dass der Überlastschutz über ein formschlüssiges System gelöst wird, welcher eine besonders hohe Präzision hinsichtlich der Einstellung des Überlastschutzes ermöglicht. Damit überwindet die erfindungsgemäße Vorrichtung die in der Beschreibungseinleitung erwähnten Nachteile aus dem Stand der Technik.
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In einer weiteren praktischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das federelastische Element ein langgestrecktes Bauteil, dessen Dicke weniger als 20%, vorzugsweise weniger 10% seiner Länge und/oder seiner Breite beträgt.
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Das federelastische Element kann in dieser Ausführungsform beispielsweise ein dünnes Blech oder ein dünnes Element aus einem sonstigen Material sein, das aufgrund seiner nur geringen Dicke federelastische Eigenschaften aufweist. Ein solches Bauteil weist konstruktionsbedingt ein nur geringes Gewicht auf und ist leicht herstellbar.
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Vorzugsweise ist das federelastische Element fest mit dem ersten Lenksystemteil und/oder mit dem zweiten Lenksystemteil verbunden. Dies hat den Vorteil, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung nach dessen Montage im Wesentlichen aus nur zwei Elementen besteht: einem ersten Lenksystemteil und einem zweiten Lenksystemteil, wobei eines oder beide Lenksystemteile fest mit dem federelastischen Element verbunden sind. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist dadurch ein nur geringes Gewicht auf, und es besteht keine Gefahr, dass einzelne Elemente sich während des Betriebs der Vorrichtung lösen können.
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In einer weiteren praktischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das erste Lenksystemteil und/oder das zweite Lenksystemteil ein Element mit im Wesentlichen kreisförmiger Kontur, an welchem mindestens ein Formschlusselement derart ausgebildet ist, dass dieses mit dem federelastischen Element eine formschlüssige Verbindung bilden kann. Vorzugsweise sind mehrere Formschlusselemente, wie z. B. Nocken, Ausnehmungen etc., an dem ersten bzw. zweiten Lenksystemteil ausgebildet. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind über dem Umfang verteilt möglichst viele Formschlusselemente aneinander gereiht. Dies hat den Vorteil, dass die Relativbewegung zwischen dem ersten Lenksystemteil und dem zweiten Lenksystemteil, welche entsteht, wenn der Formschluss gelöst wird, nur sehr klein ist. Einzelheiten hierzu werden nachfolgend noch im Zusammenhang mit der Figurenbeschreibung erläutert.
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In einer weiteren praktischen Ausführungsform weist das erste Lenksystemteil Halteelemente auf, um das erste Lenksystemteil mit dem zweiten Lenksystemteil unabhängig von dem federelastischen Element zu verbinden. Alternativ können die Halteelemente auch an dem zweiten Lenksystemteil vorgesehen sein, um dieses mit dem ersten Lenksystemteil zu verbinden. Vorzugsweise sind die Halteelemente so angeordnet, dass das erste Lenksystemteil und das zweite Lenksystemteil relativ zueinander drehbar sind, wenn der Formschluss gelöst ist. Mit den Halteelementen kann daher die Relativbewegung zwischen dem ersten Lenksystemteil und dem zweiten Lenksystemteil vorgegeben werden.
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Wenn das erste Lenksystemteil und/oder das zweite Lenksystemteil aus einem Blech, vorzugsweise aus Federstahl, hergestellt ist und das federelastische Element einstückig an dem aus Blech hergestellten ersten Systemteil und/oder zweiten Systemteil ausgebildet ist, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung besonders kostengünstig hergestellt werden, beispielsweise dadurch, dass das federelastische Element durch Ausstanzen und plastische Verformung, wie z. B. Biegestanzen und anschließendes Härten, an dem Blech ausgebildet wird.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann besonders klein dimensioniert und damit leichtausgebildet werden, wenn das erste Lenksystemteil und das zweite Lenksystemteil koaxial zur Welle eines Lenkhilfemotors angeordnet sind. Denn üblicherweise ist das an der Welle eines Lenkhilfemotors angreifende Drehmoment geringer als das Drehmoment an der Lenksäule.
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Die Herstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann weiter vereinfacht werden, wenn das erste Lenksystemteil aus Kunststoff und das zweite Lenksystemteil aus einem metallischen Werkstoff hergestellt ist. In diesem Fall kann das Lenksystemteil aus Kunststoff dadurch hergestellt werden, dass das Lenksystemteil aus dem metallischen Werkstoff umspritzt wird. Um dennoch nach der Herstellung eine relative Beweglichkeit zwischen den beiden Lenksystemteilen zu ermöglichen, wird vor dem Umspritzen an den Stellen, an denen das metallische Lenksystemteil mit dem Lenksystemteil aus Kunststoff in Berührung kommt, ein Trennmittel aufgebracht. Die Herstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung durch Umspritzen eines Lenksystemteils aus einem metallischen oder sonstigen Werkstoff hat den Vorteil, dass eine Montage des ersten Lenksystemteils mit dem zweiten Lenksystemteil entfällt. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Verbindung zwischen dem ersten Lenksystemteil und dem zweiten Lenksystemteil nur durch Zerstörung des Lenksystemteils aus Kunststoff gelöst werden kann, wenn die Halteelemente dementsprechend dimensioniert werden.
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Wenn das federelastische Element der erfindungsgemäßen Vorrichtung so weit elastisch verformt wird, dass eine Relativbewegung zwischen dem ersten Lenksystemteil und dem zweiten Lenksystemteil stattfindet, können gut hörbare Betriebsgeräusche dadurch entstehen, dass das federelastische Element gegen das erste Lenksystemteil oder das zweite Lenksystemteil prallt, um einen neuen Formschluss herzustellen. Die Geräusche können alternativ auch ganz vermieden oder zumindest deutlich reduziert werden, wenn das federelastische Element mindestens teilweise mit einem geräuschmindernden Material, insbesondere Kunststoff, ummantelt ist.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen werden nachfolgend im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben:
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Es zeigen:
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1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zusammen mit benachbarten Lenksystemteilen im einer perspektivischen Ansicht,
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2 die in 1 gezeigte erfindungsgemäße Vorrichtung in einer Seitenansicht gemäß dem Pfeil II in 1.
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3 das erste Lenksystemteil der in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer perspektivischen Ansicht,
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4 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer perspektivischen Ansicht,
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5 die in 4 gezeigte erfindungsgemäße Vorrichtung in einer Schnittdarstellung gemäß den Pfeilen V-V in 4,
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6 das zweite Lenksystemteil der in den 4 und 5 gezeigten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer perspektivischen Ansicht,
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7–8 eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in perspektivischen Ansichten von rechts und von links sowie
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9 eine schematische Darstellung eines Lenksystems mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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1 zeigt eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 mit einem ersten Lenksystemteil 102, einem federelastischen Element 104 und einem zweiten Lenksystemteil 106. Das erste Lenksystemteil ist ein im Wesentlichen kreisförmiges Blech aus Federstahl, das über eine an dem Blech ausgebildete Nabe 108 drehfest mit einem Lenkhilfemotorrotor 110 eines Lenkhilfemotors verbunden ist. Wie in den 1 und 2 gezeigt, ist an dem ersten Lenksystemteil ein federelastisches Element 104 einstückig ausgebildet. Dieses kann beispielsweise durch Ausstanzen einer im Wesentlichen rechteckigen Metallzunge und dauerhaftes Verdrehen dieser Metallzunge um 90 Grad erzeugt werden.
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Das zweite Lenksystemteil 106 ist über an diesem ausgebildeten Halteelementen 112 mit dem ersten Lenksystemteil 102 verbunden. Das zweite Lenksystemteil 106, welches in 3 ohne weitere Elemente dargestellt ist, besteht im Wesentlichen aus einem ringförmigen Element mit kreisförmiger Kontur. An der Außenseite des zweiten Lenksystemteils sind ähnlich wie bei einem Zahnrad halbkreisförmige Ausnehmungen 114 vorgesehen, welche durch Zähne 116 voneinander getrennt sind. Die Ausnehmungen 114 dienen dazu, temporär einen linear verfahrbaren Aktuatorriegel 118 aufzunehmen, welcher einen im Wesentlichen der Größe der Ausnehmung 114 entsprechenden Zapfen 120 aufweist.
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Auf der Innenseite des zweiten Lenksystemteils sind Nocken 122 angeordnet, welche dazu dienen, einen Formschluss mit dem federelastischen Element 104 herzustellen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung 100 funktioniert wie folgt. Zur Lenkungsverriegelung wird der Aktuatorriegel 118 in die in den 1 und 2 gezeigte Stellung verfahren, so dass der Zapfen 120 in eine Ausnehmung 114 eingreift. In dieser Stellung wird durch den Zapfen verhindert, dass sich das zweite Lenksystemteil 106 drehen kann. Da das federelastische Element 104 des ersten Lenksystemteils 102 formschlüssig in die Nocken 122 des zweiten Lenksystemteils 106 eingreift, können über den Lenkhilfemotorrotor 110 zunächst keine Drehmomente übertragen werden. Je höher das über den Lenkhilfemotorrotor 110 von dem federelastischen Element 104 auf das zweite Lenksystemteil wirkende Drehmoment ist, desto stärker verformt sich das federelastische Element 104. Ist das Drehmoment so groß, dass die elastische Verformung des federelastischen Elements 104 ein Passieren des federelastischen Elements an dem angrenzenden Nocken 122 ermöglicht, findet eine Relativbewegung zwischen dem ersten Systemteil 102 und dem zweiten Systemteil 106 statt und das federelastische Element federt zwischen den nächsten beiden Nocken 122 in die Mittellage zurück. Dadurch wird verhindert, dass bei verriegelter Lenkung Lenksystemteile zu Schaden kommen, wenn sehr hohe Drehmomente auf die Lenkung ausgeübt werden.
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Das zweite Lenksystemteil 106 ist in der gezeigten Ausführungsform aus Kunststoff gefertigt. Dies ermöglicht es, das erste Lenksystemteil bereits in eine Kunststoffspritzgussform einzulegen und zu umspritzen. Die Halteelemente 112 können daher so dimensioniert werden, dass ein Lösen des ersten Lenksystemteils vom zweiten Lenksystemteil nur durch Zerstörung der Halteelemente 112 möglich ist.
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Die 4 bis 6 zeigen eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 100. Diese weist funktional entsprechende Elemente auf, welche mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind wie die entsprechenden Elemente der ersten Ausführungsform. Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich vor allem durch die Form und Anordnung des ersten Lenksystemteils 102, der federelastischen Elemente 104 und des zweiten Lenksystemteils 106. Das erste Lenksystemteil 102, welches in 6 ohne weitere Elemente dargestellt ist, besteht im Wesentlichen aus einem kreisförmigen Blech mit Ausstanzungen von im Wesentlichen rechteckigen Metallzungen, welche die federelastischen Elemente 104 bilden. Die Metallzungen wurden durch Biegestanzen derart verformt, dass diese in einer Richtung aus der Ebene herausragen, welche durch die Oberfläche des kreisförmigen Blechs gebildet wird. Dadurch blockieren die federelastischen Elemente 104 eine relative Drehbewegung des ersten Lenksystemteils 102 zu dem zweiten Lenksystemteil 106, welches die Drehbewegung des ersten Lenksystemteils hemmende Stege 130 aufweist. Die Ausnehmungen 114 an dem zweiten Lenksystemteil 106 weisen eine eckige Kontur auf. Ferner ist in 5 zu erkennen, dass die Nabe 108 bei der zweiten Ausführungsform ein separates Bauteil ist.
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Die 7 und 8 zeigen eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 100. Auch diese Ausführungsform weist ein erstes Lenksystemteil 102, ein federelastisches Element 104 und ein zweites Lenksystemteil 106 auf. Aufgrund der Geometrie des ersten Lenksystemteils 102 wurde das federelastische Element 104 jedoch bei der dritten Ausführungsform als separates Bauteil ausgeführt. Dieses kann beispielsweise durch Nieten, Schrauben, Löten, Schweißen oder auf eine sonstige bekannte Art und Weise mit dem ersten Lenksystemteil 102 fest verbunden sein.
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Wie insbesondere in 7 zu sehen ist, weist die dritte Ausführungsform insgesamt drei federelastische Elemente 104 auf. Dabei handelt es sich um u-förmig gebogene Bleche aus Federstahl. Diese sind so angeordnet, dass sie im Wesentlichen spannungsfrei zwischen zwei Nocken 122 des zweiten Lenksystemteils 106 hindurchragen können. Aufgrund der geringen Dicke der federelastischen Elemente, lassen sich diese elastisch in Richtung der Drehachse der erfindungsgemäßen Vorrichtung verformen, wenn sie aufgrund einer Relativbewegung zwischen dem ersten Lenksystemteil 102 und dem zweiten Lenksystemteil 106 von einem Nocken 122 in diese Richtung gedrückt werden.
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Es versteht sich, dass durch die Gestaltung der Geometrie, die Wahl der Materialstärke und des Materials des federelastischen Elements und des zweiten Lenksystemteils 106 beeinflusst werden kann, ab welchem Drehmoment sich der Formschluss zwischen dem fest mit dem federelastischen Element 104 verbundenen ersten Lenksystemteil 102 und dem zweiten Lenksystemteil 106 löst.
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8 zeigt eine schematische Darstellung eines Lenksystems 130, in welches eine erfindungsgemäße Vorrichtung 100 integriert ist. Neben der erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 umfasst das Lenksystem 130 folgende Lenksystemteile:
- • ein Anschlusselement 132 einer Lenksäule mit einem Drehmomentensensor 134,
- • das über ein Verbindungselement 136 (z. B. eine Verzahlung, ein Ritzel oder eine Zahnstang) mit der Lenkachse 138 verbunden ist,
- • mit der Lenkachse verbundene Spurstangen 140a, 140b,
- • ein die Lenkachse teilweise umhüllendes Gehäuse 142,
- • ein an der Lenkachse angreifender Kugelgewindetrieb 144, der über einen Riementrieb 146 eine Verbindung zu einem Lenkhilfemotor 148 herstellt.
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In dem in 8 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die erfindungsgemäße Vorrichtung koaxial zur Welle 150 des Lenkhilfemotors 148 angeordnet. Die Anordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist nicht auf die in 8 gezeigte Anordnung beschränkt. Sie kann selbstverständlich auch an beliebigen anderen Lenksystemteilen angeordnet werden.
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Ebenso ist der Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht auf Zahnstangenlenkungen beschränkt. Es ist auch möglich, die erfindungsgemäße Vorrichtung mit anderen Lenkungstypen, insbesondere Lenkungstypen mit Elektromotoren, zu kombinieren, beispielsweise mit Kugelumlauf-Lenkgetrieben (Saginaw-Lenkungen) oder mit Schneckenrollen-Lenkgetrieben (Marles-Lenkungen).
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Bezugszeichenliste
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- 100
- erfindungsgemäße Vorrichtung
- 102
- erstes Lenksystemteil
- 104
- federelastisches Element
- 106
- zweites Lenksystemteil
- 108
- Nabe
- 110
- Lenkhilfemotorrotor
- 112
- Halteelement
- 114
- Ausnehmung
- 116
- Zahn
- 118
- Aktuatorriegel
- 120
- Zapfen
- 122
- Nocken
- 130
- Lenksystem
- 132
- Anschlusselement
- 134
- Drehmomentensensor
- 136
- Verbindungselement
- 138
- Lenkachse
- 140
- Spurstange
- 142
- Gehäuse
- 144
- Kugelgewindetrieb
- 146
- Riementrieb
- 148
- Lenkhilfemotor
- 150
- Welle des Lenkhilfemotors
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0915004 B1 [0003]
- EP 0630800 A1 [0003]
- DE 60201242 T2 [0003]
- DE 69400570 T2 [0003]
- FR 2793749 [0003]
- US 6234039 B1 [0003]
- DE 8330933 U1 [0004, 0004]
