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Die vorliegende Erfindung betrifft Verbesserungen bei Lenksäulenanordnungen.
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Es ist bekannt, eine zusammenschiebbare Lenksäulenanordnung 100 mit einer Lenkwelle 103 bereitzustellen, die in einer Lenksäulenverkleidung gelagert ist. Die Verkleidung ist teleskopisch und umfasst zwei Teile: ein oberes Verkleidungsteil 101 und ein unteres Verkleidungsteil 102, wobei das obere Verkleidungsteil zum Ende der Lenkwelle hin angeordnet ist, das dem Lenkrad (nicht dargestellt) am nächsten ist, und das untere Teil zum Ende der Welle hin angeordnet ist, das am weitesten vom Lenkrad entfernt ist. Ein Endteil des oberen Teils 101 oder des unteren Teils 102 ist verschiebbar in einem Endteil des anderen angeordnet, so dass sich die Verkleidung bei einem Aufprall teleskopisch zusammenschieben kann. Dieser teleskopische Vorgang kann auch dazu verwendet werden, es zu ermöglichen, die Gesamtlänge der Baugruppe anzupassen, so dass der Fahrer die Tiefe des Lenkrads auf eine gewünschte Position einstellen kann. Ein Beispiel für solch eine Baugruppe ist in 1 dargestellt.
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Nach dem Stand der Technik kann sich die obere Verkleidung über das untere Verkleidungsteil oder in das untere Teil schieben. Die zweite Option ist bevorzugt, da dies der Lenkwelle ermöglicht, von Lagern zu jedem Ende der oberen Verkleidung hin gestützt zu werden.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht im Verbessern von Lenksäulenanordnungen nach dem Stand der Technik, um eines oder mehrere Probleme derjenigen Konstruktionen zu optimieren, bei denen sich das obere Verkleidungsteil in das untere Verkleidungsteil schiebt. Durch Bereitstellen einer Säule, bei der die obere Verkleidung in der unteren Verkleidung angeordnet ist, kann die Lenkradwelle direkt im oberen Rohr durch Lager an jedem Ende des Rohrs wie in 1 dargestellt gestützt werden, was zu einer guten Steifigkeit führt. Bei diesem Säulentyp ist es jedoch schwieriger, ein Aufprallenergiesystem zu integrieren, welches unabhängig von der ursprünglichen vor einem Aufprall gewählten Tiefeneinstellposition das gleiche Kraft-Hub-Profil liefert. Es ist ebenfalls schwieriger, ein Aufprallenergiesystem anzuordnen, das immer öfter geforderte Merkmale aufweist wie:
- (i) einstellbare Energieaufnahmegurte
- (ii) adaptive Energieaufnahmewerte zur Berücksichtigung von angeschnallten bzw. nicht angeschallten Fahrern und/oder Fahrern mit stark unterschiedlichem Körpergewicht und Fahrzeugaufprallgeschwindigkeiten
- (iii) Gesamtenergieaaufnahmewerte, die genau reproduzierbar sind (beispielsweise auf +/–5%).
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Der Anmelder hat erkannt, dass z. B. dann, wenn ein wesentlicher Teil des Zusammenschiebwiderstands auf die Reibungswirkung zurückzuführen ist, die Gesamtenergieaufnahme weniger vorhersehbar ist. Eine wesentliche Reibungsquelle wäre eine Presskraft, die zwischen Innen- und Außenrohr auftritt, wenn die Säule in ihrer Tiefen-/Höhenstellung geklemmt ist, was ansonsten vorteilhaft ist, um Spiel zwischen den Verkleidungsteilen zu entfernen.
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1. Verformbare Lasche
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Gemäß einem ersten Aspekt stellt die Erfindung eine zusammenschiebbare Lenksäulenanordnung bereit, mit einer Lenkwelle, die in einer Lenksäulenverkleidung gelagert ist, wobei die Verkleidung ein oberes Verkleidungsteil und ein unteres Verkleidungsteil umfasst, von denen das obere Verkleidungsteil zum Ende der Lenkwelle hin angeordnet ist, das dem Lenkrad am nächsten ist, und das untere Teil zum Ende der Welle hin angeordnet ist, das am weitesten vom Lenkrad entfernt ist, wobei das obere Teil wenigstens teilweise im unteren Teil angeordnet ist, so dass sich das obere Teil bei einem Aufprall teleskopisch in das untere Teil schieben kann, einer Halterung, die im Gebrauch an einem festen Teil des Fahrzeugs fixiert ist und zwei Haltearme umfasst, die von einem Sockelteil herabhängen, um die Verkleidung zu umgreifen,
einer Klemmschiene, die lösbar am oberen Verkleidungsteil fixiert ist, wobei die Klemmschiene einen Schlitz umfasst, der im Wesentlichen horizontal verläuft, einem Klemmstift, der sich durch eine Öffnung in jedem der Arme der Halterung und durch den im Wesentlichen horizontalen Schlitz in der Schiene erstreckt, wobei der Klemmstift einen Klemmmechanismus trägt, der zwischen einer nicht geklemmten Stellung, in der sich die Schiene frei relativ zum Klemmstift bewegen kann, und einer geklemmten Stellung, in der die Schiene relativ zum Klemmstift fest ist, bewegbar ist, und
dadurch gekennzeichnet, dass die Schiene durch eine verformbare Lasche am oberen Verkleidungsteil fixiert ist, die am oberen Verkleidungsteil hervorsteht, um sich auf einen Teil der Schiene zu verhaken, der zum Lenkradende der Verkleidung gewandt ist,
und dass im Gebrauch der Baugruppe mit dem Nockenmechanismus in geklemmtem Zustand die Lasche unter einer auf die obere Verkleidung einwirkenden vordefinierten Last verformbar ist, so dass sie sich von der Schiene loshakt, wodurch der oberen Verkleidung ermöglicht wird, sich axial relativ zur Schiene und somit relativ zum Klemmstift zu bewegen, um ein Zusammenschieben der Lenksäulenverkleidung zu ermöglichen.
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Die Lasche kann sich durch Biegen unter Last verformen. Die Lasche kann ursprünglich verbogen sein und sich bei Einwirken einer Last gerade richten.
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Die Lasche kann sich anfänglich von der oberen Verkleidung weg erstrecken, und wenn sie verformt wird, kann sie auf die obere Verkleidung flachgedrückt werden, um der oberen Verkleidung zu ermöglichen, unter der Schiene zu passieren.
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Die Lasche kann durch einen Niet der eine Schweißnaht an der oberen Verkleidung fixiert sein. Alternativ kann die Lasche in die obere Verkleidung integriert sein und durch einen U-förmigen Schlitz in der Verkleidung ausgebildet sein, der eine Zunge definiert, die vor der endgültigen Montage zum Bilden der Lasche aus der Ebene der oberen Verkleidung herausgebogen wird.
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Es kann eine einzelne Lasche bereitgestellt werden oder es können mehr als eine Lasche bereitgestellt werden. Wenn eine einzelne Lasche vorhanden ist, kann diese vertikal oberhalb und in der vertikalen Ebene enthaltend in Reihe mit der zentralen Achse der Verkleidung angeordnet sein. Die Lasche kann sich nach oben von der oberen Verkleidung weg erstrecken.
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Die Öffnung in jedem der Arme der Halterung kann einen im Wesentlichen vertikal verlaufenden Schlitz umfassen und der Klemmmechanismus kann in nicht geklemmter Stellung dem Klemmstift ein freies Bewegen entlang des Schlitzes erlauben, um die Höhe der Lenksäulenverkleidung zu verstellen und in geklemmtem Zustand eine relative Bewegung zu verhindern zum Verriegeln der Höhenstellung.
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Unter im Wesentlichen vertikal verlaufenden Schlitzen und im Wesentlichen horizontal verlaufenden Schlitzen sind keine Schlitze zu verstehen, die sich genau vertikal oder horizontal erstrecken, sondern die Schlitze können 10 Grad oder 20 Grad oder mehr von der Vertikalen oder Horizontalen abweichen. Ein Fachmann erkennt, dass der vertikale Schlitz eine Höhenverstellung ermöglicht (das heißt eine Bewegung des Lenkrads mit einer vertikalen Komponente) und der horizontale Schlitz eine Tiefenverstellung des Lenkrads ermöglicht (das heißt mit einer horizontalen Komponente).
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Die Baugruppe kann ferner einen Energieaufnahmemechanismus umfassen, der an einem ersten Teil an der Schiene und an einem zweiten Teil am oberen Verkleidungsteil fixiert ist, wobei sich der Energieaufnahmemechanismus verformt, wenn sich die obere Verkleidung relativ zur Schiene bewegt, um wenigstens teilweise die Zusammenschiebgeschwindigkeit der Lenkbaugruppe zu steuern.
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Der Energieaufnahmemechanismus kann vor dem Zusammenschieben die Schiene in Eingriff mit der Lasche bringen. Der erste Teil des Energieaufnahmemechanismus kann in die Schiene am Ende der Schiene mit dem größten Abstand zum Lenkrad eingreifen.
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Im Gebrauch mit dem Nockenmechanismus im nicht geklemmten Zustand können sich die obere Verkleidung und der Energieaufnahmemechanismus zusammen mit der Schiene bewegen, wenn die Verkleidung in der Tiefe verstellt wird. Schiene und obere Verkleidung bewegen sich zusammen relativ zur unteren Verkleidung. Die Schiene ist an einem Ende durch die verformbare Lasche und am anderen durch den Energieaufnahmemechanismus angeordnet, und die horizontalen Schlitze ermöglichen eine Tiefenverstellung. Geklemmt sind die relativen Positionen der Enden des Energieaufnahmemechanismus und der Schiene gleich, unabhängig von der Höhen- und Tiefenstellung. Die Verformung des Energieaufnahmemechanismus für eine bestimmte axiale Bewegung des oberen Verkleidungsteils relativ zum unteren Verkleidungsteil bleibt daher immer gleich, was zu einem gleichbleibenden Aufprallverhalten führt.
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Während eines Zusammenschiebens, das eine Bewegung der oberen Verkleidung relativ zur unteren Verkleidung bewirkt, sorgt der Energieaufnahmemechanismus für die Steuerung der Zusammenschiebekraft.
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Zum Steuern des Zusammenschiebens kann der Energieaufnahmemechanismus wenigstens einen verformbaren Energieaufnahmestreifen mit einem ersten und einem zweiten Ende umfassen, wobei das erste Ende an der Schiene am ersten Teil und das zweite Ende an der oberen Verkleidung am zweiten Teil befestigt ist.
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Der Energieaufnahmemechanismus kann zwei nebeneinander angeordnete Energieaufnahmestreifen umfassen, die jeweils zu einer anderen Seite der vertikalen Mittellinie der Welle versetzt sind. Diese können wie zuvor beschrieben ausgebildet sein.
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Der oder jeder Streifen kann vor dem Zusammenschieben spiralförmig gewickelt sein und während eines Zusammenschiebens abgewickelt werden, wobei die Verformung während des Abwickelns Energie verbraucht. Abgesehen davon, dass sie an jedem Ende eingespannt sind, müssen die Gurte ansonsten nicht eingespannt sein.
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Das Ende von dem oder jedem an der Schiene fixierten Streifen kann mit einer Platte verschraubt sein, die an die Schiene geschweißt ist. Das andere Ende kann auf das Ende der oberen Verkleidung gehakt sein.
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Der Energieaufnahmemechanismus kann so ausgebildet sein, dass er zwei verschiedene Werte von Energieaufnahme während eines Zusammenschiebens des oberen Verkleidungsteils liefert, wenn der Klemmmechanismus geklemmt ist, wobei ein zweiter Wert niedriger ist als der erste Wert.
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Die Lenkbaugruppe kann Auswahlmittel zur Auswahl umfassen, welcher der zwei Werte während eines Zusammenschiebens anzuwenden ist. Diese können vor dem Aufprall ermitteln, welcher zum Tragen kommt, basierend auf Informationen von einem oder mehreren am Fahrzeug montierten Sensoren wie einem Sicherheitsgurtsensor, der feststellt, ob der Fahrer einen Sicherheitsgurt angelegt hat, einem Gewichtssensor, der das Gewicht des Fahrers ermittelt, einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor, der die Geschwindigkeit des Fahrzeugs ermittelt, usw.
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Das Auswahlmittel kann einen Prozessor umfassen.
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Der Energieaufnahmemechanismus kann einen zusätzlichen Energieaufnahmegurt umfassen, der einen ersten Teil, der relativ zur Schiene befestigt ist, wenn er sich im ersten Modus befindet, aber nicht im zweiten, und einen zweiten Teil, der an der oberen Verkleidung fixiert ist, aufweist, wobei sich die zusätzliche Energieaufnahmevorrichtung verformt, wenn sie sich im ersten Modus befindet, und dies nicht tut, wenn sie sich im zweiten Modus befindet, um einen Teil der Energie beim Zusammenschieben der Verkleidung aufzunehmen.
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Der Energieaufnahmemechanismus kann eine Verriegelung umfassen, die im ersten Betriebsmodus in einer ersten Stellung angeordnet ist, in der sie in den ersten Teil des zusätzlichen Energieaufnahmemechanismus eingreift, und sich im zweiten Betriebsmodus in eine zweite Stellung bewegt, in der sie den ersten Teil nicht zurückhalt.
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Die Verriegelung kann mit einer pyrotechnischen Vorrichtung verbunden sein, die bei Betätigung der Verriegelung ermöglicht, sich aus der ersten Stellung in die zweite Stellung zu bewegen. Die Vorrichtung kann vom Auswahlmittel betätigt werden.
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Die Baugruppe kann daher drei Gurte umfassen. Der mittlere von diesen kann schnell über eine pyrotechnische Vorrichtung unter Steuerung des Auswahlmittels abgewählt werden, wie durch Fahrergewicht, Fahrzeuggeschwindigkeit, Nichttragen des Sicherheitsgurts usw. bestimmt. Die Verwendung von drei Energieaufnahmegurten dient der Symmetrie, damit ihre kombinierte Widerstandskraft in jeder Einstellung in etwa mittig ist.
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Die Verriegelung kann ein Loch umfassen, in dem ein Stift der pyrotechnischen Vorrichtung angeordnet ist, wobei der Stift das Bewegen der Verriegelung verhindert, und wobei sich der Stift aus dem Loch bewegt, wenn die pyrotechnische Vorrichtung vom Auswahlmittel betätigt wurde, um den zweiten Betriebsmodus auszuwählen, in dem eine verringerte Energieaufnahme erforderlich ist. Wenn beispielsweise ein Fahrer einen Sicherheitsgurt angelegt hat und das Fahrzeug langsam fährt, würde erwartet werden, dass weniger Kraft auf die obere Verkleidung ausgeübt wird, die aufgenommen werden muss.
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Die Verriegelung kann einen Stab umfassen, der einen Führungsschlitz umfasst, der einen Führungsblock aufnimmt, wobei der Führungsblock relativ zur Schiene befestigt ist und sich der Führungsschlitz in einem spitzen Winkel zur Bewegungsrichtung der Schiene relativ zur oberen Verkleidung erstreckt, wobei der Block die Verriegelung im zweiten Modus führt, um sich vom ersten Teil der zusätzlichen Energieaufnahmevorrichtung weg zu bewegen. Beim Führen kann er dem Stab ermöglichen, sich von der oberen Verkleidung weg zu bewegen, so dass zusätzliche Energiegurte frei zwischen oberer Verkleidung und Stange passieren können.
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Der Führungsblock kann durch eine Führungsplatte gestützt sein, an der die ersten Enden der befestigten Energieaufnahmegurte fixiert sind. Die Führungsplatte kann die Seiten der Stange umgreifen, um mit dem Block zum Steuern der Bewegung der Verriegelung zusammenzuarbeiten. Die Führungsplatte kann darüber hinaus eine sichere Montage der pyrotechnischen Vorrichtung bereitstellen.
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Die Gurte und die Führungsplatte können am Ende der Schiene angeordnet sein, das am weitesten vom Lenkrad entfernt ist.
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Der Klemmstift kann mit einem Kopf an jedem Ende ausgestattet sein und der vom Klemmstift getragene Klemmmechanismus kann einen Nockenmechanismus umfassen, der auf dem Klemmstift angeordnet ist und eine feste Nocke und eine bewegliche Nocke umfasst, wobei der Nockenmechanismus dazu angeordnet ist, in der Länge zuzunehmen, wenn er sich aus einer nicht geklemmten Stellung in eine geklemmte Stellung bewegt.
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Die Köpfe können fest oder axial entlang des Klemmstifts verstellbar sein. Beispielsweise können ein oder beide Köpfe eine Mutter umfassen, die auf ein Gewinde am Ende des Klemmstifts geschraubt ist.
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Der Nockenmechanismus kann zwischen der Außenseite eines Arms und einem der Köpfe des Stifts angeordnet sein.
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Der Klemmmechanismus kann ferner einen Zahnstangenblock zwischen dem Nockenmechanismus und dem einen der Arme umfassen.
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Zusätzlich zum Bewegen des Tiefen- und/oder Höhenblocks in Eingriff mit Zähnen auf der oberen Verkleidung und der Halterung kann der Nockenmechanismus in der geklemmten Stellung eine Zugkraft auf den Klemmbolzen ausüben, die die Arme der Tragarmhalterung zusammendrückt, und er verringert diese Kraft, wenn er nicht geklemmt ist, um den Armen zu ermöglichen, sich voneinander weg zu bewegen, wobei die Arme wiederum die äußere Verkleidung auf die innere Verkleidung drücken.
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Im geklemmten Zustand wird die Schiene auf den Tragarm gedrückt. Um sicherzustellen, dass sich die Schiene nicht relativ zum Klemmbolzen bewegen kann, wenn sie ein wesentliches Maß geklemmt ist, kann eine erste Zahnstange angeordnet sein, die sich entlang des horizontalen Schlitzes der Schiene erstreckt, und der Klemmbolzen kann einen Tiefenverstellblock tragen, der eine zusätzliche Zahnstange aufweist, wobei eine Feder vorhanden ist, welche die Zähne von dem Nockenmechanismus im nicht geklemmten Zustand auseinander drängt, und die überwunden wird, wenn der Nockenmechanismus geklemmt ist, so dass Zähne des Blocks in die Zähne der Schiene eingreifen. Dies sorgt für eine Fixierung der Schiene.
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Die Zahnstange kann auf einer Platte angeordnet sein, die an die Schiene geschweißt ist. Die Schiene selbst kann ein Metallgussteil umfassen, das Teil der gegossenen oberen Verkleidung ist oder ein separates Metallbauteil sein kann, das an die obere Verkleidung geschweißt oder anderweitig fixiert ist.
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Auf ähnliche Weise kann zum Verhindern einer unerwünschten Höhenbewegung während eines Aufpralls eine zweite Zahnstange angeordnet sein, die sich entlang des vertikalen Schlitzes in einem der Tragarme erstreckt, und der Klemmbolzen kann einen Höhenverstellblock tragen, der eine zusätzliche Zahnstange aufweist, wobei die gleiche Feder die Zähne bei nicht geklemmtem Nockenmechanismus auseinander drängt, und die überwunden wird, wenn der Nockenmechanismus geklemmt ist. Dies sorgt für eine Fixierung der Schiene in der Höhe. Eine separate Feder könnte vorgesehen sein, um sie auseinander zu drängen.
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Die zwei Zahnblöcke und der Nockenmechanismus können auf den Klemmbolzen zwischen einem Arm und dem entsprechenden festen Kopf des Bolzens geschraubt sein, um einen einzigen Bauteilstapel bereitzustellen, wobei die Betätigung der Nocke die Gesamtlänge dieses Stapels ändert. In einer Modifizierung könnten sich die Nocke an einem Ende des Bolzens und die Zahnblöcke am anderen befinden. Es wäre der gleiche Längenstapel vorhanden, der aber aus zwei Unterstapeln bestehen würde, einer außerhalb jedes Arms.
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Wie beschrieben weist der Klemmmechanismus eine geklemmte und eine nicht geklemmte Stellung auf und kann in der geklemmten Stellung den unteren äußeren Verkleidungsteil auf den oberen inneren Verkleidungsteil drücken. Um eine weitere Steuerung der Zusammenschiebekraft bereitzustellen, in der eine Zahnfixierung bereitgestellt wird, kann der Klemmmechanismus dazu ausgebildet sein, zusätzlich eine zweite geklemmte Stellung bereitzustellen, in der die von den Armen auf den unteren Verkleidungsteil ausgeübte Presskraft verringert oder vollständig beseitigt ist, während die Fixierungszähne im Eingriff bleiben. In dieser sekundären geklemmten Stellung muss die Gesamtlänge des Stapels kleiner sein als für die erste geklemmte Stellung, aber größer als die nicht geklemmte Stellung.
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Das Maß der Entspannung des Klemmmechanismus zwischen der vollständig geklemmten und der sekundären geklemmten Stellung kann so gewählt werden, dass sie kleiner ist als die Höhe der Zähne, möglicherweise etwa 1 bis 2 mm.
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Der Klemmmechanismus kann dazu ausgebildet sein, sich bei Aufbringung einer ausreichenden Kraft auf das obere Verkleidungsteil in einer Zusammenschieberichtung der Lenkbaugruppe automatisch ohne Drehung der sich bewegenden Nocke des Nockenmechanismus in diese sekundäre geklemmte Stellung zu bewegen. In dieser sekundären geklemmten Stellung bleibt ein vom Fahrer betätigter Verriegelungshebel in der geklemmten Stellung.
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Zum Erzielen der zwei geklemmten Zustände kann wenigstens eine der Schnittstellen zwischen einer ersten Komponente in einem Stapel von entlang des Klemmstifts angeordneten Komponenten, ausgewählt aus einer Liste umfassend die Nockenbaugruppe, den einen der Arme der Halterung und die Zahnblöcke, einen erhabenen Teil und einen radial versetzten abgesenkten Teil umfassen, und eine zweite angrenzende Komponente, auf der sich die erste Komponente abstützt, umfasst eine Seite, die im vollständig geklemmten Zustand in den erhabenen Teil eingreift, aber nicht in den abgesenkten Teil, wodurch der erhabene Teil dazu ausgebildet ist, von der entsprechenden Seite der angrenzenden Komponente abzurücken, wenn eine radiale Last auf das Nockenbolzen einwirkt, die einen Schwellenwert überschreitet, so dass das abgesenkte Teil anschließend die Seite der zweiten angrenzenden Komponente berührt, wodurch die Länge des Stapels von Komponenten verringert wird.
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Unter dem Begriff „abrücken” ist zu verstehen, dass sich die Komponente schrittweise radial relativ zur angrenzenden Komponente bewegt, so dass sich die Seite der angrenzenden Komponente zum Berühren des abgesenkten Teils bewegt. Unter „erhaben” ist zu verstehen, dass der erhabene Teil näher am Tragarm ist als der abgesenkte Teil, wo die Seiten dem Tragarm zugewandt sind. Wenn die gestuften Seiten vom Tragarm weg zeigen, bedeutet der Begriff „erhaben”, dass der Teil weiter vom Tragarm entfernt ist als der abgesenkte Teil. In jedem Fall weist die Komponente eine größere axiale Länge gemessen entlang der Achse des Klemmstifts in einem Abschnitt auf, der den erhabenen Teil passiert, im Vergleich zu einem Abschnitt, der den abgesenkten Teil passiert.
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In einer vorteilhaften Anordnung kann der Klemmbolzen dazu ausgebildet sein, eine relative radiale Bewegung zwischen der ersten Komponente und der angrenzenden zweiten Komponente zu verursachen, die sie veranlasst, voneinander abzurücken, wenn eine vordefinierte radiale Last auf den Klemmbolzen ausgeübt wird.
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Der Klemmbolzen kann durch ein Fixierelement daran gehindert werden, sich in einer Richtung parallel zur Achse der Verkleidung zu bewegen, wenn die Last unterhalb eines vordefinierten Werts liegt, das wiederum an der Bewegung relativ zur Halterung durch eine zerbrechbare Verbindung abgehalten wird, die das Fixierelement mit der Halterung verbindet, wodurch im Gebrauch der Lenkbaugruppe, wenn sich der Klemmmechanismus im geklemmten Zustand befindet und eine Last auf die obere Säule in einer axialen Richtung ausgeübt wird, die den vordefinierten Schwellenwert überschreitet, die Verbindung abschert, wonach sich der Klemmbolzen wiederum radial bewegt und eine relative Bewegung zwischen der festen Nocke, der beweglichen Nocke und/oder dem Höhenblock bewirkt, welche die Spannung in dem Klemmbolzen verringert und dadurch wenigstens teilweise die Haftung des äußeren Rohrs am inneren Rohr löst, während der Eingriff der zwei Zahnstangen erhalten bleibt.
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Die Vorrichtung kann ein Paar gestufter Oberflächen an der Schnittstelle von einem oder mehreren der folgenden Paare der gestapelten Komponenten umfassen:
zwischen der festen Nocke und der beweglichen Nocke,
zwischen dem Höhenblock (falls vorhanden) und dem Tiefenblock (falls vorhanden),
zwischen dem Höhenblock oder dem Tiefenblock und dem Haltearm.
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Die Paare gestufter Oberflächen können am meisten bevorzugt an der Schnittstelle der festen Nocke und dem Höhenzahnblock angeordnet sein, wobei sich beide Komponenten im Drucklastpfad der Nocken befinden.
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Die Klemmbolzen kann in einem Teil entlang seiner Länge einen quadratischen Querschnitt aufweisen, der durch einen horizontalen Öffnungsschlitz einer an der Halterung fixierten Verdrehsicherungsplatte passt, wobei die Größe des Schlitzes das Drehen des Bolzens verhindert.
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Die Platte kann an einer Position zwischen den Armen der Halterung angeordnet sein. Die Platte kann einen Gelenkpunkt bereitstellen, welcher der Bewegung von diesem Teil des Nockenbolzens in Richtung der Achse der Verkleidung widersteht, wenn sich die obere Verkleidung zusammenschiebt.
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Der feste Nockenteil kann ebenfalls ein quadratisches Loch aufweisen, das in den quadratischen Querschnitt der Schraube eingreift. Die Verwendung der Vierkantschraube und Löcher verhindert das Drehen des Bolzens.
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Da eine Drehung des Nockenbolzens durch den quadratischen Querschnitt des Klemmbolzens verhindert wird, muss der Haltearm diese lediglich vom Verschieben in der Vorwärts- und Rückwärts-Richtung abhalten. Auf der Seite der festen Nocke, die dem Lenkrad am nächsten ist, kann dies durch Kontakt mit einer inneren vertikalen Seite des Schlitzes in der Höhenzahnplatte erzielt werden. Auf der anderen Seite des Sockels der festen Nocke kann die Vorwärts- und Rückwärts-Bewegung durch den Kontakt mit einem Kunststoff-Führungsblock verhindert werden, der schmelzbar am Höhenhalterungsseitenarm befestigt ist.
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Um die Arme der Halterung nach innen zu drücken, muss die feste Nocke die Spanne zwischen den vertikalen Seiten des vertikalen Schlitzes im Zahnblock überbrücken. Die Nocke kann als eine zweiteilige Baugruppe ausgebildet sein, in der das tatsächliche Nockenprofil als ein Sintermetalleinsatz gebildet ist, der anschließend in einen Nichtsintermetallsockel gedrückt wird, der eine höhere Biegefestigkeit aufweist.
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Eine horizontale rechteckige Öffnung im Führungsblock kann vorhanden sein, die um einen kürzeren rechteckigen Ansatz auf dem Seitenarm passt, was etwas Vorwärts/Rückwärts-Bewegung ermöglicht.
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2. ADAPTIVES AUFPRALLSCHEMA.
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Gemäß einem zweiten Aspekt stellt die Erfindung eine zusammenschiebbare Lenksäulenanordnung bereit, mit einer Lenkwelle, die in einer Lenksäulenverkleidung durch wenigstens eine Lagerbaugruppe gelagert ist, wobei die Verkleidung ein oberes Verkleidungsteil und ein unteres Verkleidungsteil umfasst, von denen das obere Verkleidungsteil zum Ende der Lenkwelle hin angeordnet ist, das dem Lenkrad am nächsten ist, und das untere Teil zum Ende der Welle hin angeordnet ist, das am weitesten vom Lenkrad entfernt ist, wobei das obere Teil wenigstens teilweise im unteren Teil angeordnet ist, so dass sich das obere Teil bei einem Aufprall teleskopisch in das untere Teil schieben kann,
einer Halterung, die im Gebrauch an einem festen Teil des Fahrzeugs fixiert ist und wenigstens einen Arm, der von einem Sockelteil entlang der Verkleidung im Bereich, in dem das untere Verkleidungsteil und das obere Verkleidungsteil überlappen, herabhängt, und einen Klemmmechanismus umfasst, der in einem geklemmten Zustand eine Schiene fixiert, die an der oberen Verkleidung an der Verkleidung fixiert ist, um eine Bewegung der oberen Verkleidung relativ zur Halterung zu verhindern, und in einem geklemmten Zustand eine Bewegung der Verkleidung relativ zur Halterung ermöglicht,
und wobei ferner die Schiene an der oberen Verkleidung durch einen Energieaufnahmemechanismus fixiert ist, der zwischen der Schiene und dem oberen Verkleidungsteil wirkt, der zum Bereitstellen von wenigstens zwei verschiedenen Werten der Energieaufnahme während eines Zusammenschiebens der Lenksäule konfigurierbar ist, in der sich das obere Verkleidungsteil relativ zur Klemmschiene bewegt.
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Die Baugruppe kann zwischen den zwei Konfigurationen in Reaktion auf ein Signal von einem Energieaufnahmewert-Auswahlmittel wechseln.
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Das Vorsehen einer Energieaufnahmevorrichtung mit zwei Werten zwischen der Schiene und der oberen Verkleidung ermöglicht ein einfaches Steuern der Menge der Widerstandskraft gegen das Zusammenschieben durch Wahl des entsprechenden Energieaufnahmewerts.
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Der Energieaufnahmemechanismus kann eine Verriegelung umfassen, die im ersten Betriebsmodus in einen Teil des zusätzlichen Energieaufnahmemechanismus eingreift, und einen zweiten Modus, in dem sie sich von diesem Teil löst.
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Die Verriegelung kann mit einer pyrotechnischen Vorrichtung verbunden sein, die bei Betätigung die Verriegelung aus dem ersten Modus in den zweiten Modus bewegt.
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Die Verriegelung und das Energieaufnahmeelement können mit einem Halter am oberen Verkleidungsteil befestigt sein.
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3. KLEMMBOLZEN-ENTSPANNER.
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Gemäß einem dritten Aspekt stellt die Erfindung eine zusammenschiebbare Lenksäulenanordnung bereit, mit einer Lenkwelle, die in einer Lenksäulenverkleidung durch wenigstens eine Lagerbaugruppe gelagert ist, wobei die Verkleidung ein oberes Verkleidungsteil und ein unteres Verkleidungsteil umfasst, von denen das obere Verkleidungsteil zum Ende der Lenkwelle hin angeordnet ist, das dem Lenkrad am nächsten ist, und das untere Teil zum Ende der Welle hin angeordnet ist, das am weitesten vom Lenkrad entfernt ist, wobei das obere Teil wenigstens teilweise im unteren Teil angeordnet ist, so dass sich das obere Teil bei einem Aufprall teleskopisch in das untere Teil schieben kann,
einer Halterung, die im Gebrauch an einem festen Teil des Fahrzeugs fixiert ist und wenigstens zwei Arme, die beide von einem Sockelteil entlang einer entsprechenden Seite der Verkleidung im Bereich, in dem der untere Verkleidungsteil und der obere Verkleidungsteil überlappen, herabhängen, umfasst, und
einem Klemmmechanismus, der einen Bauteilstapel umfasst, der entlang eines Klemmbolzens angeordnet ist, wobei der Klemmbolzen eine Öffnung in jedem Arm der Halterung passiert, wobei der Bauteilstapel eine Nockenbaugruppe umfasst, die zwischen einer nicht geklemmten Stellung, in der sie eine erste axiale Länge aufweist, und einer zweiten geklemmten Stellung, in der sie eine zweite größere axiale Länge aufweist, drehbar ist, wobei der Haltearm auf die Verkleidung gedrückt wird, wenn der Klemmmechanismus in geklemmter Stellung ist, wodurch die untere Verkleidung auf die obere Verkleidung gepresst ist,
dadurch gekennzeichnet, dass der Klemmmechanismus zum zusätzlichen Bereitstellen einer zweiten geklemmten Stellung ausgebildet ist, in der die von der Halterung auf den unteren Verkleidungsteil ausgeübte Presskraft ohne entsprechende Drehbewegung des Nockenmechanismus verringert oder vollständig beseitigt ist.
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Das Vorsehen der zweiten geklemmten Stellung verringert oder beseitigt die Reibung zwischen der unteren Verkleidung und oberen Verkleidung und stellt eine Unterstützung zum Verringern der Variabilität der Aufprallkraft-Weg-Charakteristik und ebenfalls ein Mittel zum Verbessern der Möglichkeit der Säule für einen Ride-down dar, wenn die Richtung der Aufprallkraft stark zur Säulenachse versetzt ist (beispielsweise um mehr als 30 Grad).
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Der Bauteilstapel kann einen vom Klemmstift getragenen Zahnhöhenblock umfassen, wobei der Zahnblock eine erste Zahnstange umfasst, die sowohl in der geklemmten als auch in der sekundären geklemmten Stellung in die entsprechenden Zähne eingreift, die relativ zur Halterung befestigt sind, wodurch eine Bewegung der Verkleidung in der Höhe verhindert wird, wobei der Zahnblock in der nicht geklemmten Stellung von den an der Halterung befestigten Zähnen auf Abstand gehalten wird.
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Der Bauteilstapel kann einen vom Klemmstift getragenen Zahntiefenblock umfassen, wobei der Zahntiefenblock eine zweite Zahnstange umfasst, die sowohl in der geklemmten als auch in der sekundären geklemmten Stellung in die entsprechenden Zähne eingreift, die relativ zur Schiene befestigt sind, wodurch eine Bewegung der Verkleidung in der Tiefe verhindert wird, wobei der Zahnblock in der nicht geklemmten Stellung von den an der Schiene befestigten Zähnen auf Abstand gehalten wird.
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Der Klemmbolzen kann einen Kopf an jedem Ende umfassen, wobei der Bauteilstapel zwischen einem Kopf und einem der Tragarme angeordnet ist.
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Der Reibungsentfernungsmechanismus dieses dritten Aspekts der Erfindung verringert die Spannung in dem Klemmbolzen unter einer Aufpralleinwirkung durch Verringern der Stapelhöhe eines Teils der Klemmbaugruppe, die unter Last steht, wenn sie durch ein kleines Maß geklemmt ist, eine Verringerung von vielleicht nur 1 bis 2 mm.
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Zum Erzielen der zwei geklemmten Zustände kann wenigstens eine der Schnittstellen zwischen einer ersten Komponente in einem Stapel von entlang des Klemmstifts angeordneten Komponenten, ausgewählt aus einer Liste umfassend die Nockenbaugruppe, den einen der Arme der Halterung und die Zahnblöcke, einen erhabenen Teil und einen radial versetzten abgesenkten Teil umfassen, und eine zweite angrenzende Komponente, auf welcher sich die erste Komponente abstützt, umfasst eine Seite, die im vollständig geklemmten Zustand in den erhabenen Teil eingreift, aber nicht in den abgesenkten Teil, wodurch der erhabene Teil ausgebildet ist, von der entsprechenden Seite der angrenzenden Komponente abzurücken, wenn eine radiale Last auf den Nockenbolzen einwirkt, die einen Schwellenwert überschreitet, so dass der abgesenkte Teil anschließend die Seite der zweiten angrenzenden Komponente berührt, wodurch die Länge des Stapels von Komponenten verringert wird.
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Unter dem Begriff „abrücken” ist zu verstehen, dass sich die Komponente mit Stufe radial relativ zur angrenzenden Komponente bewegt, so dass sich die Seite der angrenzenden Komponente zum Berühren des abgesenkten Teils bewegt. Unter „erhaben” ist zu verstehen, dass der erhabene Teil näher am Tragarm ist als der abgesenkte Teil, wo die Seiten zum Tragarm zeigen. Wenn die gestuften Seiten vom Tragarm weg zeigen, bedeutet der Begriff „erhaben”, dass der Teil weiter vom Tragarm entfernt ist als der abgesenkte Teil. In jedem Fall weist die Komponente eine größere axiale Länge gemessen entlang der Achse des Klemmstifts in einem Abschnitt auf, der den erhabenen Teil passiert, im Vergleich zu einem Abschnitt, der den abgesenkten Teil passiert.
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In einer vorteilhaften Anordnung kann der Klemmbolzen dazu angeordnet sein, eine relative radiale Bewegung zwischen der ersten Komponente und der angrenzenden zweiten Komponente zu verursachen, die sie veranlasst, voneinander abzurücken, wenn eine vordefinierte radiale Last auf den Klemmbolzen ausgeübt wird.
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Der Klemmbolzen kann durch ein Fixierelement daran gehindert sein, sich in einer Richtung parallel zur Achse der Verkleidung zu bewegen, wenn die Last unterhalb eines vordefinierten Werts liegt, welches wiederum an der Bewegung relativ zur Halterung durch eine zerbrechbare Verbindung abgehalten ist, die das Fixierelement mit der Halterung verbindet, wodurch im Gebrauch der Lenkbaugruppe, wenn sich der Klemmmechanismus im geklemmten Zustand befindet und eine Last auf die obere Säule in einer axialen Richtung ausgeübt wird, die den vordefinierten Schwellenwert überschreitet, die Verbindung abschert, wonach sich der Klemmbolzen wiederum radial bewegt und eine relative Bewegung zwischen der festen Nocke, der beweglichen Nocke und/oder dem Höhenblock bewirkt, welche die Spannung in dem Klemmbolzen verringert und dadurch wenigstens teilweise die Haftung des äußeren Rohrs am inneren Rohr löst, während der Eingriff der zwei Zahnstangen erhalten bleibt.
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Die Vorrichtung kann ein Paar gestufter Oberflächen an der Schnittstelle von einem oder mehreren der folgenden Paare der gestapelten Komponenten umfassen:
zwischen der festen Nocke und der beweglichen Nocke,
zwischen dem Höhenblock (falls vorhanden) und dem Tiefenblock (falls vorhanden),
zwischen dem Höhenblock oder dem Tiefenblock und dem Haltearm.
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Die Paare gestufter Oberflächen können am meisten bevorzugt an der Schnittstelle der festen Nocke und dem Höhenzahnblock angeordnet sein, wobei sich beide Komponenten im Drucklastpfad der Nocken befinden.
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Der Klemmbolzen kann in einem Teil entlang seiner Länge einen quadratischen Querschnitt aufweisen, der durch einen horizontalen Öffnungsschlitz einer an der Halterung fixierten Verdrehsicherungsplatte passt, wobei die Größe des Schlitzes das Drehen des Bolzens verhindert.
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Die Platte kann an einer Position zwischen den Armen der Halterung angeordnet sein. Die Platte kann einen Gelenkpunkt bereitstellen, welcher der Bewegung von diesem Teil der Nockenschraube in Richtung der Achse der Verkleidung widersteht, wenn sich die obere Verkleidung zusammenschiebt.
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Der feste Nockenteil kann ebenfalls ein quadratisches Loch aufweisen, das in den quadratischen Querschnitt des Bolzens eingreift. Die Verwendung der Vierkantschraube und Löcher verhindert das Drehen des Bolzens.
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Da eine Drehung des Nockenbolzens durch den quadratischen Querschnitt des Klemmbolzens verhindert wird, muss der Haltearm diese lediglich vom Verschieben in der Vorwärts- und Rückwärts-Richtung abhalten. An der Seite der festen Nocke mit geringstem Abstand zum Lenkrad kann dies durch Kontakt mit einer inneren vertikalen Seite des Schlitzes in der Höhenzahnplatte erzielt werden. Auf der anderen Seite des Sockels der festen Nocke kann die Vorwärts- und Rückwärts-Bewegung durch den Kontakt mit einem Kunststoff-Führungsblock verhindert werden, der schmelzbar am Höhenhalterungsseitenarm befestigt ist.
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Um die Arme der Halterung nach innen zu drücken, muss die feste Nocke die Spanne zwischen den vertikalen Seiten des vertikalen Schlitzes im Zahnblock überbrücken. Die Nocke kann als eine zweiteilige Baugruppe ausgebildet sein, in der das tatsächliche Nockenprofil als ein Sintermetalleinsatz gebildet ist, der anschließend in einen Nichtsintermetallsockel gedrückt wird, der eine höhere Biegefestigkeit aufweist.
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Eine horizontale rechteckige Öffnung im Führungsblock kann vorhanden sein, die um einen kürzeren rechteckigen Ansatz auf dem Seitenarm passt, was etwas Vorwärts/Rückwärts-Bewegung ermöglicht.
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Ausführliche Beschreibung
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Beispielhaft wird nachfolgend eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen und wie in diesen dargestellt beschrieben.
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1 zeigt eine Lenksäulenanordnung im Querschnitt;
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2 zeigt eine entsprechende Ansicht einer Ausführungsform einer Lenksäulenanordnung gemäß einem Aspekt der Erfindung;
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3 zeigt eine Teilansicht der Baugruppe aus 1 vor dem Zusammenschieben;
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4 zeigt eine Ansicht entsprechend 3 nach einem Zusammenschieben;
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5(a) und (b) zeigen den Klemmmechanismus der Anordnung aus 2 bis 4;
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6(a) und (b) zeigen Ansichten des Nockenmechanismus der Klemmbaugruppe in nicht geklemmter und geklemmter Stellung;
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7 zeigt eine Querschnittansicht der Baugruppe aus 2 von oben im Detail vor einem Zusammenschieben;
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8 zeigt eine Ansicht entsprechend 7 nach einem Zusammenschieben;
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9 zeigt eine Draufsicht eines Teils des Energieaufnahmemechanismus der Lenksäulenanordnung aus 2;
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10 zeigt eine Ansicht der Energieaufnahmeanordung vor einem Zusammenschieben;
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11 zeigt eine Ansicht entsprechend 10 nach einem Zusammenschieben; und
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12 bis 15 zeigen die Baugruppe sich von einem nicht zusammengeschobenen in einen zusammengeschobenen Zustand in einem Status bewegend, in dem die pyrotechnische Verriegelung entriegelt ist, um die Zusammenschiebekraft zu verringern.
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Wie in 2 dargestellt umfasst eine zusammenschiebbare Lenksäulenanordnung 200 gemäß wenigstens einem Aspekt der vorliegenden Erfindung eine teleskopische Lenkwelle 210, die ein Lenkrad 220 trägt und das Lenkrad mit einem Getriebe 230 verbindet. Die Lenkwelle ist in einer teleskopischen Lenksäulenverkleidung durch zwei Lagerbaugruppen 240, 250, eine Lagerbaugruppe 240 nahe dem Lenkrad 220 und die andere Lagerbaugruppe 250 weiter unten an der Verkleidung, gelagert und kann sich frei um seine Achse drehen, um ein Drehen des Lenkrads zu ermöglichen.
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Die Verkleidung weist ein oberes Verkleidungsteil 260 und ein unteres Verkleidungsteil 270 auf. Jedes Teil ist rohrförmig und umfasst ein hohles, längliches Rohr. Das obere Verkleidungsteil 260 ist zu dem Ende der Lenkwelle hin angeordnet, das dem Lenkrad 220 am nächsten ist, und das untere Teil 260 ist zu dem Ende der Welle hin angeordnet, das am weitesten vom Lenkrad 220 entfernt ist. Das Ende des oberen Teils, das am weitesten vom Lenkrad entfernt ist, ist eine Gleitpassung innerhalb des Endes des unteren Teils, das dem Lenkrad am nächsten ist, so dass sich das obere Teil bei einem Aufprall teleskopisch in das untere Teil schieben kann. Wie dargestellt passt etwa die Hälfte des oberen Rohrteils in das untere Rohrteil.
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Die Verkleidung 260, 270 ist an der Karosserie befestigt. Wie dargestellt ist sie zu einem unteren Ende hin durch das Getriebe an einem Gelenkpunkt 280 befestigt.
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Etwa auf der Hälfte entlang der Verkleidung ist sie lösbar an einer Halterung 300 befestigt, die im Gebrauch an einem festen Teil des Fahrzeugs (nicht dargestellt) fixiert ist. Die Halterung 300 ist aus Übersichtlichkeitsgründen in der 2 weggelassen und ist am besten in 5 und 7, 8 zu erkennen; sie umfasst zwei Arme 310, 320, die von einem Sockelteil 330 entlang der entsprechenden Seiten der Verkleidung im Bereich, in dem der untere Verkleidungsteil und der obere Verkleidungsteil überlappen, herabhängen. Jeder Arm 310, 320 in dieser Ausführungsform umfasst eine Öffnung, in diesem Beispiel einen länglichen, im Wesentlichen vertikalen Schlitz 315, 325, durch den ein Klemmstift oder -bolzen 340 passt. Dieser Klemmstift 340 passt auch durch einen länglichen, im Wesentlichen horizontalen Schlitz 350 in einer Schiene 360, die an der Oberseite der oberen Verkleidung fixiert ist. Diese Schiene ist am besten in 3 und 4 der Zeichnungen zu erkennen. Die Schiene erstreckt sich durch einen Schlitz an der Oberseite der unteren Verkleidung, so dass sie oberhalb der unteren Verkleidung zwischen den Armen der Halterung 300 verläuft. Der Klemmstift 340 trägt einen Klemmmechanismus, der so ausgebildet ist, dass sich im nicht geklemmten Zustand der Klemmstift 340 in den vertikalen Schlitzen 315, 325 nach oben und unten und entlang des horizontalen Schlitzes 350 in der Schiene 360 bewegen kann, um es zu ermöglichen, die Verkleidung in Höhe und Tiefe zu verstellen. Im geklemmten Zustand ist die obere Verkleidung bezüglich der Halterung festgesetzt, um die Höhen- und Tiefenstellung zu arretieren.
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Wie in 5 und 7 dargestellt hat der Klemmstift 340 einen quadratischen Querschnitt und passiert einen vertikalen Schlitz 375 in einer Verdrehsicherungsplatte 370, die vom Halterungssockel 330 etwa in der Mitte zwischen den Armen 310, 320 herabhängt. Die Breite des Klemmstifts und des Schlitzes 375 sind so gewählt, dass durch den Schlitz in der Verdrehsicherungsplatte verhindert wird, dass sich der Klemmstift 340 dreht.
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Die Verkleidung 260, 270 wird in Position arretiert durch Verringern der Länge des Teils der Klemmbolzen 340, der zwischen den Haltearmen 310, 320 angeordnet ist, mittels Betätigung eines Klemmmechanismus. In dieser Ausführungsform hat der Klemmstift einen Kopf 341, 342, der an jedem Ende des Klemmbolzens angeordnet ist. Ein Bauteilstapel (dargestellt in 7 durch die geschweifte Klammer) ist entlang des Klemmbolzens 340 zwischen einem der Arme 320 und dem angrenzenden Kopf 342 angeordnet und die Gesamtlänge dieses Stapels wird geändert, wenn sich der Klemmmechanismus zwischen geklemmter und nicht geklemmter Stellung bewegt. Die Längenänderung ändert die Länge des Klemmbolzens 340, der aus einem der Tragarme 320 hervorragt, was wiederum die Länge des Klemmbolzens 340 ändert, der sich zwischen den Haltearmen erstrecken kann. 5(a) und 5(b) zeigen die Änderung von der Länge L1 des Bolzens zwischen den Armen im geklemmten Zustand zur Länge L2 im nicht geklemmten Zustand.
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Zum Bereitstellen einer Arretierung im geklemmten Zustand ist ein Arm 320 mit einer Zahnstange 500 ausgestattet, die sich entlang des vertikalen Schlitzes erstreckt, und der Bauteilstapel umfasst einen Zahnblock oder eine Zahnplatte 510, der bzw. die zwischen dem Arm und dem Kopf 342 des Klemmstifts 340 angeordnet ist. Der Block bzw. die Platte trägt eine zweite Stange mit komplementären Zähnen, die der ersten Stange 500 zugewandt sind. Eine Feder 520 drückt den Block 510 vom Arm 320 weg, wenn der Klemmmechanismus nicht geklemmt ist, und wird zusammengedrückt, wenn dieser geklemmt ist, so dass die Zähne der zwei Stangen ineinander greifen.
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Eine zweite Zahnstange 530 ist auf einer Platte angeordnet, die an der Klemmschiene 360 entlang des horizontalen Schlitzes 350 fixiert ist, und der Bauteilstapel umfasst einen zweiten Zahnblock oder Zahnplatte 540, der bzw. die auf dem Klemmstift 340 angeordnet ist, der am oberen Verkleidungsteil fixiert ist und sich durch einen Schlitz in das untere Verkleidungsteil erstreckt. Dieser zweite Block wird ebenfalls durch die Feder 520 von den Zähnen weggedrückt, wenn die Baugruppe nicht geklemmt ist.
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Zum Erzeugen der erforderlichen Klemmung umfasst der Stapel einen Nockenmechanismus, der auf den Klemmstift 340 zwischen dem Höhenblock 510 und dem festen Kopf 342 geschraubt ist. Der Nockenmechanismus umfasst eine feste Nocke 600 und eine bewegliche Nocke 610. Die bewegliche Nocke ist an einem Hebel (dargestellt in 5(a) und 5(b)) fixiert, der einem Benutzer das Drehen der beweglichen Nocke um die Nockenschraube ermöglicht. Die feste Nocke dreht sich nicht, da die feste Nocke ein quadratisches Loch aufweist und auf einen quadratischen Querschnitt des Klemmstifts 340 gesetzt ist, so dass sich die feste Nocke nicht drehen kann. Die bewegliche Nocke weist ein größeres rundes Loch auf, so dass sie sich drehen kann.
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Ein Drehen des Klemmhebels ändert die Gesamtlänge des Nockenmechanismus zwischen einer minimalen Länge im nicht geklemmten Zustand und einer maximalen Länge in einem geklemmten Zustand. Die Länge wird entlang der Achse des Klemmstifts gemessen. Dies ist in 6(a) und 6(b) jeweils für die nicht geklemmte und die geklemmte Stellung dargestellt.
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Der Nockenmechanismus 600, 610 drückt in seiner längsten Stellung den Kopf 342 des Stifts 340 von der Halterung weg. Der andere Kopf 341 greift in den anderen Arm 310 der Halterung ein und versucht, der Bewegung des Kopfes 342 von der Halterung weg entgegenzuwirken. Das Ergebnis ist, dass der Nockenmechanismus im geklemmten Zustand eine Kraft zwischen dem festen Kopf 342 und dem Arm 320 ausübt, welche die Zahnblöcke in Eingriff mit den entsprechenden Höhen- und Tiefenzahnstangen drückt. Diese Kraft drückt ferner die zwei Arme der Halterung zusammen, wobei das äußere Rohr der Verkleidung auf das innere Rohr gepresst wird.
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Wie in 7 und 8 dargestellt ist ein Führungsblock 550 vorhanden, der die feste Nocke relativ zum Tragarm fixiert. Der Block 550 ist normalerweise am Tragarm durch einen Scherstift 560 fixiert. Der Führungsblock verhindert Seitenbewegungen der festen Nocke und verhindert somit Seitenbewegungen des Klemmstifts 340, wobei der vertikale Schlitz im Arm ansonsten etwas Übergröße aufweist, um diese Bewegung zu ermöglichen. Wie nachfolgend erläutert kann der Scherstift 560 unter Last abscheren, um ein kleines Maß radialer Bewegung des Klemmstifts 340 zu ermöglichen, der sich um den Schlitz in der Verdrehsicherungsplatte 370 dreht. Diese Bewegung bewirkt, dass ein erhabener Teil der Seite der festen Nocke von einer entsprechenden Seite der Höhenzahnplatte abrückt und ein erhabener Teil der Zahnplatte von einer Seite der festen Nocke abrückt, wodurch die Gesamtdicke der festen Nocke und der Höhenzahnplatte verringert wird. Wenn dies geschieht, verringert sich das Maß der Spannung in dem Klemmbolzen, aber die Zähne bleiben in Eingriff. Die Verringerung reicht aus, um die Presskraft des äußeren Rohrs auf das innere Rohr zu beseitigen, nicht jedoch dazu, um ein übermäßiges freies Spiel zu bewirken.
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7 zeigt die Lenksäulenanordnung in vollständig geklemmter Stellung, bevor der Stift 560 abgeschert ist, und 8 zeigt sie, wenn sich der Klemmmechanismus in der so genannten sekundären geklemmten Stellung befindet, nachdem der Stift abgeschert ist. In dieser Stellung bleiben die Zähne der Tiefen- und Höhenstangen in Eingriff, aber die Länge des Klemmstifts zwischen den zwei Haltearmen hat etwas zugenommen, wodurch das Maß des Zusammendrückens der zwei Verkleidungen verringert wird.
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Diese Anordnung des Klemmmechanismus ermöglicht es, die Reibung zwischen den Rohren, die aufgrund der Betätigung des Klemmhebels und des Nockenmechanismus vorhanden ist, bei Auftreten eines Aufpralls zu beseitigen.
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Wie in 3 und 4 der Zeichnungen dargestellt ist die Klemmschiene 360 an der oberen Verkleidung 260 an einem dem Lenkrad nächsten Ende durch eine Fixierlasche 700 fixiert. Die Lasche ist um ein Ende der Schiene gehakt, das dem Lenkrad zugewandt ist. Im normalen Gebrauch (Scherstift 560 nicht gebrochen, Klemmmechanismus entweder geklemmt oder nicht geklemmt) stellt die Lasche 700 sicher, dass sich die Schiene 360 nicht axial relativ zur oberen Verkleidung 260 in einer Richtung zum Lenkrad hin bewegt. Die Lasche 700 kann sich verformen, wenn eine Kraft auf die obere Verkleidung ausgeübt wird, die einen vordefinierten Wert überschreitet, damit sich die obere Verkleidung relativ zur Schiene bewegen und unter der Schiene passieren kann. Dies ermöglicht ein Zusammenschieben der Verkleidung, während die Schiene an der Klemmbolzen geklemmt und somit in der Stellung relativ zur Halterung befestigt bleibt.
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Genauer flacht die Bewegung der Schiene die Hakenlasche 700 nach unten zum Hauptkörper der oberen Verkleidung hin ab. Dies ist in 4 dargestellt.
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Die Klemmschiene 360 ist ebenfalls an der oberen Verkleidung am vom Lenkrad am weitesten entfernten Ende durch einen Energieaufnahmemechanismus 800 befestigt, wie am besten in 9 zu erkennen. Dieser Mechanismus 800 steuert die Bewegung der Schiene 360 relativ zur Verkleidung, wenn eine hohe axiale Last auf die obere Verkleidung einwirkt, die ein teleskopisches Zusammenschieben der Lenksäulenanordnung bewirkt. Wenn sich die Schiene relativ zur Verkleidung bewegt, verformt sich der Energieaufnahmemechanismus und diese Verformung nimmt die Energie auf.
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Der Energieaufnahmemechanismus ist am besten in 9 bis 15 der beigefügten Zeichnungen zu erkennen. 9 zeigt die Baupruppe 800 in Draufsicht, während 10 bis 15 die Baugruppe in verschiedenen Phasen des Zusammenschiebens der Lenksäulenanordnung zeigen. Wie nachfolgend erläutert ist ein wesentliches Merkmal dieses Teils der Baugruppe, dass der Energieaufnahmemechanismus das gleiche Kraft-Hub-Profil unabhängig von der ursprünglichen vor einem Aufprall gewählten Tiefeneinstellposition liefert.
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Der Energieaufnahmemechanismus umfasst drei aufgewickelte Energieaufnahmegurte 810, 820, 830, die nebeneinander angeordnet sind. Die Achse jedes Gurts ist rechtwinklig zur Achse der Verkleidung, wobei die Wicklungen im Wesentlichen in einer vertikalen Ebene angeordnet sind. Alle drei Gurte 810, 820, 830 sind an einem Ende an einer Platte 840 verankert, die an der oberen Verkleidung 260 befestigt ist. Die anderen Enden der äußeren zwei Gurte sind an der Schiene 360 durch Schrauben 850 fixiert und das andere Ende des mittleren Gurts ist wahlweise an einem an der Schiene befestigten Verriegelungsmechanismus 860 fixiert, je nachdem, in welchem der zwei verschiedenen Energieaufnahmemodi sich die Baugruppe befindet. Bei relativer Bewegung der oberen Verkleidung und der Klemmschiene mit dem Klemmmechanismus in der sekundären Klemmstellung wickeln sich die äußeren zwei Energieaufnahmegurte selbst ab und nehmen Energie auf. Die innere Wicklung funktioniert auf die gleiche Weise, wenn sie an der Verriegelung fixiert ist; wenn sie aber von der Verriegelung gelöst ist, wickelt sie sich nicht ab und spielt bei der Aufnahme der Aufprallenergie keine Rolle.
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Die Verriegelung 860 kann am Bewegen aus einer Stellung, in der sie in den inneren aufgewickelten Gurt 820 eingreift, durch eine pyrotechnische Vorrichtung 870 gehindert sein, die an einem Halter fixiert ist, der wiederum an der Klemmschiene fixiert ist. Die pyrotechnische Vorrichtung 870 zieht einen Stift 880 zurück, der normalerweise in einem Loch in der Verriegelung 860 angeordnet ist, um ein Bewegen der Verriegelung relativ zur Klemmschiene 360 zu verhindern. Bei Fixierung durch den Stift 870 ist das Ende des inneren Gurts 820 durch die Verriegelung gegen eine Bewegung blockiert. 10 zeigt die innere Wicklung vor dem Zusammenschieben und 11 zeigt die Wicklung, wie sie sich während der relativen Bewegung der oberen Verkleidung und Schiene abwickelt.
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Wie in 9 bis 15 dargestellt, ist die Verriegelung 860 an einem abgewinkelten rechteckigen Ansatz 890 an einer Seite eines Tragarms montiert. Dieser Ansatz, der kürzer ist als eine entsprechende Öffnung in der Verriegelung, führt die Verriegelung 860 unter Last zum Gleiten nach oben und vorne (siehe gepunktete Pfeile rechts in 13), wenn der Stift der pyrotechnischen Vorrichtung entfernt wird. Dieser Gleitvorgang erfolgt, weil das Ende des nicht in Eingriff befindlichen Energieaufnahmegurts auf den horizontalen Flansch der Verriegelung drückt. Es ist schnell ein Punkt erreicht, an dem sich das Ende des inneren Gurts ungehindert unter dem Flansch der erhabenen Verriegelung weiter nach vorne bewegen kann. Diese Bewegung ist in 12 bis 15 dargestellt.
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Die pyrotechnische Vorrichtung 870 entfernt den Stift 880 in Reaktion auf ein Signal eines Controllers, das entsprechend Parametern wie der Geschwindigkeit des Fahrzeugs und abhängig davon, ob der Fahrer einen Sicherheitsgurt angelegt hat oder nicht unterschiedlich sein kann.
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Nachfolgend wird die Wirkungsweise der Lenkbaugruppe vor und nach einem Aufprallereignis beschrieben.
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Wenn der Fahrer die Lenkung in der Tiefe oder Höhe einstellen will, wird der Klemmhebel gedreht, um zu bewirken, dass sich der Nockenmechanismus in seine kürzeste Länge bewegt. Die Federn drücken die Zahnstangen zur Seite und die Verkleidung kann beliebig verstellt werden. Anschließend wird der Klemmhebel gedreht, um den Nockenmechanismus in seine größte Länge zu bewegen, wobei die Federn zusammengedrückt und die Zahnstangen zusammengebracht werden. Dies drückt auch die untere Verkleidung auf die obere Verkleidung, wodurch radiales Spiel zwischen den Verkleidungen beseitigt wird.
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Bei normaler Verwendung, wenn keine axiale Last auf die obere Verkleidung einwirkt oder eine geringe Last aufgebracht wird, ist eine Bewegung der Verkleidung durch den Klemmmechanismus verhindert. Die Kraft wird durch den zerbrechbaren Stift zur Halterung abgeleitet.
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Wenn eine große axiale Kraft auf die obere Verkleidung in einer Richtung weg vom Lenkrad einwirkt, wie dies bei einem Aufprall erfolgt, bei dem ein Fahrer auf das Lenkrad geschleudert wird, bewegt sich die obere Verkleidung ein wenig und diese Bewegung bewirkt das Abscheren des Stifts. Dies wiederum ermöglicht eine weitere Bewegung der festen Nocke relativ zur beweglichen Nocke, bis sie abrückt, wodurch die Klemmspannung gelöst wird, die eine Reibung zwischen der äußeren Verkleidung und der inneren Verkleidung erzeugt. Der Klemmmechanismus bewegt sich in die sekundäre geklemmte Stellung, in der die untere Verkleidung nicht mehr auf die obere Verkleidung gedrückt wird. Dies beseitigt die Reibwirkung zwischen den zwei Verkleidungen, während sich die obere Verkleidung weiter bewegt.
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Sobald der Stift abgeschert ist, bewegen sich Klemmbolzen und Schiene axial etwa 4 mm. Der Klemmbolzen bleibt in Zahneingriff mit der Schiene, so dass sich die Schiene nicht mehr axial relativ zum Klemmstift bewegen kann, was die Bewegung stoppt, da sie durch die Haltearme blockiert ist.
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Sowie sich die obere Säule weiter bewegt, ungehindert durch die Reibung, die zwischen der oberen Säule und der äußeren Säule bestand, verformt das Ende der festen Schiene die Lasche, wenn sich das obere Rohr weiter nach unten zum Getriebe hin bewegt. Diese Verformung der Lasche nimmt einiges der Aufprallenergie auf. Sobald sie überwunden ist, bewegt sich das obere Rohr weiter und beginnt, die Energieaufnahmegurte zu verformen.
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Bei einem normalen Aufprall mit geringer Energie verformen sich alle drei Gurte zur Aufnahme von Energie. Der mittlere Gurt ist am oberen Rohr befestigt und weist einen Teil auf, der auf der Verriegelung einhakt, die wiederum an der Schiene befestigt ist. Die Schiene kann sich nicht bewegen, weil sie am Stift befestigt ist.
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Die äußeren Gurte sind an der Schiene und der oberen Säule befestigt und verformen sich ebenfalls.
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Bei einem leichten Aufprall wird die Verriegelung gelöst und kann aus dem Weg gleiten, wodurch sich der mittlere Gurt aus der Verriegelung aushaken kann und sich somit als Ganzes mit der oberen Säule bewegen kann, ohne Beitrag zur Energieaufnahme.
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Das Abscheren des Führungsblockstifts stellt das anfängliche Losbrechen unter Aufpralleinwirkung darf und führt zu einer Vorwärtsbewegung des Lenkrads von etwa 4 mm. Der anfängliche Stoß muss die Stärke des Stifts und ebenfalls die Rohr/Rohr-Klemmreibung überwinden. Nach dem Losbrechen verschwindet letztere und die gesamte Aufprallkraft wird auf die schmelzbare Lasche konzentriert, die den Klemmhalter am inneren Rohr fixiert. Wenn die Klemmreibung zwischen den Rohren 1.000 N beträgt, muss für eine spezifizierte Gesamtlosbrechkraft (beispielsweise 5.000 N) die Scherfestigkeit des Stifts mit 4.000 N festgelegt sein und die Festigkeit der Lasche muss 5.000 N betragen. Unter einer Einwirkung von 5.000 N ist die Lasche nur 4.000 N ausgesetzt, bevor der Stift versagt, da die Rohrreibung die restlichen 1.000 N verbraucht. Erst nach dem Losbrechen ist die Lasche der vollen Kraft von 5.000 N ausgesetzt und versagt, was zum eigentlichen Losbrechen führt. Dadurch ist die korrekte Abfolge gewährleistet.
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Die Energieaufnahmegurte sind um sich selbst gewickelt und müssen nicht über Ambosse gleiten. Daher besteht keine Reibkraftkomponente von den Energieaufnahmegurten, wenn sie sich bei einem Aufprall verformen (das heißt gerade richten). Die Aufprallkraft ist vollständig auf die im Material aufgenommene Verformungsenergie zurückzuführen.
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Wenn der mittlere Energieaufnahmegurt von der Verriegelung gelöst wird, bedeutet seine kompakte aufgewickelte Form, dass er während des Aufprallhubs innerhalb des Bauraums bleibt.
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Die pyrotechnische Vorrichtung muss sich lediglich (axial) um das Maß des Tiefeneinstellhubs bewegen. Die Energieaufnahmegurte können darunter passieren. Der Tragarm der pyrotechnischen Vorrichtung ist so schmal wie möglich ausgeführt, um zu gewährleisten, dass die maximale Breite für die Energieaufnahmegurte zur Verfügung steht.
