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Die Erfindung betrifft eine Lenkradeinheit mit einem Lenkradkörper und einer am Lenkradkörper gehaltenen Gassackeinheit nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Nahezu jedes Lenkrad eines modernen Personenkraftwagens weist eine Gassackeinheit auf. Hierzu hat der Lenkradkörper des Lenkrades im Nabenbereich eine Ausnehmung, in welcher ein Gehäuse aufgenommen ist. Dieses Gehäuse trägt einen als Inflator dienenden Gasgenerator und in das Gehäuse ist ein Gassack eingefaltet. Das Gehäuse ist von einem Dachelement (Cover) überspannt, welches den eingefalteten Gassack abdeckt. Häufig dient das Dachelement auch als Betätigungsfläche für die Kraftfahrzeughupe, sodass das Dachelement gegen den Lenkradkörper gegen die Kraft wenigstens eines Federelementes niederdrückbar ist. Hierzu sind zwei Grundprinzipien bekannt: Zum einen ist es möglich, das Gehäuse starr mit dem Lenkradkörper zu verbinden und das Dachelement im Wesentlichen axialbeweglich (Axial bezieht sich hier auf die Richtung der Lenksäule) am Gehäuse oder am Lenkradkörper anzuordnen. Dieses Prinzip wird in der Regel als „Floating Cover” bezeichnet. Weiterhin ist es möglich, das Dachelement starr am Gehäuse anzuordnen und das Gehäuse im Wesentlichen axialbeweglich gegen die Kraft wenigstens eines Federelementes am Lenkradkörper zu halten. Dieses Prinzip wird zumeist als „Floating Module” bezeichnet. In beiden Fällen wird es von den Fahrzeugherstellern im Allgemeinen gefordert, dass die Positionsgenauigkeit des Dachelementes in Bezug auf den Lenkradkörper hoch ist, sodass sich ein geringes Spaltmaß ergibt. Eine weitere Forderung ist (dies ist vor allem bei den sogenannten Floating-Module-Konzepten wesentlich), dass keine Klappergeräusche auftreten. Klappergeräusche können aufgrund von Lenkradvibrationen auftreten, sofern keine geeigneten Gegenmaßnahmen getroffen werden.
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Es ist bekannt, zwischen dem niederdrückbaren Teil der Gassackeinheit und dem Lenkradkörper Positionierungseinheiten vorzusehen, welche einen eine erste Positionierungsfläche aufweisenden Positionierungszapfen (welcher beispielsweise am Gassackgehäuse angeordnet sein kann) und eine erste Positionierungsgegenfläche (welche beispielsweise Teil einer lenkradkörperfesten Hupenplatte sein kann) aufweist, wobei die Flächennormalen von Positionierungsfläche und Positionierungsgegenfläche jeweils eine Komponente haben, welche senkrecht zur Axialrichtung steht, so dass Positionierungsfläche und Positionierungsgegenfläche zur Positionierung in Nichtaxialrichtung dienen. Der Zapfen kann hierbei weiterhin einen Kopf mit einer zweiten Positionierungsfläche tragen, so dass die zweite Positionierungsfläche, deren Flächennormale im Allgemeinen parallel zur Axialrichtung ist, gemeinsam mit einer zweiten Positionierungsgegenfläche zur Axialpositionierung dient. Weiterhin ist eine Feder vorgesehen, welche die zweite Positionierungsfläche gegen die zweite Positionierungsgegenfläche drückt. Durch Vibrationen, welche von der Lenksäule auf die Lenkradeinheit übertragen werden, kann es hierbei jedoch zu einem Reiben der ersten Positionierungsfläche an der zweiten Positionierungsgegenfläche kommen, was zu Geräuschen (Klappergeräusche) und Verschleiß führen kann.
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Hiervon ausgehend, stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe, eine gattungsgemäße Lenkradeinheit dahingehend weiterzubilden, dass Klappergeräusche sicher vermieden werden können und Verschleiß zumindest reduziert wird, insbesondere auch dann, wenn es sich bei der Lenkrad-Einheit um eine Floating-Module-Lenkradeinheit handelt.
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Erfindungsgemäß ist wenigstens eine Positionierungseinheit vorhanden, welche einen Positionierungszapfen, welcher eine erste Positionierungsfläche hat, und eine Positionierungsgegenfläche aufweist. Hierbei kann beispielsweise der Positionierungszapfen starr am niederdrückbaren Teil der Gassackeinheit, insbesondere am Gehäuse der Gassackeinheit, gehalten sein, während die Positionierungsgegenfläche einem lenkradkörperfesten Bauteil zugeordnet ist. Das umgekehrte wäre jedoch grundsätzlich ebenfalls möglich. Zumeist ist die Positionierungsgegenfläche ein Teil der Wandung eines Loches. Erste Positionierungsfläche und erste Positionierungsgegenfläche dienen zur Positionierung in der Radialebene (also zur nicht-axialen Positionierung), sodass die Flächennormalen dieser beiden Flächen jeweils eine Komponente aufweisen, welche senkrecht zur Axialrichtung steht. Vorzugsweise sind die Flächennormalen dieser beiden Flächen senkrecht zur Axialrichtung.
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Erfindungsgemäß ist die Feder der Positionierungseinheit derart zwischen Lenkradkörper und niederdrückbarem Teil der Gassackeinheit angeordnet, dass zwischen Positionierungsfläche und Positionierungsgegenfläche eine Kraft senkrecht zur Axialrichtung wirkt. Wenn eine gewöhnliche Druck-Schraubenfeder verwendet wird, was auch bevorzugt ist, bedeutet dies, dass die beiden Halteelemente, welche die Enden der Schraubenfeder am niederdrückbaren Teil bzw. an einem lenkradkörperfesten Bauteil halten, in Nicht-Axialrichtung zueinander versetzt sind, sodass in der Druck-Schraubenfeder eine Zugkraft senkrecht zur Axialrichtung erzeugt wird. Somit übernimmt die Feder, welche ursprünglich dazu dient, den niederdrückbaren Teil der Gassackeinheit axial niederdrückbar zu positionieren, eine weitere Aufgabe, nämlich auch zur nicht-axialen Positionierung beizutragen. Hierdurch ergibt sich der besondere Vorteil, dass sich die Anzahl der Bauteile nicht erhöht.
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Durch die Vorspannung zwischen erster Positionierungsfläche und erster Positionierungsgegenfläche senkrecht zur Axialrichtung werden Vibrationsbewegungen zwischen dem niederdrückbaren Teil und dem Lenkradkörper und somit eine Geräuschentwicklung und Verschleiß vermindert. Dennoch lässt sich das niederdrückbare Teil leicht und klemmfrei gegen den Lenkradkörper niederdrücken.
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Es ist zu bevorzugen, dass die erfindungsgemäße Positionierungseinheit auch zur axialen Positionierung dient, wozu der die erste Positionierungsfläche aufweisende Positionierungszapfen einen Kopf mit einer zweiten Positionierungsfläche trägt und wobei eine zweite Positionierungsgegenfläche vorgesehen ist, an der die zweite Positionierungsfläche bei nicht niedergedrücktem Teil der Gassackeinheit anliegt. Die Flächennormalen dieser beiden Flächen sind vorzugsweise parallel zur Axialrichtung.
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In der Regel sind natürlich mehrere Positionierungseinheiten vorgesehen, wobei es möglich ist, drei gleichartig aufgebaute Positionierungseinheiten vorzusehen. Eine Kombination unterschiedlicher Positionierungseinheiten ist jedoch grundsätzlich ebenso möglich.
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Um Fertigungstoleranzen und Dimensionsänderungen durch Alterungsprozesse auszugleichen, ist es zu bevorzugen, dass bei wenigstens einem Teil der Positionierungseinheiten die Gegenpositionierungsfläche durch die Wandung einer Längsseite eines Langloches gebildet wird. In diesem Fall ist der Durchmesser des Zapfens deutlich kleiner als die Länge des Langloches aber auch kleiner als die Breite des Langloches.
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Die Erfindung ist insbesondere zur Positionierung des Gehäuses einer Lenkradeinheit an einem Lenkradkörper geeignet (Floating Modul), grundsätzlich kann sie jedoch auch bei sogenannter „Floating Cover”-Konzepten angewendet werden.
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Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen und den nun beschriebenen Ausführungsbeispielen.
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Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Figuren näher erläutert. Hierbei zeigen:
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1 eine Lenkradeinheit in einer Draufsicht, wobei auch die eigentlich nicht sichtbaren Positionierungseinheiten dargestellt sind,
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2 einen Schnitt entlang der Ebene A-A in 1,
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3 einen Schnitt entlang der Ebene B-B in 1,
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4 die in 3 gezeigten Bauteile (außer die Schraubenfeder) in einem nicht montierten Zustand,
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5 einen Schnitt entlang der Ebene C-C in 3,
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6 das in 3 Gezeigte bei niedergedrücktem Gassackgehäuse,
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7 die Geometrie des ersten Ausführungsbeispiels in einer schematisierten Darstellung,
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8 eine alternative Geometrie in einer der 7 entsprechenden Darstellung,
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9 einen Schnitt entlang der Ebene D-D in 8,
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10 eine weitere alternative Geometrie in einer der 7 entsprechenden Darstellung und
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11 einen Schnitt entlang der Ebene E-E in 10.
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Die Erfindung wird nun anhand eines ersten Ausführungsbeispiels mit gleichzeitigem Bezug auf die 1 bis 6 erläutert.
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Wie man den 1 und 2 entnimmt, besteht die Lenkradeinheit aus einem Lenkradkörper 10 und einer Gassackeinheit. Die Gassackeinheit besteht aus einem Gassackgehäuse 30 mit einem Dach 31, einem am Boden des Gassackgehäuses 30 gehaltenen Gasgenerator 32 und einem in das Gassackgehäuse eingefalteten Gassack 34. Der Nabenbereich des Lenkradkörpers 10 bildet einen Aufnahmebereich 14 für das Gassackgehäuse 30. Das Gassackgehäuse 30 ist als Ganzes gegen die Kraft von Federn 60, nämlich Druck-Schraubenfedern, gegen die Lenkradkörper 10 niederdrückbar, sodass durch diese Bewegung ein oder mehrere Hupenschalter (nicht dargestellt) geschlossen werden können.
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Zur Positionierung des Gassackgehäuses 30 am Lenkradkörper 10 sind drei Positionierungseinheiten 50, 50', 50'' vorgesehen, welche alle gleich aufgebaut sind, sodass das, was später in Bezug auf die Positionierungseinheit 50 beschrieben wird, auch für die übrigen zwei Positionierungseinheiten 50' und 50'' gilt.
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Jede Positionierungseinheit 50, 50'; 50'' besteht aus einem gassackeinheitseitigen Element und einem dem lenkradkörperseitigen Element. Das gassackeinheitseitige Element besteht aus einem Positionierungszapfen 40, 40', 40'', und einem vom Positionierungszapfen 40, 40', 40'', getragenen Kopf 44, 44', 44'', wobei Positionierungszapfen 40, 40', 40'', und Kopf 44, 44', 44'' einstückig oder zweiteilig ausgebildet sein können. Hierbei ist der Durchmesser des Positionierungszapfens 40, 40', 40'', kleiner als der des an ihm gehaltenen Kopfes 44, 44', 44''. Vorzugsweise haben sowohl die Positionierungszapfen als auch die Köpfe einen kreisförmigen Querschnitt. In gezeigten konkreten Ausführungsbeispielen sind die Positionierungszapfen 40, 40', 40'' mit dem Gassackgehäuse 30, nämlich mit dessen Boden verbunden.
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Jedem Positionierungszapfen 40, 40', 40'' ist ein Langloch 21, 21', 21'' als lenkradkörperseitiges Element zugeordnet. Diese Langlöcher befinden sich in einem Bauteil, welches starr mit dem Lenkradkörper 10 verbunden ist, hier nämlich in einer Hupenplatte 20. Das Vorsehen einer separaten Hupenplatte 20 wäre jedoch nicht zwingend.
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Die Umkehrung des eben beschriebenen wäre natürlich auch möglich, nämlich derart, dass die Positionierungszapfen 40, 40', 40'' starr mit dem Lenkradkörper 10 verbunden sind und entsprechende Langlöcher dem Gassackgehäuse 30 zugeordnet sind.
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Jeweils ein Teil der Mantelfläche eines Positionierungszapfens 40, 40', 40'' bildet die erste Positionierungsfläche (Bezugszeichen 42 in 4), während die Wandung einer Längsseite jedes Langloches 21, 21', 21'' die entsprechende erste Positionierungsgegenfläche (Bezugszeichen 22 in 4) bildet. Die Flächennormalen von Positionierungsfläche und Positionierungsgegenfläche weisen aufeinander zu und liegen in der Radialebene (X-Y-Ebene).
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Die nach oben weisende Fläche eines Kopfes 44, 44', 44'' bildet die zweite Positionierungsfläche (Bezugszeichen 46 in 4), die nach unten weisende Randfläche eines Langloches bildet die zugehörende zweite Positionierungsgegenfläche (Bezugszeichen 23 in 4). Zweite Positionierungsfläche und zweite Positionierungsgegenfläche weisen ebenfalls aufeinander zu, wobei die Flächennormalen dieser beiden Flächen in der Axialrichtung (Z-Richtung) liegen.
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Weiterhin ist jeder Positionierungseinheit 50, 50', 50'' ein Federelement, nämlich in Form einer Feder 60 (Druckfeder) zugeordnet und vorzugsweise auch unmittelbar benachbart, nämlich derart, dass sich die Schraubenfeder neben einer Längsseite des ihr zugeordneten Langlochs befindet. Alternativ hierzu könnte die Schraubenfeder den Positionierungszapfen auch umschließen. Man könnte die jeweilige Feder 60 auch als zur jeweiligen Positionierungseinheit gehörend betrachten. Wie man insbesondere der 3 entnimmt, sind das erste Halteelement 65, welches das untere (lenkradkörperseitige) Ende der Feder 60 mit der Hupenplatte 20 verbindet, und Halteelement 66, welches das obere das zweite (gassackeinheitseitige) Ende der Schraubenfeder mit dem Gehäuse 30 verbindet, zueinander versetzt, d. h. ihre nicht-axialen Positionen fluchten nicht, wie dies auch in 1 schematisch dargestellt ist. Die Richtung dieses Versatzes ist quer zur Längsrichtung des benachbarten Langloches, vorzugsweise senkrecht zu dieser Längsrichtung. Hierdurch wirkt neben der Druckkraft in Axialrichtung eine Querkraft in nicht-axialer Richtung (in der Regel aufgrund einer Zugkraft in der Feder), welche erste Positionierungsfläche und erste Positionierungsgegenfläche aufeinanderdrückt, wie man dies auch der 3 gut entnehmen kann.
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Somit ergibt sich im von äußeren Kräften freien Zustand eine vollständige, spielfreie Positionierung des Gassackgehäuses 30 am Lenkradkörper. Auf Grund der Tatsache, dass die Positionierungsgegenflächen Abschnitte von Langlöchern sind, können Schrumpfungs- bzw. Ausdehnungsvorgänge in Form von Längenänderungs- und Verzugsvorgängen, die hauptsächlich das Gassackgehäuse und die Hupenplatte betreffen und welche in erster Linie in Radialrichtung wirken, ausgeglichen werden. Hierzu ist es zu bevorzugen, dass sich die Längsrichtungen der Langlöcher im Wesentlichen in Radialrichtung erstrecken.
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Dadurch, dass die Durchmesser der Positionierungszapfen kleiner sind als die Breite der Langlöcher, wird beim Niederdrücken des Gassackgehäuses gegen die Kraft der Federn 60 ein Spiel erzeugt (6), sodass trotz der im Ruhezustand spielfreien Positionierung ein klemmfreies Niederdrücken des Gassackgehäuses möglich ist.
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Wie dies nun noch mit Bezug auf die 8 bis 11 erläutert wird, ist es jedoch auch möglich, eine oder mehrere Positionierungseinheiten wie sie eben beschrieben wurden mit anderen Positionierungseinheiten und/oder einer Rückhalteeinheit zu kombinieren. Es wird zunächst auf das Ausführungsbeispiel der 8 und 9 eingegangen:
Die drei Positionierungseinheiten 30, 30', 30'' bilden in etwa ein rechtwinkliges, gleichschenkliges Dreieck. Die drei Positionierungseinheiten 30, 30', 30'' bestimmen die Position des Gassackgehäuses 30 in Bezug auf den Lenkradkörper 10 vollständig, ein Hinzufügen einer weiteren Positionierungseinheit würde zu einer unerwünschten statischen Überbestimmung führen. Allerdings würde die in der 8 gezeigte Geometrie ohne weitere Maßnahmen dazu führen, dass das Gassackgehäuse 30 bei Betätigung des Gasgenerators 32 aufgrund der relativ großen Axialkraft, welche durch den sogenannten Fangschlag vom Gassackgehäuse 30 in den Lenkradkörper 10 eingeleitet wird, gegen den Lenkradkörper 10 verkippen würde. Um dies zu verhindern, ist die Rückhalteeinheit 70 vorgesehen, welche in den „normalen” Betriebszuständen funktionslos ist (9), ein Verkippen der Gassackeinheit beim Auftreten des Fangschlags jedoch verhindert. Die Rückhalteeinheit 70 weist einen mit dem Gassackgehäuse 30 starr verbundenen Zapfen 72, ein Loch 75 in der Hupenplatte 20 mit einem Durchmesser, welcher größer ist als der des Zapfens 72, und einen starr mit dem Zapfen 72 verbundenen Kopf 74 auf. Im von äußeren Kräften freien Betriebszustand berühren weder der Zapfen 72 noch der Kopf 74 den Lenkradkörper (in diesem Fall die Hupenplatte 20). Der Kopf 74 passt jedoch nicht durch das Loch 75, so dass das oben beschriebene Verkippen vermieden wird (9). Auch hier könnte natürlich der Zapfen 72 dem Lenkradkörper und das Loch der Gassackeinheit zugeordnet werden.
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Eine weitere alternative Geometrie zeigt 10.
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Wie dies in den 10 dargestellt ist, ist eine hier als weitere Positionierungseinheit 55 bezeichnete Positionierungseinheit vorgesehen, welche einen Positionierungszapfen 40''' mit einem Kopf (nicht dargestellt) und ein hierzu passendes weiteres Loch 24 aufweist. Die erste Positionierungsgegenfläche des weiteren Loches weist zwei winklig zueinander stehende Abschnitte 22a, 22b auf. Die zugeordnete Feder 60 ist auch hier derart angeordnet, dass sie eine Nichtaxial-Kraft zwischen Gassackgehäuse und Lenkradkörper erzeugt, wodurch die erste Positionierungsfläche des Zapfens gegen die beiden Abschnitte 22a, 22b der Positionierungsgegenfläche gedrückt wird. Eine Axialpositionierung ist wie oben beschrieben gegeben. Hieraus folgt, dass am Ort dieser weiteren Positionierungseinheit 55 eine ganz exakte Axial- und Nichtaxialpositionierung ergibt und die Positionierungseinheit 50 dann noch im Wesentlichen die Aufgabe hat, den sich ergebenden Rotationsfreiheitsgrad zu eliminieren. In diesem Fall muss zusätzlich eine reine Axialpositionierungseinheit 90 vorgesehen sein, wie sie in 11 dargestellt ist. Diese ist im Wesentlichen wie die Rückhalteeinheit 70 ausgebildet, mit dem Unterschied, dass der Kopf 94 bei nicht niedergedrücktem Gehäuse 22 in Kontakt mit dem Lenkradkörper (hier der Hupenplatte 20) steht und dass vorzugsweise eine Feder 60 vorgesehen ist (11).
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Die Erfindung wurde anhand von sogenannten „Floating-Module”-Lenkrädern erläutert. Dies ist nach derzeitigem Kenntnisstand auch der wichtigste Anwendungsfall. Eine Anwendung des erfindungsgemäßen Prinzips auf ein sogenanntes „Floating-Cover”-Lenkrad ist jedoch ebenso möglich.
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Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen erstrecken sich die Positionierungszapfen vom Gassackgehäuse. Es wäre jedoch ebenso möglich, dass sich die Positionierungszapfen vom Lenkradkörper oder einem starr mit dem Lenkradkörper verbundenen Element, insbesondere von der Hupenplatte, erstrecken. In diesem Fall wären die Positionierungsgegenflächen Teil des Gassackgehäuses oder des Dachelementes (Cover).
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Lenkradkörper
- 14
- Aufnahmebereich
- 20
- Hupenplatte
- 21, 21', 21'
- Langloch
- 22
- erste Positionierungsgegenfläche
- 23, 23', 23''
- zweite Positionierungsgegenfläche
- 23a, 23b
- Abschnitte der zweiten Positionierungsgegenfläche
- 24
- weiteres Loch
- 30
- Gassackgehäuse
- 31
- Dach
- 32
- Gasgenerator
- 34
- Gassack
- 40, 40', 40'', 40'''
- Positionierungszapfen
- 42
- erste Positionierungsfläche
- 44, 44', 44'', 44'''
- Kopf
- 46
- zweite Positionierungsfläche
- 50, 50', 50''
- Positionierungseinheit
- 55
- weitere Positionierungseinheit
- 60
- Feder
- 65, 66
- Halteelement für Schraubenfeder
- 70
- Rückhalteeinheit
- 72
- Zapfen
- 74
- Kopf
- 75
- Loch
- 90
- Axialpositionierungseinheit
- 92
- Zapfen
- 94
- Kopf
