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Die Erfindung betrifft ein Lenkmodul für Fahrzeuge, vorzugsweise für Kraftfahrzeuge, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Um Lenkelemente, wie Lenkräder, in Kraftfahrzeugen auf den Fahrer einstellen zu können, ist es bekannt, die mit dem Lenkelement verbundene Lenkspindel aus einer Ausgangslage bis in eine Endlage verschieben zu können. Um einen großen Verschiebeweg zu ermöglichen, hat das Lenkmodul eine entsprechende Länge. Häufig bereitet es dann Probleme, ein solches Lenkmodul in kleineren Bauräumen innerhalb des Fahrzeuges unterbringen zu können.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Lenkmodul so auszubilden, dass es bei kompakter Gestaltung einen großen Verschiebeweg der Lenkspindel und damit des Lenkelementes ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird beim gattungsgemäßen Lenkmodul erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
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Beim erfindungsgemäßen Lenkmodul ist die Lenkspindel so eingebaut, dass sie aus ihrer Ausgangslage in serieller Folge in ihre Endlage verschoben werden kann. Die sequentielle Verschiebebewegung der Lenkspindel ermöglicht es, diese sehr weit in das Lenkmodul einzuschieben. Auf Grund der sequentiellen Ausziehbewegung kann die Lenkspindel mit dem Lenkelement einen großen Verschiebeweg zurücklegen.
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Um die Lenkspindel mit dem Lenkelement zu verschieben, ist in vorteilhafter Weise ein Drehantrieb vorgesehen. Er kann beispielsweise ein Riementrieb sein, mit dem in konstruktiv einfacher Weise die Verstellbewegung der Lenkspindel eingeleitet werden kann.
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Das Lenkmodul hat vorteilhaft wenigstens eine drehbar gelagerte Mutter, die mit dem Drehantrieb antriebsverbunden ist. Sie ist ein kostengünstiges, einfaches Bauteil, das zudem wenig Einbauraum in Anspruch nimmt. Dadurch trägt sie zur kompakten Bauweise des Lenkmoduls bei.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Mutter mit einer Außenhülse des erfindungsgemäßen Lenkmoduls antriebsverbunden. Vorteilhaft umgibt die Mutter die Außenhülse, so dass die Drehbewegung der Mutter unmittelbar auf die Außenhülse übertragen werden kann.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform wirkt die Außenhülse mit einem Kupplungselement zusammen, das die Außenhülse gegen Drehen um seine Achse sichert. Dadurch wird erreicht, dass beim Drehen der Mutter die Außenhülse zunächst nicht mitgedreht wird, weil das Kupplungselement ein Drehen der Außenhülse verhindert. Dadurch wird die Außenhülse beim Drehen der Mutter lediglich axial verschoben.
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Wenn die Außenhülse mit einer sie umgebenden Innenhülse antriebsverbunden ist, ergibt sich eine sehr kompakte Gestaltung des Lenkmoduls. Die Innenhülse trägt zum sequentiellen Verstellen der Lenkspindel bei.
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Vorteilhaft folgt die Antriebsverbindung zwischen der Außenhülse und der Innenhülse über eine Zwischenmutter, über die die Bewegung der Außenhülse auf die Innenhülse einfach übertragen werden kann.
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Die Zwischenmutter ist vorteilhaft drehfest und axial unverschieblich mit der Außenhülse verbunden. Dadurch macht die Zwischenmutter die Bewegungen der Außenhülse beim Verstellvorgang in einfacher Weise mit.
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Die Innenhülse ist bei einer bevorzugten Ausführungsform begrenzt axial verschiebbar.
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Damit die Innenhülse bei ihrer Verschiebebewegung nicht um ihre Achse dreht, ist sie in vorteilhafter Weise an ihrer Außenseite mit wenigstens einer axialen Nut versehen, in die wenigstens ein Führungsteil eingreift.
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Die Länge der Nut in der Außenseite der Innenhülse ist so gewählt, dass sie den Verschiebeweg der Innenhülse gegenüber der Außenhülse bestimmt. Das Führungsteil schlägt in diesem Falle beim Verschieben der Innenhülse aus der Außenhülse an einem Rand der Nut an und verhindert damit ein weiteres Herausschieben der Innenhülse aus der Außenhülse.
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Die Innenhülse umgibt in vorteilhafter Weise die Lenkspindel, vorzugsweise mit Abstand. Auf diese Weise greifen die Außenhülse, die Innenhülse und die Lenkspindel zumindest in der Ausgangslage ineinander. Dies trägt zur kompakten, in Verschieberichtung kurze Bauweise des Lenkmoduls bei.
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Eine sichere Führung der Lenkspindel bei der Ausziehbewegung wird dann erreicht, wenn die Lenkspindel mit wenigstens einem Führungselement in einer Nabe eines Aktuators geführt ist.
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Das Führungselement kann in Achsrichtung der Nabe verschoben werden, wenn die Lenkspindel axial bewegt wird.
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Die Lenkspindel wird sowohl bei der Verschiebebewegung der Außenhülse als auch bei der Verschiebebewegung der Innenhülse jeweils gegenüber der fahrzeugfesten Lagerung des Lenkmoduls verschoben.
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Das Führungselement der Lenkspindel ist vorteilhaft drehfest mit der Nabe des Aktuators verbunden. Dies hat zur Folge, dass beim Drehen der Lenkspindel mittels des Lenkelementes auch die Nabe des Aktuators um ihre Achse gedreht wird. Diese Drehbewegung wird vom Aktuator erfasst, der beispielsweise mit einem Drehgeber ausgestattet sein kann.
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Mit Hilfe des Aktuators ist es vorteilhaft möglich, die durch die drehende Lenkspindel erzeugte Drehbewegung über Aktuatorsignale an die Lenkräder zu übertragen. Ein Lenkgestänge zwischen dem Lenkmodul und dem Lenkgetriebe des Fahrzeuges ist daher nicht notwendig.
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Vorteilhaft ist das Kupplungselement, das mit der Außenhülse zusammenwirkt, mit wenigstens einem Formschlusselement versehen. Da die Außenhülse in Verschieberichtung fest mit dem Kupplungselement verbunden ist, wird das Kupplungselement beim Verschieben der Außenhülse mitgenommen. Im Verschiebeweg des Formschlusselementes des Kupplungselementes liegt wenigstens ein Gegenformschlusselement, das an der Mutter vorgesehen ist. Das Formschlusselement des Kupplungselementes kommt bei entsprechendem Verschiebeweg der Außenhülse in Eingriff mit dem Gegenformschlusselement der Mutter. Dann sind das Kupplungselement und die Mutter drehfest miteinander verbunden. Dies hat zur Folge, dass die drehbar angetriebene Mutter über die Formschlussverbindung das Kupplungselement um seine Achse dreht. Das Kupplungselement nimmt dann die Außenhülse drehbar mit. Diese Drehbewegung der Außenhülse wird über die Zwischenmutter auf die Innenhülse übertragen. Da sie vorteilhaft gegen Drehen gesichert ist, führt die Drehbewegung der Außenhülse zu einer Axialverschiebung der Innenhülse und damit der Lenkspindel.
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In der Ausgangslage liegt in vorteilhafter Weise die Innenhülse weitgehend innerhalb der Außenhülse. Dadurch hat das Lenkmodul in der Ausgangslage eine nur geringe axiale Länge.
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In der Endlage, in der das Lenkelement am weitesten verstellt ist, ragt die Innenhülse axial aus der Außenhülse.
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Der Anmeldungsgegenstand ergibt sich nicht nur aus dem Gegenstand der einzelnen Patentansprüche, sondern auch durch alle in den Zeichnungen und der Beschreibung offenbarten Angaben und Merkmale. Sie werden, auch wenn sie nicht Gegenstand der Ansprüche sind, als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
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Die Erfindung wird anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen
- 1 in perspektivischer Darstellung ein erfindungsgemäßes Lenkmodul zur Lenksäulenverstellung in einer eingeschobenen Stellung einer Lenkspindel,
- 2 in einer Darstellung entsprechend 1 das erfindungsgemäße Modul mit der Lenkspindel in teilweise ausgezogener Lage,
- 3 in einer Darstellung entsprechend 1 das erfindungsgemäße Modul mit der Lenkspindel in vollständig ausgefahrener Lage,
- 4 einen Schnitt längs der Linie A-A in 5,
- 5 eine Draufsicht auf das erfindungsgemäße Lenkmodul gemäß 1,
- 6 in vergrößerter Darstellung einen Teil des erfindungsgemäßen Moduls gemäß 4,
- 7 einen Schnitt längs der Linie B-B in 8,
- 8 eine Draufsicht auf das erfindungsgemäße Modul in einer Lage entsprechend 2,
- 9 die Schnittdarstellung gemäß 7 in vergrößerter Darstellung,
- 10 einen Schnitt längs der Linie C-C in 11,
- 11 eine Draufsicht auf das erfindungsgemäße Modul mit vollständig ausgefahrener Lenkspindel gemäß 3,
- 12 einen Schnitt längs der Linie D-D in 11,
- 13 eine vergrößerte Darstellung der 10.
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Das Modul ist für eine Lenkradverstellung vorgesehen und wird in Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeugen, eingesetzt. Das Modul enthält eine Lenkspindel, die in ihrer Lage verändert werden kann, um das mit ihr verbundene Lenkelement zur Anpassung an den Fahrzeuginnenraum zu verstellen.
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Das Modul hat eine zylindrische Mutter 1, deren beide Enden in jeweils einem Lager 2 drehbar gelagert sind. Die Lager 2 sind jeweils in einem Lagerring 3 aufgenommen, der fahrzeugseitig festgelegt ist.
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Im Bereich zwischen den beiden Lagern 2 sitzt auf der Mutter 1 drehfest und axial unverschieblich eine Riemenscheibe 4, über die ein Antriebsriemen 5 geführt ist. Er verbindet die Riemenscheibe 4 mit einer Riemenscheibe 6, die auf dem freien Ende einer Antriebswelle 7 eines Antriebsmotors 8 drehfest sitzt. Er ist im Bereich neben dem Modul angeordnet und im Fahrzeug an geeigneter Stelle befestigt.
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Die Mutter 1 sitzt auf einer Hülse 9, mit der die Mutter 1 in Eingriff ist. Das eine Ende der Hülse 9 ist über wenigstens ein Lager 10 in einer Abstützung 11 drehbar gelagert, die drehfest angeordnet ist und zusammen mit der Hülse 9 in noch zu beschreibender Weise verschoben werden kann.
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Mit ihrem anderen Ende wirkt die Hülse 9 mit einem Kupplungselement 12 zusammen, das an einem Aktuator 13 vorgesehen ist. Das Kupplungselement 12 ist an einer Stirnseite des Aktuators angeordnet und hat einen ringscheibenförmigen Boden 14, mit dem das Kupplungselement 12 an der Stirnseite des Aktuators 13 anliegt. Vom Boden 14 steht am äußeren Rand eine Ringwand 15 ab, die einen Ringraum 16 begrenzt, in den das Hülsenende ragt (6). Das Kupplungselement 12 besteht vorteilhaft aus Kunststoff und dient dazu, die Hülse 9 in noch zu beschreibender Weise in einer ersten Stellung gegen Drehen zu sichern. Diese Drehsicherung erfolgt vorteilhaft reibschlüssig.
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Die Hülse 9 liegt mit ihrem entsprechenden Ende an der zylindrischen Innenseite der Ringwand 15 des Kupplungselementes 12 an.
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Der Aktuator 13 ist mit einer Nabe 17 versehen, die als dünnes Rohrstück ausgebildet ist, das aus dem Aktuator 13 ragt und sich durch das Kupplungselement 12 axial erstreckt. An der vom Kupplungselement 12 abgewandten Seite liegt der freie Rand der Nabe 17 vorteilhaft bündig mit der vom Kupplungselement 12 abgewandten Stirnseite 18 des Aktuators 13.
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An der Innenseite der Hülse 9 ist eine Zwischenmutter 19 drehfest und gegenüber der Hülse 9 axial unbeweglich befestigt. Die Zwischenmutter 19 kann in geeigneter Weise an der Innenwand der Hülse 9 befestigt sein, beispielsweise angeklebt, angeschweißt und dergleichen. Die Zwischenmutter 19 hat im Vergleich zur Hülse 9 nur eine geringe axiale Länge und ist nahe der Abstützung 11 angeordnet.
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Die Zwischenmutter 19 sitzt auf einer Innenhülse 20, mit der die Zwischenmutter 19 zusammenwirkt.
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Die Innenhülse 20 ist an ihrer Außenseite mit wenigstens einer axialen Nut 21 versehen, in die wenigstens eine Drehmomentsperre 22 eingreift. Sie wird im Ausführungsbeispiel durch radial verlaufende Stifte gebildet, die in der Abstützung 11 gelagert sind. Die Abstützung 11 hat eine zentrale Durchtrittsöffnung 23, durch welche die Innenhülse 20 mit radialem Abstand zu deren Rand ragt. Die axiale Nut 21 begrenzt den Verschiebeweg der Innenhülse 20 bei der noch zu beschreibenden axialen Verstellung des Lenkelementes.
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In ihrer in den 4 und 6 dargestellten Ausgangslage liegt die Innenhülse 20 mit axialem Abstand von der Nabe 17. Die Drehmomentsperren 22 liegen an dem in den 4 und 6 rechten Rand der Nut 21 an.
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Die Nabe 17 und die Innenhülse 20 umgeben mit Abstand eine Lenkspindel 24, die über die Abstützung 11 vorsteht und auf deren freiem Ende ein Lenkelement 25 drehfest sitzt. Das Lenkelement 25 kann als übliches Lenkrad ausgestaltet sein, aber auch jede andere geeignete Gestaltung haben. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Lenkelement 25 in Form eines Steuerhorns ausgebildet, das zwei Haltegriffe 26, 27 aufweist, die quer von den Enden eines Tragholmes 28 abstehen.
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Die Lenkspindel 24 ist durch wenigstens ein Lager 29 in der Innenhülse 20 drehbar gelagert.
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Um das Lenkelement 25 in unterschiedliche axiale Positionen zu verstellen, ist das Lenkmodul so ausgebildet, dass eine serielle Verstellung des Lenkelementes 25 bzw. der Lenkspindel 24 erfolgt.
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Die 1 bis 3 zeigen jeweils die unterschiedlichen Stellungen des Lenkelementes 25. In der Ausgangslage gemäß 1 ist das Lenkelement 25 gegenüber der fahrzeugfesten Lagerung 2, 3 am weitesten eingefahren.
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In der Stellung gemäß 2 ist das Lenkelement 25 gegenüber der fahrzeugfesten Lagerung 2, 3 teilweise axial verstellt worden.
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In der Endlage gemäß 3 nimmt das Lenkelement 25 seine maximal ausgefahrene Lage ein.
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In der eingefahrenen Ausgangslage gemäß 1 hat der Aktuator 13 seinen größten axialen Abstand von der fahrzeugseitigen Lagerung 2, 3 ( 6). Die Innenhülse 20 ist so weit in die äußere Hülse 9 eingefahren, dass die Drehmomentsperren 22 an dem dem Lenkelement 25 zugewandten Ende der Nut 21 liegen. In dieser Stellung hat die Innenhülse 20 geringen axialen Abstand von der Nabe 17 des Aktuators 13.
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Innerhalb der Nabe 17 ist ein Führungselement 30 axial verschiebbar, das axial fest auf der Lenkspindel 24 sitzt. Das Führungselement 30 und die Nabe 17 sind in Drehrichtung formschlüssig miteinander gekoppelt, so dass eine Drehbewegung der Lenkspindel 24, ausgelöst durch das Lenkelement 25, dazu führt, dass die Nabe 17 entsprechend gedreht wird. Diese Formschlussverbindung kann in geeigneter Weise durch eine entsprechende Profilierung der Innenseite der Nabe 17 bzw. der Außenseite des Führungselements 30 erreicht werden.
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Die Drehbewegung der Lenkspindel 24 bzw. der Nabe 17 wird vom Aktuator 13 erfasst, beispielsweise über einen Drehgeber. Der Aktuator 13 kann dann durch entsprechende Signale die lenkbaren Fahrzeugräder ansteuern. Zudem erzeugt der Aktuator 13 ein Gegendrehmoment, das dem Fahrer das Gefühl vermittelt, dass er mit dem Lenkelement 25 die Fahrzeugräder über ein klassisches Lenkgetriebe betätigt.
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In der eingefahrenen Stellung ist das Führungselement 30 so in der Nabe 17 angeordnet, dass seine eine Stirnseite 31 bündig liegt mit der Stirnseite 18 des Aktuators 13.
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Wie aus den 1 bis 3 hervorgeht, ist der Aktuator 13 mit der Abstützung 11 über axial verlaufende Führungen 32 fest verbunden. Im Ausführungsbeispiel liegen die Führungen 32, bezogen auf die äußere Hülse 9, diametral einander gegenüber und sind jeweils durch hochkant stehende Leisten gebildet.
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Die Führungen 32 durchsetzen die fahrzeugfeste Lagerung 2, 3. Die hochkant angeordneten Führungen 32 führen zu einer hohen Stabilität und Festigkeit, so dass das Lenkelement 25 einfach und zuverlässig verschoben werden kann.
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Um ein Verdrehen des Aktuators 13 beim Verstellen des Lenkelementes 25 zu verhindern, ist das Lenkmodul mit zwei Drehmomentstützen 33 versehen, die stangenförmig ausgebildet und fahrzeugfest angeordnet sind. Die Drehmomentstützen 33 liegen, bezogen auf die äußere Hülse 9, diametral einander gegenüber. Für die Drehmomentstützen 33 ist der Aktuator 13 mit entsprechenden Durchgangsöffnungen 34 versehen.
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Die Drehmomentstützen 33 sind an den einander zugewandten Seiten der Führungen 32 vorgesehen.
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Soll das Lenkelement 25 aus der in den 1 und 4 bis 6 dargestellten eingefahrenen Ausgangslage herausgefahren werden, wird der Antriebsmotor 8 betätigt. Über den Riementrieb 4 bis 6 wird die Mutter 1 um ihre Achse drehbar angetrieben. Die äußere Hülse 9 wird infolge ihres Reibschlusses mit dem Kupplungselement 12 nicht um ihre Achse gedreht, weil das Reibmoment größer ist als das von der Mutter 1 auf die Hülse 9 ausgeübte Drehmoment. Die Folge ist, dass die Hülse 9 lediglich axial verschoben wird. Da die Hülse 9 axial fest mit dem Aktuator 13 und der Abstützung 11 verbunden ist, werden mit der Hülse 9 auch der Aktuator 13 und die Abstützung 11 axial verschoben. Die Innenhülse 20 wird hierbei ebenfalls axial verschoben, weil sie mit der Zwischenmutter 19 in Eingriff ist, die ihrerseits drehfest mit der Hülse 9 verbunden ist.
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Diese Zwischenlage ist in den 2 und 7 bis 9 dargestellt.
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Die Innenhülse 20 hat ihre Lage relativ zur Hülse 9 hierbei nicht geändert, so dass sie weiterhin maximal in die Hülse 9 ragt. Auch die Lenkspindel 24 hat hierbei ihre Lage relativ zur Nabe 17 des Aktuators 13 nicht geändert.
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Wie aus 6 hervorgeht, ist das Kupplungselement 12 in Achsrichtung formschlüssig mit der Nabe 17 des Aktuators 13 verbunden. Dieser Formschluss 35 kann in jeder geeigneten Weise vorgesehen sein, beispielsweise durch wenigstens einen radial nach innen ragenden Mitnehmer, der in eine entsprechende Nut in der Außenseite der Nabe 17 eingreift.
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Das Kupplungselement 12 ist außerdem mit wenigstens einem Mitnehmer 36 versehen, der in der Zwischenstellung gemäß den 2 und 7 bis 9 mit der Mutter 1 derart zusammenwirkt, dass das Kupplungselement 12 drehfest mit der Mutter 1 verbunden ist.
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Der Mitnehmer 36 kann beispielhaft eine an der Ringwand 15 des Kupplungselementes 12 vorgesehene Stirnverzahnung sein, die in eine entsprechend Stirnverzahnung der Mutter 1 eingreifen kann.
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In der Zwischenstellung gemäß den 2 und 7 bis 9 greift das Kupplungselement 12 in die Zwischenmutter 1 ein. Dies hat zur Folge, dass beim Drehen der Mutter 1 mittels des Riemenantriebes 4 bis 6 nunmehr die äußere Hülse 9 um ihre Längsachse gedreht wird. Über die drehfest mit der Hülse 9 verbundene Zwischenmutter 19 wird dadurch die Innenhülse 20 axial aus der Hülse 9 in die Lage gemäß den 10 bis 13 herausgefahren. Zusammen mit der Innenhülse 20 wird die Lenkspindel 24 axial verschoben. Hierbei wird das Führungselement 30 innerhalb der Nabe 17 des Aktuators 13 verschoben. Die Nabe 17 ist so lang, dass in der in den 3 und 10 bis 13 dargestellten Endlage das Führungselement 30 nicht aus der Nabe 17 vorsteht.
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Der Verschiebeweg der Innenhülse 20 wird dadurch begrenzt, dass die Drehmomentsperre 22 an dem vom Lenkelement 25 abgewandten Ende der Nut 21 zur Anlage kommt.
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Um das Lenkelement 25 wieder zurückzubewegen, ist es lediglich notwendig, die Drehrichtung des Antriebsmotors 8 umzukehren, so dass die Mutter 1 nunmehr in entgegengesetzter Drehrichtung angetrieben wird.
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Das Lenkmodul zeichnet sich infolge der beschriebenen Ausbildung dadurch aus, dass es eine verhältnismäßig kurze axiale Länge hat, dem Lenkelement 25 jedoch einen großen Verstellweg ermöglicht. Das kompakt ausgebildete Lenkmodul lässt sich kostengünstig herstellen und einfach in das jeweilige Fahrzeug einbauen.
