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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Verstellanordnung und insbesondere eine Verstellanordnung, die ein gestuftes Zahnrad aufweist, das um eine Drehachse gedreht wird, um ein variables Übersetzungsverhältnis zu schaffen.
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Eine Schwenkhebelanordnung vom Druck-Zug-Typ für eine Lenksäulenanordnung umfasst in der Regel einen Schwenkhebel, der in einer axialen Richtung relativ zu einer Lenksäule orientiert ist. Der Schwenkhebel erleichtert das Verriegeln und Entriegeln der Lenksäulenanordnung in Schwenk- sowie Teleskopiervorgängen. Der Schwenkhebel umfasst normalerweise eine Nockenanordnung, die gedreht wird, um eine Kraft zu erzeugen, die einen oder mehrere Bock von einer Lenksäulenwelle löst oder damit verriegelt. Genauer kann die Lenksäulenanordnung eine Anzahl von Böcken, wie zum Beispiel einen Neigungsbock und einen Einschubbock, umfassen, die relativ zueinander positioniert sind, um eine Verstellung der Lenksäule zu erleichtern. Ein Bediener betätigt den Schwenkhebel entweder durch Drücken oder Ziehen des Schwenkhebels, der wiederum die Lenksäulenanordnung verriegelt oder entriegelt.
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Es können einige Nachteile existieren, wenn eine Nockenanordnung zum Freigeben und Verriegeln der Böcke in einer Lenksäulenanordnung eingesetzt wird. Zum Beispiel kann manchmal die Anstrengung, die erforderlich ist, um den Schwenkhebel durch einen Bediener in einer Hin- und Herrichtung zu betätigen, variieren, was durch Exzentrizität der Nockenanordnung verursacht wird. Zum Beispiel bewegen sich in einem Nocken vom 2-Stift- oder 3-Stift-Typ die Stifte innerhalb eines abgewinkelten oder als Rampe ausgebildeten Schlitzes, was die variierende Anstrengung schafft, die in der Regel einem Bediener abverlangt wird.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es ist eine Verstellanordnung vorgesehen, die eine Zahnstange und ein gestuftes Zahnrad umfasst. Die Zahnstange weist eine Gruppe von Zahnstangenzähnen auf. Die Zahnstange ist in einer allgemein linearen Richtung beweglich, wenn ein Kraftbetrag auf die Zahnstange in der linearen Richtung ausgeübt wird. Das gestufte Zahnrad umfasst eine innere Stufe und eine äußere Stufe. Eine von der inneren Stufe und der äußeren Stufe weist einen Satz von Zähnen auf. Der Satz von Zähnen kämmt mit der Gruppe von Zahnstangenzähnen. Eine Mittelachse ist bei etwa einem Zentrum der äußeren Stufe orientiert. Eine Drehachse ist von der Mittelachse des gestuften Zahnrads versetzt und ausgelegt, um ein variables Übersetzungsverhältnis zwischen dem Satz von Zähnen der inneren Stufe oder der äußeren Stufe des gestuften Zahnrads und der Gruppe von Zahnstangenzähnen zu schaffen, wenn die Zahnstange in einer linearen Richtung bewegt wird.
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Diese und weitere Vorteile und Merkmale werden aus der vorliegenden Beschreibung in Verbindung genommen mit den Zeichnungen deutlicher werden.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Der als die Erfindung angesehene Gegenstand wird in den Ansprüchen am Schluss der Beschreibung besonders herausgestellt und deutlich beansprucht. Die vorstehenden und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung genommen mit den begleitenden Zeichnungen deutlich werden, in denen:
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1 eine Darstellung einer beispielhaften Lenksäule in einer verriegelten Stellung mit einer Verstellanordnung gemäß der Erfindung ist;
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2 eine Ansicht im entriegelten Zustand der in 1 gezeigten Verstellanordnung ist;
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3 eine Ansicht von einem anderen Aspekt der Erfindung ist;
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4 eine Ansicht von noch einem anderen Aspekt der Erfindung ist;
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5 eine Ansicht von einem abermals anderen Aspekt der Erfindung ist;
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6 eine Darstellung einer beispielhaften Übersetzungsverhältniskurve der in 1 gezeigten Verstellanordnung gemäß einem abermals anderen Aspekt der Erfindung ist;
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7 eine Darstellung einer Nockenanordnung von einem noch abermals anderen Aspekt der Erfindung ist;
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8 eine Darstellung eines Nockenstifts der in 7 gezeigten Nockenanordnung ist;
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9 eine andere Darstellung des in 8 gezeigten Nockenstifts ist; und
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10 eine Darstellung einer beispielhaften Belastungskurve der in 7 gezeigten Nockenanordnung gemäß noch einem anderen Aspekt der Erfindung ist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Nun unter Bezugnahme auf die Figuren, in denen die Erfindung anhand besonderer Ausführungsformen beschrieben wird, ohne selbige einzuschränken, stellt 1 eine Lenksäulenanordnung 10 gemäß einem Aspekt der Erfindung dar. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst die Lenksäulenanordnung 10 einen Einschubbock 18, einen Neigungsbock 20, eine Lenksäule 22 und eine Verstellanordnung 26. Die Verstellanordnung 26 umfasst einen Schwenkhebel 30 vom Druck-Zug-Typ, ein gestuftes Zahnrad 32, einen Hebel 34 und eine Nockenanordnung 36 (in 7 gezeigt). In dem Ausführungsbeispiel, wie es in 1 gezeigt ist, wird die Verstellanordnung 26 in der Lenksäulenanordnung 10 zum Erleichtern der Verstellung der Lenksäule 22 in Teleskopier- oder Schwenkvorgängen angewandt. Obwohl die 1–10 die Verstellanordnung 26 in einer Lenksäule 10 eingesetzt veranschaulichen, ist zu verstehen, dass die Verstellanordnung 26 ebenso in einer Vielfalt von unterschiedlichen Anwendungen verwendet werden kann, wie zum Beispiel bei einem verstellbaren Sitz, einer Haubenfreigabeeinrichtung oder einer Feststellbremsenfreigabeeinrichtung.
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Ein Bediener kann selektiv eine Kraft F auf den Schwenkhebel 30 ausüben, die den Schwenkhebel 30 in allgemein linearen Richtungen D1 oder D2 hin und her betätigt. Die Bewegung des Schwenkhebels 30 in den Richtungen D1 und D2 wird den Einschubbock 18 und den Neigungsbock 20 entweder mit der Lenksäule 22 klemmen oder von dieser entriegeln. Insbesondere wird der Schwenkhebel 30 in der Richtung D1 zu der Verstellanordnung 26 hin betätigt, um die Verstellanordnung 26 aus einer entriegelten oder ersten Stellung (in 1 gezeigt) in eine verriegelte oder zweite Stellung (in 2 gezeigt) zu betätigen. In der verriegelten Stellung sind der Einschubbock 18 und der Neigungsbock 20 gegen die Lenksäule 22 geklemmt. Der Schwenkhebel 30 wird in der Richtung D2 von der Verstellanordnung 26 weg betätigt, um die Verstellanordnung 26 aus der verriegelten Stellung (in 2 gezeigt) in die entriegelte Stellung, wie sie in 1 gezeigt ist, zu betätigen. Unter Bezugnahme auf die beiden 1–2 umfasst der Schwenkhebel 30 einen Zahnstangenabschnitt 38, der eine Gruppe von Zähnen 40 aufweist. Die Zähne 40 des Zahnstangenabschnitts 38 sind zur Kämmung mit einem Satz von äußeren Zähnen 42 ausgelegt, die entlang einer äußeren Stufe 44 des gestuften Zahnrads 32 angeordnet sind. Der Zahnstangenabschnitt 38 umfasst ferner ein nichtlineares oder allgemein gebogenes Profil 48.
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Das gestufte Zahnrad 32 umfasst eine gestufte Konfiguration mit zwei unterschiedlichen Zahnradprofilen zur Kämmung mit getrennten Komponenten. Insbesondere umfasst das gestufte Zahnrad 32 in der dargestellten Ausführungsform eine innere Stufe 50 und die äußere Stufe 44. Die innere Stufe 50 weist einen Durchmesser auf, der kleiner als ein Durchmesser der äußeren Stufe 44 ist. Die innere Stufe 50 ist ausgelegt, um mit dem Hebel 34 zu kämmen, und die äußere Stufe 44 ist ausgelegt, um mit dem Zahnstangenabschnitt 38 des Schwenkhebels 30 zu kämmen. Der Hebel 30 umfasst ein im Allgemeinen gekrümmtes oder gebogenes Profil 52 und einen Satz von Hebelzähnen 54. Der Satz von Hebelzähnen 54 kämmt mit einem Satz von inneren Zähnen 55 der inneren Stufe 50. In einer beispielhaften Ausführungsform umfassen der Satz von äußeren Zähnen 42 sowie der Satz von inneren Zähnen 55 des gestuften Zahnrads 32 beide ein Stirnradprofil (nicht dargestellt).
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Nun unter Bezugnahme auf 3, die eine vergrößerte Ansicht der Verstellanordnung 26 in der entriegelten Stellung ist, wie sie in 1 gezeigt ist, weist das gestufte Zahnrad 32 eine Mittelachse C-C sowie eine Drehachse A-A auf. Die Mittelachse C-C ist bei etwa einem Zentrum der äußeren Stufe 44 orientiert. Die innere Stufe 50 ist mit einem Versatz relativ zu der äußeren Stufe 44 orientiert, so dass die innere Stufe 50 ein inneres Zentrum aufweist, das bei etwa der Drehachse A-A angeordnet ist, und die äußere Stufe 44 ein äußeres Zentrum aufweist, das bei der Mittelachse C-C angeordnet ist. Das heißt, die innere Stufe 50 ist nicht konzentrisch mit der äußeren Stufe 44. Da die innere Stufe 50 von der äußeren Stufe 44 versetzt ist, ist somit auch die Drehachse A-A des gestuften Zahnrads 32 von der Mittelachse C-C versetzt. Daher ist die Drehachse A-A des gestuften Zahnrads 32 eine exzentrische Drehachse. In einer Ausführungsform rotiert die innere Stufe 50 um einen Bolzen 56 (in gestrichelten Linien gezeigt), der mit dem Einschubbock 18 verbunden ist.
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Unter weiterer Bezugnahme auf 3 umfasst der Zahnstangenabschnitt 38 das gebogene Profil 48, das der Drehachse A-A des gestuften Zahnrads 32 entspricht. Das heißt, wenn das gestufte Zahnrad 32 um die Drehachse A-A herum rotiert, wird die Stellung des gestuften Zahnrads 32 in Bezug auf den Zahnstangenabschnitt 38 variieren. Somit umfasst der Zahnstangenabschnitt 38 das gebogene Profil 48 in einem Bemühen, die exzentrische Bewegung der inneren Stufe 50 des gestuften Zahnrads 32 zu ermöglichen oder dieser zu entsprechen, wenn das gestufte Zahnrad 32 um die Drehachse A-A herum gedreht wird. Insbesondere veranschaulichen die 3–5 die Stellung des gestuftes Zahnrads 32 relativ zu dem Zahnstangenabschnitt 38, wenn das gestufte Zahnrad 32 in der Richtung D2 vorrückt.
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Unter Bezugnahme auf 3 ist die Drehachse A-A in der entriegelten Stellung in einem ersten Abstand M1 angeordnet, wenn von der Außenfläche Do der Zähne 40 des Zahnstangenabschnitts 38 gemessen wird. Wenn das gestufte Zahnrad 32 in der Richtung D2 vorgerückt wird, variiert der Abstand zwischen der Drehachse A-A des gestuften Zahnrads 32 und der Außenfläche Do der Zähne 40. Nun unter Bezugnahme auf 4 wird ein zweiter Abstand M2 zwischen der Außenfläche Do der Zähne 40 des Zahnstangenabschnitts 38 und der Drehachse A-A gemessen, wenn das gestufte Zahnrad 32 in der Richtung D2 bewegt wird. Der zweite Abstand M2 ist größer als der erste Abstand M1. Nun unter Bezugnahme auf 5 wird ein dritter Abstand M3 zwischen der Außenfläche Do der Zähne 40 des Zahnstangenabschnitts 38 und der Drehachse A-A gemessen, wenn das gestufte Zahnrad 32 noch weiter entlang des Zahnstangenabschnitts 38 bewegt wird. Der dritte Abstand M3 ist größer als der zweite Abstand M2 und der erste Abstand M1.
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Da der Abstand zwischen der Drehachse A-A des gestuften Zahnrads 32 und der Außenfläche Do der Zähne 40 variiert, variiert auch ein Übersetzungsverhältnis zwischen dem Satz von äußeren Zähnen 42, die entlang der äußeren Stufe 44 des gestuften Zahnrads 32 angeordnet sind, und den Zähnen 40 des Zahnstangenabschnitts 38. Insbesondere wird ein variables Übersetzungsverhältnis zwischen der äußeren Stufe 44 des gestuften Zahnrads 32 und den Zähnen 40 des Zahnstangenabschnitts 38 erzeugt, wenn das gestufte Zahnrad 32 in eine der Richtungen D1 oder D2 bewegt wird. 6 ist eine exemplarische Darstellung einer Ausführungsform einer Kurve variabler Übersetzungsverhältnisse zwischen dem gestuften Zahnrad 32 und dem Zahnstangenabschnitt 38. Es sei darauf hingewiesen, dass 6 nur beispielhaft ist, und dass genauso gut andere Übersetzungsverhältniskurven verwendet werden können. Insbesondere können das gebogene Profil 48 des Zahnstangenabschnitts 38 sowie die Stellung der Drehachse A-A der gestuften Zahnrads 32 in anderen Ausführungsformen abgestimmt oder angepasst sein, um die Kurve variabler Übersetzungsverhältnisse abzuwandeln.
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Es wird jetzt ein Beispiel einer Kurve variabler Übersetzungsverhältnisse, die durch die Verstellanordnung 26 erzeugt wird, diskutiert. Nun unter Bezugnahme auf die 3 und 6, wenn das gestufte Zahnrad 32 derart positioniert ist, dass die Drehachse A-A in dem ersten Abstand M1 angeordnet ist, wenn von der Außenfläche Do der Zähne 40 gemessen wird, beträgt das Übersetzungsverhältnis zwischen dem Satz von äußeren Zähnen 42 des gestuften Zahnrads 32 und den Zähnen 40 des Zahnstangenabschnitts 38 etwa 1,44:1. Wenn das gestufte Zahnrad 32 in der Richtung D2 vorgerückt wird, wird sich das Übersetzungsverhältnis ändern. Insbesondere unter Bezugnahme auf die 4 und 6, wenn das gestufte Zahnrad 32 derart positioniert ist, dass die Drehachse A-A in dem zweiten Abstand M2 angeordnet ist, wenn von der Außenfläche Do der Zähne 40 gemessen wird, beträgt das Übersetzungsverhältnis zwischen dem Satz von äußeren Zähnen 42 des gestuften Zahnrads 32 und den Zähnen 40 des Zahnstangenabschnitts 38 etwa 2:1. Wenn schließlich das gestufte Zahnrad 32 derart positioniert ist, dass die Drehachse A-A in dem dritten Abstand M3 angeordnet ist, wenn von der Außenfläche Do der Zähne 40 gemessen wird, beträgt das Übersetzungsverhältnis zwischen dem Satz von äußeren Zähnen 42 des gestuften Zahnrads 32 und den Zähnen 40 des Zahnstangenabschnitts 38 etwa 2,96:1.
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Wieder unter Bezugnahme auf die 1–2 wird der Hebel 30 um eine Drehachse R gedreht, wenn das gestufte Zahnrad 32 um die Drehachse R gedreht wird. Insbesondere wird in einer Ausführungsform, wenn der Schwenkhebel 30 in der Richtung D1 betätigt wird, die äußere Stufe 44 in einem Uhrzeigersinn oder einer äußeren Richtung gedreht, die durch den mit Y markierten Pfeil angegeben ist, und die innere Stufe 50 ist in einem Uhrzeigersinn oder einer inneren Richtung X drehbar, wobei die äußere Richtung Y im Allgemeinen der inneren Richtung X entgegengesetzt ist. Wenn der Hebel 30 durch das gestufte Zahnrad 32 gedreht wird, wird dies wiederum bewirken, dass die Nockenanordnung 36 (in 7 gezeigt) rotiert. Unter Bezugnahme auf die 1–2 sowie 7 wird die Nockenanordnung 36 mit einem Ende 58 des Hebels 34 in Eingriff gebracht und von diesem aufgenommen. Die Nockenanordnung 36 wird um die Drehachse R gedreht, um den Einschubbock 18 und den Neigungsbock 20 entweder mit der Lenksäule 22 (in den 1–2 gezeigt) zu klemmen oder von dieser zu entriegeln. In dem Ausführungsbeispiel, das in 7 gezeigt ist, ist die Nockenanordnung 36 eine Nockenanordnung vom 2-Stift-Typ, die zwei Stifte 60 aufweist, es ist jedoch zu verstehen, dass genauso gut eine Vielfalt von anderen Nockeneinrichtungen verwendet werden kann. Zum Beispiel kann in einer alternativen Ausführungsform, die nicht dargestellt ist, die Nockenanordnung 36 genauso gut eine Nockenanordnung vom 3-Stift-Nocken- oder einem Klemm-Typ sein.
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Die 8–9 zeigen Ansichten von einem der Stifte 60, wenn die Nockenanordnung 36 um die Drehachse R herum rotiert. 8 veranschaulicht die Stellung von einem der Stifte 60 der Nockenanordnung 36, wenn die Verstellanordnung 26 in der entriegelten Stellung (in 1 gezeigt) ist. Die Stifte 60 sind von einer ersten Nockenplatte 70 und einer zweiten Nockenplatte 72 aufgenommen. Die Stifte 60 umfassen ein erstes Ende 74, das von der ersten Nockenplatte 70 aufgenommen ist, und ein zweites Ende 76, das von der zweiten Platte 72 aufgenommen ist. In der Ausführungsform, wie gezeigt, umfasst die zweite Platte 72 eine als Rampe ausgebildete Ausnehmung 80, an der das zweite Ende 76 der Stifte 60 aufgenommen ist und selektiv in der als Rampe ausgebildeten Ausnehmung 80 gleiten kann. Unter Bezugnahmen auf die 1–2 und 8–9, wenn ein Bediener selektiv die Kraft F auf den Schwenkhebel 30 ausübt, um den Schwenkhebel 30 in Richtung D1 oder D2 zu betätigen, dreht sich die Nockenanordnung 36 um die Drehachse R und bewirkt, dass das zweite Ende 76 des Stifts 60 innerhalb der als Rampe ausgebildeten Ausnehmung 80 gleitet.
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9 ist eine Darstellung von einem der Stifte 60 an einer Stellung von ungefähr Spitzenbelastung (der Stift 60 befindet sich in 7 ebenso in einer Stellung der Spitzenbelastung). Das heißt, wenn der Stift 60 innerhalb der als Rampe ausgebildeten Ausnehmung 80 derart orientiert ist, dass der Stift 60 allgemein parallel zu der Drehachse R der Nockenbaugruppe 36 ist, wird die Nockenanordnung 36 den größten Widerstandsbetrag gegen Drehung um die Drehachse R bereitstellen. 10 ist eine Darstellung einer Kurve variabler Belastung der Nockenanordnung 36. Die in 9 gezeigte Stellung des Stifts 60 fällt mit einer Spitzenbelastung 82 der Nockenanordnung 36 zusammen. Außerdem unter Bezugnahme auf die 3, 6 und 9–10 ist die Verstellanordnung 26 zum Bereitstellen eines Spitzenübersetzungsverhältnisses ausgelegt, wenn die Nockenanordnung 36 die Spitzenbelastung 82 erzeugt. Das heißt, wenn die Stifte 60 der Nockenanordnung 36 in der als Rampe ausgebildeten Ausnehmung 80 allgemein parallel zu der Drehachse R ausgerichtet sind (in 9 gezeigt), wird die Verstellanordnung 26 in der Konfiguration angeordnet sein, wie in 5 gezeigt ist, in der die Drehachse A-A des gestuften Zahnrads 32 in dem dritten Abstand M3 angeordnet ist.
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Ein höheres Übersetzungsverhältnis übersetzt sich in einen geringeren Kraftbetrag F, der von einem Bediener zur Ausübung auf den Schwenkhebel 30 abverlangt wird, um den Schwenkhebel 30 in die Richtungen D1 und D2 zu betätigen. Die Verstellanordnung 26 stellt eine mechanische Hebelwirkung bereit. Dies wiederum übersetzt sich in einen geringeren Kraftbetrag F, der auf den Schwenkhebel 30 durch einen Bediener ausgeübt werden muss. Daher liefert die Verstellanordnung 26 wiederum das entsprechende variable Übersetzungsverhältnis, wenn die Nockenanordnung 36 einen größeren Betrag an Widerstand aufgrund der Stellung der Stifte 60 innerhalb der als Rampe ausgebildeten Ausnehmung 80 bereitstellt. Als solcher führt ein erhöhter Betrag an Widerstand von der Nockenanordnung 36 zu einem erhöhten Übersetzungsverhältnis, und der Widerstand und das Übersetzungsverhältnis sind allgemein proportional. Daher wird die Kraft F, die von einem Bediener abverlangt wird, um den Schwenkhebel 30 in die Richtungen D1 und D2 zu betätigen, gleichmäßiger sein und wird aufgrund des variablen Übersetzungsverhältnisses, das durch die Verstellanordnung 26 geschaffen wird, im Allgemeinen nicht mit der Nockenwirkung der Stifte 60 zunehmen. Dies wiederum wird eine gleichmäßigere Anstrengung bieten, die von einem Bediener abverlangt wird, um den Schwenkhebel 30 zu betätigen.
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Obgleich die Erfindung ausführlich in Verbindung mit nur einer begrenzten Anzahl von Ausführungsformen beschrieben worden ist, sollte es leicht zu verstehen sein, dass die Erfindung nicht auf solche offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist. Vielmehr kann die Erfindung abgewandelt werden, um jegliche Zahl von Variationen, Veränderungen, Ersetzungen oder äquivalenten Anordnungen, die bislang nicht beschrieben wurden, die dem Gedanken und Umfang der Erfindung entsprechen, einzuarbeiten. Obgleich zusätzlich verschiedene Ausführungsformen der Erfindung beschrieben worden sind, ist zu verstehen, dass Aspekte der Erfindung nur manche der beschriebenen Ausführungsformen umfassen können. Dementsprechend ist die Erfindung nicht als durch die vorstehende Beschreibung beschränkt anzusehen.
