DE102019110202B3

DE102019110202B3 - Lenksäule für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102019110202B3
Application number: DE102019110202.2A
Authority: DE
Inventors: Oliver Schmidt
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2019-04-17
Filing date: 2019-04-17
Publication date: 2020-08-06
Anticipated expiration: 2039-04-18

Abstract

Lenksäule (10) eines Kraftfahrzeuges, umfassend eine feste Lenkwelle (14), die an einem Ende mit einem Lenkgetriebe und am jeweils anderen Ende mit einer verstellbaren Lenkwelle (16) an der ein Lenkrad (18) fahrerseitig angeordnet ist, verbunden ist, wobei die verstellbare Lenkwelle (16) an einem Lenksäulenkörper (24) gelagert ist, an dem eine Verstelleinrichtung (26) angeordnet ist, die in Wirkverbindung mit der verstellbaren Lenkwelle (16) steht, wodurch das Lenkrad (18) in Längsrichtung (LR) der Lenksäule (10) zwischen einer eingefahrenen Stellung (E) und einer ausgefahrenen Stellung (A) beweglich verschiebbar ist. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die verstellbare Lenkwelle (16) zweiteilig ausgebildet ist, wobei sie einen ersten Wellenteil (32) sowie einen zweiten Wellenteil (34) aufweist, die entlang einer in Längsrichtung (LR) verlaufenden Trennfuge (30) lösbar miteinander verbindbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lenksäule für ein Kraftfahrzeug gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Art.
Eine Lenksäule stellt in einem Kraftfahrzeug herkömmlicherweise eine Baueinheit dar, in der die Lenkwelle gelagert ist. Dabei handelt es sich um eine Stange oder einen röhrenförmigen Träger, der als ein Bindeglied zwischen dem Lenkrad und dem Lenkgetriebe dient. Fahrerseitig ist am Ende der Lenksäule das Lenkrad angeordnet. Auf dem gegenüberliegenden Ende der Lenksäule ist die Lenkwelle mit dem Lenkgetriebe gekoppelt. Die Lenkwelle überträgt die Lenkbewegung des Lenkrades auf das Lenkgetriebe.
Höhere Ansprüche hinsichtlich Komfort und Sicherheit führen dazu, dass zunehmend zusätzliche Funktionen in die Lenksäule integriert sind. Zum Beispiel sind Lenksäulen verstellbar ausgebildet, um die Lenkradposition an unterschiedliche Körpergrößen von Fahrzeug-Fahrern anzupassen. Dabei ist das Lenkrad in der Höhe, im Winkel und in der Distanz zum Fahrer einstellbar.
Insbesondere kann die Lenksäule als eine Manteleinheit ausgebildet sein, die eine koaxiale Anordnung von Mantelrohren aufweist. Dabei sind die Mantelrohre axial teleskopierbar ausgebildet, um die Verstellbarkeit der Lenksäule zu realisieren, d.h. ein inneres Mantelrohr ist in einem äußeren Mantelrohr axial verschiebbar aufgenommen. Wie die Manteleinheit ist auch die darin koaxial angeordnete Lenkspindel längenverstellbar ausgebildet, indem eine Lenkwelle in einer Hohlwelle ebenfalls teleskopierbar aufgenommen ist. Zur Übertragung des Lenkmoments sind die Hohlwelle und die Lenkwelle durch einen formschlüssigen Eingriff drehmomentschlüssig miteinander verbunden.
Eine Vielzahl teleskopartiger Lenksäulen ist bekannt. Nachteilig am Teleskopiermechanismus ist jedoch, dass zumeist ein Teil des zur Verfügung stehenden Verstellweges bereits für die Sitzpositionsanpassung aufgebraucht ist. Wird die notwendige Anbindung und Lagerung der Lenksäule berücksichtigt, sowie eine Mindestlänge der Einzelteleskope, ergibt sich lediglich ein sehr eingeschränkter Verstellweg für die Verwendung einer Teleskopiereinrichtung, da die Teleskope in Richtung der Lenkzwischenwelle schnell an die begrenzende Stirnwand des Fahrzeuges treffen.
Lenksäulen für Kraftfahrzeuge sind aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt. So beschreibt die EP 1 790 550 A1 beispielsweise eine verstellbare Lenksäule, die eine Innensäule sowie eine hohle, zylindrischen Außensäule umfasst. Die Außensäule ist über die Innensäule axial relativ beweglich eingepasst, und weist einen Schlitz auf, der über eine vorbestimmte axiale Länge der Außensäule ausgebildet ist. Durch radiales Zusammenziehen der Außensäule mittels einer Klemmvorrichtung, wird die Innensäule axial unbeweglich an die Außensäule geklemmt.
Die DE 10 2008 060 225 A1 offenbart eine verstellbare Lenksäule eines Kraftfahrzeugs, die einen Lenksäulenkörper zur Lagerung einer drehbaren Lenkwelle aufweist. Die stufenlose Verstellbarkeit der Lenkwelle entlang der Längsrichtung der Lenksäule ist mittels eines Klemmmechanismus ermöglicht, der zusammen mit einem Energieabsorptionsmechanismus zur Energie verzehrenden Verlagerung der Lenkwelle bei einem Unfall eine Baueinheit bildet.
Die Mehrzahl der aktuellen Lösungen beinhalten im Wesentlichen eine ausfahrbare Lenksäule mit einer verlängerbaren Lenkwelle. Diese Lösung ist jedoch mit aktuellen Ergonomie- und Packageplänen nicht vereinbar.
Aus dem Stand der Technik sind auch Fahrzeuge bekannt, bei denen das Lenkrad beim pilotierten Fahren in eine zurückgezogene Position in einer Instrumententafel bzw. Armaturentafel versenkbar ist. Durch das Versenken des Lenkrads mitsamt der Lenksäule steht für den Fahrzeug-Fahrer mehr Platz zur Verfügung, wie es beispielsweise auf einer Beifahrerseite üblich ist. So beschreibt die DE 20 2014 101 156 U1 beispielsweise eine verstaubare Lenksäule, die mittels eines Antriebmotors mit einer hohen Bewegungsgeschwindigkeit zwischen einer ausgefahrenen Stellung zur Verwendung durch den Fahrer und einer zurückgezogenen oder verstauten Stellung in einem vertieften Bereich des Armaturenbretts, wenn der Fahrer nicht anwesend ist, bewegbar ist.
In der DE 10 2012 014 762 A1 ist ein Kraftfahrzeug mit einer Instrumententafel und einem an einer Lenksäule angeordneten Lenkrad vorgeschlagen, das im Bereich der Instrumententafel in einer ersten Position versenkt angeordnet ist, wobei das Lenkrad relativ zur Instrumententafel beweglich ist und in einer Längsrichtung der Lenksäule in Richtung der Instrumententafel von der ersten Position in eine zweite Position verschiebbar ist. Die Lenksäule ist derart ausgebildet, dass bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung des Kraftfahrzeugs das Lenkrad aus der zweiten Position in die erste Position verschoben wird.
Nachteilig an bekannten Lenksäulen ist jedoch, dass sie sich entweder zum Verstauen nicht weit genug einfahren lassen, oder zur Realisierung eines ausreichenden Verstellweges im eingefahrenen Zustand in Längsrichtung relativ große Abmessungen haben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Lenksäule gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Art derart weiterzubilden, dass die Verstellbarkeit der Lenksäule im Vergleich zu einer herkömmlichen Lenksäule über einen größeren Bewegungsbereich verfügt.
In bekannter Art und Weise stellt die Lenksäule in einem Kraftfahrzeug eine Baueinheit dar, die im Bereich der Instrumententafel angeordnet ist. Die Lenksäule weist eine am Chassis des Kraftfahrzeugs gelagerte feste Lenkwelle auf, die an einem Ende über eine Lenkzwischenwelle mit einem Lenkgetriebe gekoppelt ist und am jeweils anderen Ende mit einer verstellbaren Lenkwelle verbunden ist. Am fahrerseitigen Ende der verstellbaren Lenkwelle ist ein Lenkrad angeordnet. Die verstellbare Lenkwelle ist an einem Lenksäulenkörper gelagert, an dem eine Verstelleinrichtung angeordnet ist. Die verstellbare Lenkwelle steht in Wirkverbindung mit der Verstelleinrichtung, über die das Lenkrad zwischen einer eingefahrenen Stellung und einer ausgefahrenen Stellung relativ zur Instrumententafel verschiebbar ist.
Erfindungsgemäß ist die verstellbare Lenkwelle zweiteilig ausgebildet und weist einen ersten Wellenteil sowie einen zweiten Wellenteil auf, die entlang einer in Längsrichtung verlaufenden Trennfuge lösbar miteinander verbindbar sind. Die Teilung der verstellbaren Lenkwelle in Längsrichtung der Lenksäule ersetzt den aus dem Stand der Technik bekannten Teleskopiermechanismus für Lenksäulen, der sich entweder zum Verstauen nur eingeschränkt einfahren lässt, oder zur Realisierung eines ausreichenden Verstellwegs in der eingefahrenen Stellung in Längsrichtung relativ große Abmessungen in Richtung Stirnwand des Cockpits hat. Die in Längsrichtung zweiteilig ausgeführte verstellbare Lenkwelle verfügt über eine Verstaumöglichkeit, die eine vergrößerte Verstellstrecke der Lenksäule ermöglicht.
Der erste Wellenteil und der zweite Wellenteil sind entlang der Trennfuge lösbar miteinander verbunden. Die beiden Wellenteile können insbesondere über eine formschlüssige Verbindung miteinander verbunden sein. Das kann beispielsweise über ineinandergreifende, ein Profil aufweisende Sicherungskeile erfolgen, die jeweils am ersten Wellenteil und am zweiten Wellenteil angeordnet sind. Die Verbindung der beiden Wellenteile miteinander verhindert das ungewollte Öffnen der verstellbaren Lenkwelle und erhöht die Steifigkeit der verstellbaren Lenkwelle. Dadurch kann sie die vom Lenkrad erzeugten Drehmomente aufnehmen und übertragen.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind der erste Wellenteil und der zweite Wellenteil jeweils aus einer Mehrzahl von Gliedern ausgebildet, die über Gelenkpunkte miteinander verbunden sind. Die gelenkige Verbindung der einzelnen Glieder ermöglicht, dass sowohl der erste Wellenteil als auch der zweite Wellenteil umlenkbar sind. Zur Umlenkung der Glieder können diese beispielweise kugelgelagerte Pins aufweisen, die zur Führung in einer Profilnut ausgebildet sind. Die Umlenkung der Wellenteile kann annähernd vertikal oder horizontal oder auch in andere Richtungen annähernd orthogonal zur Lenksäule erfolgen.
Es ist auch denkbar, dass die einzelnen Glieder mehrfach umgelenkt sind. Die beiden Wellenteile können beispielsweise faltbar oder wickelbar ausgebildet sein. In vorteilhafter Weise beansprucht die verstellbare Lenkwelle durch die umlenkbaren Glieder in Richtung Stirnwand des Fahrzeugs einen sehr geringen Bauraum, wodurch die zur Verfügung stehende Ein- und Ausfahrstrecke der Lenksäule im Vergleich zu einer herkömmlichen Lenksäule größer ist.
Ferner sind die Gelenkpunkte des ersten Wellenteils und des zweiten Wellenteils in der verriegelten ausgefahrenen Stellung des Lenkrads versetzt zueinander angeordnet, wodurch die Steifigkeit um die Gelenkebene erhöht ist. Durch die Aussteifung der verstellbaren Lenkwelle weist sie einen hohen Widerstand gegen Verformung auf, wodurch sie die vom Lenkrad erzeugten Drehmomente übertragen kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die verstellbare Lenkwelle lenkradseitig einen Lenkradadapter auf, der mit dem ersten Wellenteil und dem zweiten Wellenteil gelenkig verbunden ist. Der Lenkradadapter dient als Bindeglied zwischen dem Lenkrad und der verstellbaren Lenkwelle, wobei der Lenkradadapter die Lenkmomente des Lenkrads auf die verstellbare Lenkwelle überträgt.
Vorzugsweise ist der Lenkradadapter mittels eines verschiebbaren Gelenkpunkts mit dem ersten Wellenteil oder dem zweiten Wellenteil verbunden, wobei eine in Längsrichtung wirkende Vorlastfeder an dem verschiebbaren Gelenkpunkt angeordnet ist. Die Federvorlast verschiebt den Wellenteil, der am verschiebbaren Gelenkpunkt angeordnet ist, in Längsrichtung weg vom Lenkrad in Richtung fester Lenkwelle. Das hat zur Folge, dass der erste Wellenteil und der zweite Wellenteil versetzt zueinander an der Trennfuge der verstellbaren Lenkwelle angeordnet sind. Durch die versetzt zueinander angeordneten ersten und zweiten Wellenteile lassen sich die Sicherungskeile, welche die Wellenteile miteinander verbinden, auf einfache Weise je nach Bedarf öffnen bzw. schließen.
Der verschiebbare Gelenkpunkt ermöglicht das Verschieben eines Wellenteils relativ zum anderen Wellenteil entlang der Trennfuge, so dass die jeweiligen Gelenkpunkte der beiden Wellenteile zueinander verschiebbar sind. Dadurch können die Gelenkpunkte des jeweils ersten Wellenteils und des zweiten Wellenteils in der ausgefahrenen Stellung des Lenkrads versetzt zueinander angeordnet werden, um eine Aussteifung der Gelenkebene der verstellbaren Lenkwelle zu erreichen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der Lenkradadapter sowie der erste Wellenteil und der zweite Wellenteil außenseitig eine in Längserstreckungsrichtung der Lenksäule verlaufende Zahnradstange auf, die in Wirkverbindung mit einem Ritzel der Verstelleinrichtung steht. Die Verstelleinrichtung ist mit einem Antrieb ausgebildet, der das Ritzel in eine Drehbewegung versetzt. Das Ritzel greift in die Zahnradstange ein, welche die Drehbewegung des Ritzels in eine Längsbewegung der einzelnen Glieder der jeweiligen Wellenteile umsetzt. Durch das Drehen des Ritzels der Verstelleinrichtung ist die verstellbare Lenkwelle relativ zur Instrumententafel ein- und ausfahrbar.
Insbesondere verläuft die Zahnradstange des am verschiebbaren Gelenkpunkts angeordneten Wellenteils annähernd über den gesamten Wellenteil. Das Ende des letzten Gliedes dieses Wellenteils in Richtung feste Lenkwelle ist ohne Zahnradstange ausgebildet. Das hat den Vorteil, dass beim Ausfahren der verstellbaren Lenkwelle, der verschiebbare Wellenteil über den verschiebbaren Gelenkpunkt in Richtung Lenkrad verschoben wird, wobei das Ritzel für die Drehbewegung des Lenkrads von der Zahnradstange entkoppelt wird.
Am lenkradseitigen Ende des Wellenteils, das am verschiebbaren Gelenkpunkt angeordnet ist, verläuft die Zahnradstange parallel neben der Zahnradstange des jeweils anderen Wellenteils, welcher insbesondere die Zahnradstange am letzten, lenkradseitigen Glied aufweist, wobei diese Zahnradstange in Flucht mit der Zahnradstange des Lenkradadapters liegt. So kann am lenkradseitigen Ende der verstellbaren Lenkwelle das Ritzel gleichzeitig in die Zahnradstange des ersten sowie des zweiten Wellenteils eingreifen. Bei der Entriegelung der verstellbaren Lenkwelle verschiebt sich der über den verschiebbaren Gelenkpunkt angebundene Wellenteil relativ zum jeweils anderen Wellenteil, wobei eine Entriegelungslücke zwischen dem Lenkradadapter und dem verschiebbaren Wellenteil entsteht. In vorteilhafter Weise kann das Ritzel beim Einfahren der Lenksäule von der Zahnradstange des verschiebbaren Wellenteils auf die Zahnradstange des jeweils anderen Wellenteils springen, um die Entriegelungslücke zu überbrücken. Danach greift das Ritzel in die Zahnradstange des Lenkradadapters ein, um die Lenksäule vollständig einzufahren.
Vorzugsweise ist der Lenksäulenkörper als eine Aufnahme für den ersten Wellenteil und den zweiten Wellenteil ausgebildet. Die Aufnahme des Lenksäulenkörpers dient als ein Einfahrkäfig für die beiden umlenkbaren Wellenteile. Dabei ist die Aufnahme mit zwei Führungselementen ausgebildet, wobei jeweils eins der beiden Wellenteile der verstellbaren Lenkwelle in jeweils eins der Führungselemente einfahrbar und in der eingefahrenen Stellung der Lenksäule darin verstaubar ist.
Die Führungselemente weisen insbesondere einen gekrümmten Pfad auf und sind mit Profilnuten ausgebildet. Die einzelnen Glieder der verstellbaren Lenkwelle können mittels kugelgelagerten Pins in die Profilnuten der Führungselemente eingreifen und auf diese Weise geführt in den gekrümmten Pfad des jeweiligen Führungselements eingefahren werden. Durch die in unterschiedliche Richtungen ausgebildete Profilnutführung sind der erste Wellenteil und der zweite Wellenteil an den Gliedern aufklappbar.
Insbesondere verläuft die Aufnahme annähernd orthogonal zur festen Lenkwelle, so dass die eingefahrenen Wellenteile quer oder horizontal zur Längsrichtung der Lenksäule angeordnet sind, wobei sie in vorteilhafter Weise nur einen geringen Bauraum in Richtung Stirnwand des Fahrzeugs einnehmen.
Vorzugsweise ist die verstellbare Lenkwelle formschlüssig und drehfest mit der festen Lenkwelle verbunden, wobei die verstellbare Lenkwelle an ihrem dem Lenkrad gegenüberliegenden Ende die feste Lenkwelle in Längsrichtung zumindest teilweise aufnimmt. Die formschlüssige Verbindung der beiden Lenkwellen kann beispielsweise durch eine Innenverzahnung der verstellbaren Lenkwelle und eine Außenverzahnung der festen Lenkwelle ausgebildet sein. Die stabile Verbindung zwischen den beiden Lenkwellen ermöglicht, dass die vom Lenkrad erzeugten Drehmomente von der verstellbaren Lenkwelle auf die feste Lenkwelle, und somit auf das Lenkgetriebe, übertragbar sind.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die feste Lenkwelle eine Verriegelungsmutter zur Verriegelung und/oder Entriegelung der verstellbaren Lenkwelle auf. Die Verriegelungsmutter ist über eine Antriebswelle, die insbesondere koaxial an der festen Lenkwelle angeordnet ist, verstellbar. Beim Ausfahren der verstellbaren Lenkwelle legen sich die Glieder des jeweils ersten Wellenteils und des zweiten Wellenteils entlang der Trennfuge aneinander, wobei die verstellbare Lenkwelle sich in Fahrzeuglängsrichtung zum Fahrer hin verlängert bis eine Endlage erreicht ist. Durch Drehen der Antriebswelle ist die Verriegelungsmutter derart verstellbar, dass sie unmittelbar an dem am verschiebbaren Gelenkpunkt angeordneten Wellenteil der verstellbaren Lenkwelle anliegt. Die Verriegelungsmutter ist beispielsweise mit einer Entriegelungsnase ausgebildet, die in den verschiebbaren Wellenteil, der am verschiebbaren Gelenkpunkt angeordnet ist, eingreifen kann.
Beim Ausfahren der Lenksäule verschiebt die Verriegelungsmutter den am verschiebbaren Gelenkpunkt angeordneten Wellenteil gegen die Federvorlast in Richtung Lenkrad bis eine Endlage erreicht ist. In der Endlage liegen sich der erste und der zweite Wellenteil entlang der Trennfuge derart gegenüber, dass die Gelenkpunkte der jeweiligen Wellenteile versetzt zueinander angeordnet sind, um die Steifigkeit der Gelenkebene zu erhöhen. In der Endlage ist die verstellbare Lenkwelle durch die Verriegelungsmutter verriegelt. Dabei ist die verstellbare Lenkwelle zwischen dem am Chassis angeordneten Lager und dem Lager des Lenksäulenkörpers mittels Verriegelungsmutter verspannt.
Ein Drehen der Antriebswelle in die entgegengesetzte Richtung fährt die Verriegelungsmutter entlang der festen Lenkwelle zurück, wodurch eine Entriegelung der verstellbaren Lenkwelle erfolgt. Die Entriegelungsnase der Verriegelungsmutter zieht dabei den am verschiebbaren Gelenkpunkt angeordneten Wellenteil in Längsrichtung aus dem verschiebbaren Gelenkpunkt, wobei der Wellenteil sich entlang der Trennfuge relativ zum jeweils anderen Wellenteil verschiebt, und über die am verschiebbaren Gelenkpunkt angeordnete Vorlastfeder in dieser Position gehalten wird. Durch die Verschiebung liegen sich die Gelenkpunkte der jeweiligen Wellenteile nun direkt gegenüber. Bei der Verschiebung des einen Wellenteils relativ zum anderen öffnet sich zwischen dem ersten und dem zweiten Wellenteil die formschlüssige Verbindung, die z.B. als ineinandergreifende Sicherungskeile ausgebildet sein kann. Dadurch ist ein Aufklappen der beiden Wellenteile ermöglicht und eine Verschiebung der einzelnen Glieder der verstellbaren Lenkwelle kann erfolgen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind das Lenkrad und das Lenkgetriebe über eine Trennung der verstellbaren Lenkwelle von der festen Lenkwelle entkoppelbar. Insbesondere weisen die Glieder des ersten und des zweiten Wellenteils der verstellbaren Lenkwelle kugelgelagerte Pins auf. Beim Einfahren der verstellbaren Lenksäule in den Lenksäulenkörper fahren die Pins in die Profilnuten der Führungselemente ein. Durch die Führung der Pins in der Profilnut werden der erste Wellenteil und der zweite Wellenteil in unterschiedliche Richtungen geführt. Das hat zur Folge, dass die beiden Wellenteile an ihren jeweils einzelnen Gliedern aufspannen, und es erfolgt eine Trennung der Innenverzahnung der verstellbaren Lenkwelle von der Außenverzahnung der festen Lenkwelle. Somit ist die mechanische Verbindung zwischen Lenkgetriebe und Lenkrad unterbrochen, wodurch das Fahrzeug auch bei eingefahrener Lenksäule bewegbar ist, z.B. über eine „steer-by-wire“-Lenkung, ohne dass sich das Lenkrad mitdrehen muss.
Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen.
In der Zeichnung bedeutet:

1 eine seitliche Ansicht der erfindungsgemäßen Lenksäule in der ausgefahrenen Stellung des Lenkrads;
2 eine Ansicht der erfindungsgemäßen Lenksäule in der ausgefahrenen Stellung des Lenkrads von oben;
3 eine seitliche Ansicht der erfindungsgemäßen Lenksäule, wobei die Verriegelungsmutter an der verstellbaren Lenksäule anliegt;
4 eine Ansicht der erfindungsgemäßen Lenksäule in der verriegelten ausgefahrenen Stellung von oben;
5a eine Detailansicht des in die Zahnradstange eingreifenden Ritzels der erfindungsgemäßen Lenksäule;
5b eine Detailansicht des von der Zahnradstange entkoppelten Ritzels der erfindungsgemäßen Lenksäule;
6 eine Ansicht des Lenksäulenkörpers der erfindungsgemäßen Lenksäule von oben; und
7 eine Ansicht der erfindungsgemäßen Lenksäule in der eingefahrenen Stellung von oben.

1 bis 6 zeigen in einer schematischen Darstellung eine insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichnete Lenksäule für ein Kraftfahrzeug.
In 1 ist eine seitliche Ansicht einer erfindungsgemäßen Lenksäule 10 eines Kraftfahrzeuges dargestellt, wobei die Lenksäule 10 in einer ausgefahrenen Stellung A relativ zu einer hier nicht dargestellten Instrumententafel gezeigt ist. Die Lenksäule 10 umfasst eine feste Lenkwelle 14 sowie eine verstellbare Lenkwelle 16. In Fahrzeuglängsrichtung LR weist die verstellbare Lenkwelle 16 an einem Ende einen Lenkradadapter 12 auf, an dem ein Lenkrad 18 angeordnet ist. Am gegenüberliegenden Ende nimmt die verstellbare Lenkwelle 16 die feste Lenkwelle 14 zumindest teilweise auf, wobei die beiden Lenkwellen 14, 16 formschlüssig und drehfest miteinander verbunden sind, um einen Drehmoment des Lenkrads 18 von der verstellbaren Lenkwelle 16 auf die feste Lenkwelle 14 zu übertragen. Vorliegend weist die feste Lenkwelle 14 beispielsweise eine Außenverzahnung 20 auf, die in eine hier nicht dargestellte Innenverzahnung der verstellbaren Lenkwelle 16 eingreift.
Die verstellbare Lenkwelle 16 ist über ein Lager 22 an einem Lenksäulenkörper 24 gelagert. Am Lenksäulenkörper 24 ist eine Verstelleinrichtung 26 angeordnet, die mit der verstellbaren Lenkwelle 16 in Wirkverbindung steht. Insbesondere weist die verstellbare Lenkwelle 16 auf ihrer Außenseite eine Zahnstange 27, 28, 29 auf, die in axialer Längsrichtung LR der Lenksäule 10 verläuft und in die ein Ritzel 43 der Verstelleinrichtung 26 eingreift. Über die Zahnradstange 27, 28, 29 wird die Drehbewegung des Ritzels 43 in eine Längsbewegung der verstellbaren Lenkwelle 16 umgesetzt.
Die verstellbare Lenkwelle 16 ist mit einer Trennfuge 30 ausgebildet, die sich in axiale Längsrichtung LR erstreckt. Dadurch ist die verstellbare Lenkwelle 16 zweiteilig ausgeführt, wobei sie einen ersten Wellenteil 32 und einen zweiten Wellenteil 34 aufweist, die in Längsrichtung LR entlang der Trennfuge 30 angeordnet und über Sicherungskeile 50 lösbar miteinander verbunden sind, wie in 2 dargestellt ist.
Aus der 1 ist ferner zu erkennen, dass die beiden Wellenteile 32, 34 jeweils aus einzelnen Gliedern 46 ausgebildet sind, die über Gelenkpunkte 48 miteinander verbunden sind. Die Glieder 46 weisen vorliegend kugelgelagerte Pins 60 auf, die zur Führung der Wellenteile 32, 34 im Lenksäulenkörper 24 dienen.
Die feste Lenkwelle 14 ist über eine Lagerstelle 36 an der Karosserie des Kraftfahrzeugs gelagert. An ihrem ersten Ende ist die feste Lenkwelle 14 mit der verstellbaren Lenkwelle 16 verbunden und an ihrem gegenüberliegenden Ende 38 ist sie über eine hier nicht dargestellte Lenkzwischenwelle mit dem Lenkgetriebe verbunden.
An der festen Lenkwelle 14 ist eine Verriegelungsmutter 40 angeordnet, die über eine koaxial zur festen Lenkwelle 14 angeordneten Antriebswelle 42 verfahrbar ist. Die Verriegelungsmutter 40 dient zur Verriegelung und Entriegelung der verstellbaren Lenkwelle 16. Vorliegend ist die verstellbare Lenkwelle 16 in einer entriegelten Position dargestellt. An der Verriegelungsmutter 40 ist eine Entriegelungsnase 44 ausgebildet, die bei der Verriegelung der verstellbaren Lenkwelle 16 in den zweiten Wellenteil 34 eingreifen kann.
2 zeigt die erfindungsgemäße Lenksäule 10 von oben in der ausgefahrenen Stellung A, wobei die verstellbare Lenkwelle 16 wie in 1 auch entriegelt dargestellt ist. In Richtung Lenkrad 18 ist die verstellbare Lenkwelle 16 mit dem Lenkradadapter 12 verbunden. Vorliegend ist der ersten Wellenteil 32 über einen Gelenkpunkt 48 mit dem Lenkradadapter 12 verbunden. Der zweite Wellenteil 34, hingegen, ist über einen verschiebbaren Gelenkpunkt 54 mit dem Lenkradadapter 12 verbunden. Alternativ ist es auch denkbar, dass der verschiebbare Gelenkpunkt 54 den Lenkradadapter 12 mit dem ersten Wellenteil 32 verbindet.
An dem verschiebbaren Gelenkpunkt 54 ist eine in Längsrichtung LR wirkende Vorlastfeder angeordnet, die vorliegend nicht dargestellt ist. Durch die Federvorlast sind der erste Wellenteil 32 und der zweite Wellenteil 34, die entlang der in Längsrichtung LR verlaufenden Trennfuge 30 nebeneinander liegen, in der entriegelten ausgefahrenen Stellung A der Lenksäule 10 versetzt zueinander angeordnet, da die Vorlastfeder den zweiten Wellenteil 34 in axialer Längsrichtung vom Lenkrad 18 wegschiebt. Dadurch entsteht zwischen dem Lenkradadapter 12 und dem am verschiebbaren Gelenkpunkt 54 angeordneten zweiten Wellenteil 34 eine Entriegelungslücke 56.
Auch die Sicherungskeile 50 des ersten Wellenteils 32 und des zweiten Wellenteils 34 sind vorliegend aufgrund der Federvorlast versetzt zueinander angeordnet. Die Sicherungskeile 50 sind vorliegend offen, wobei die Federvorlast verhindert, dass sie ineinander greifen. Die Gelenkpunkte 48 der jeweiligen Wellenteile 32, 34 hingegen liegen sich gegenüber.
Die in Längserstreckungsrichtung LR verlaufenden Zahnradstangen 27, 28, 29 stehen in Wirkverbindung mit dem Ritzel 43 der Verstelleinrichtung 26. Die Zahnradstange 29 am Lenkradadapter 12 liegt in Flucht mit der Zahnradstange 27 des lenkradseitig ersten Gliedes 46 des ersten Wellenteils 32, die vorliegend neben der Entriegelungslücke verläuft. Der über den verschiebbaren Gelenkpunkt 54 mit dem Lenkradadapter 12 verbundene zweite Wellenteil 34 weist eine annähernd über den gesamten zweiten Wellenteil 34 verlaufende Zahnradstange 28 auf, wobei das Ende des letzten Gliedes des zweiten Wellenteils 34 in Richtung feste Lenkwelle 14 ohne Zahnradstange ausgebildet ist. Das hat den Vorteil, dass das Ritzel 43 beim Verschieben des zweiten Wellenteils 34 von der Zahnradstange 28 entkoppelt wird. Am gegenüberliegenden Ende des zweiten Wellenteils 34 verläuft die Zahnradstange 28 parallel neben der Zahnradstange 27 des ersten Wellenteils 32, wodurch das Ritzel 43 beim Einfahren der entriegelten, verstellbaren Lenksäule 16 die Entriegelungslücke 56 überbrücken kann, indem es von der Zahnradstange 28 des zweiten Wellenteils 34 auf die Zahnradstange des ersten Wellenteils 32 springt.
In 3 ist in einer Seitenansicht der Lenksäule 10 dargestellt, wie durch Drehen der Antriebswelle 42 die Verriegelungsmutter 40 in Längsrichtung LR hin zur verstellbaren Lenkwelle 16 bewegbar ist, so dass die Verriegelungsmutter 40 an der verstellbaren Lenkwelle 16 anliegt und die Entriegelungsnase 44 in den zweiten Wellenteil 34 eingreift. Gut zu erkennen ist, dass das Ritzel 43 vorliegend in die Zahnradstange 28 des zweiten Wellenteils 34 eingreift.
Durch weiteres Drehen der Antriebswelle 42 kann die Verriegelungsmutter 40 den zweiten Wellenteil 34 in Längsrichtung hin zum Lenkrad 18 verschieben. Insbesondere ist der zweite Wellenteil 34 über den verschiebbaren Gelenkpunkt 54 am Lenkradadapter 12 durch die Verriegelungsmutter 40 derart verschiebbar, dass die Entriegelungslücke 56 sich schließt, wie in 4 gut zu erkennen ist, und das Ritzel sich von der Zahnradstange entkoppelt, wie in 5b und 6 dargestellt ist.
4 ist eine Ansicht der Lenksäule 10 von oben, wobei die verstellbare Lenkwelle 16 vorliegend verriegelt ist. Durch die Verschiebung des zweiten Wellenteils 34 in Richtung Lenkrad 18 greifen die Sicherungskeile 50 der jeweiligen Wellenteile 32, 34 ineinander. Das sichert die verstellbare Lenkwelle 16 gegen ein ungewolltes Aufklappen. In vorteilhafter Weise sind die Gelenkpunkte 48 des jeweils ersten Wellenteils 32 und des zweiten Wellenteils 34 in der verriegelten ausgefahrenen Stellung A des Lenkrads 18 durch die Verschiebung des zweiten Wellenteils 34 versetzt zueinander angeordnet. Dadurch ist die Steifigkeit der verstellbaren Lenkwelle 16 um die Gelenkebene erhöht. Das hat zur Folge, dass die verstellbare Lenkwelle 16 einen hohen Widerstand gegen Verformung aufweist, wodurch sie die vom Lenkrad 18 erzeugten Drehmomente übertragen kann.
Die Verschiebung des zweiten Wellenteils 34 über den verschiebbaren Gelenkpunkt 54 in Richtung Lenkrad 18 durch die Verriegelungsmutter 40 hat den weiteren Vorteil, dass das Ritzel 43 für die Drehbewegung des Lenkrads 18 von der Zahnradstange 28 des zweiten Wellenteils 34 für die Drehbewegung des Lenkrads 18 entkoppelt wird. In 5b ist eine vergrößerte Darstellung der Zahnradstange 28 des zweiten Wellenteils 34 und des entkoppelten Ritzels 43 der verriegelten, ausgefahrenen Lenksäule 10 gezeigt, im Vergleich zu 5a, wo das Ritzel 43 der unverriegelten, ausgefahrenen Lenksäule 10 in die Zahnradstange 28 des zweiten Wellenteils 34 eingreift.
6 ist eine Ansicht des Lenksäulenkörpers 24 von oben. Um die Lenksäule 10 von der ausgefahrenen Stellung A in eine eingefahrene Stellung E zu verstellen, fährt die Verriegelungsmutter 40 durch Drehen der Antriebswelle 42 zurück. Das bewirkt, dass die an der Verriegelungsmutter 40 angeordnete Entriegelungsnase 44 den zweiten Wellenteil 34 in Richtung fester Lenkwelle 14 aus dem verschiebbaren Gelenkpunkt 54 herauszieht. Dadurch verschiebt sich der zweite Wellenteil 34 derart, dass die Gelenkpunkte 46 des ersten Wellenteils 32 und die Gelenkpunkte 46 des zweiten Wellenteils 34 sich gegenüberliegend ausgerichtet sind, wie in 2 beschrieben ist.
Ferner bewirkt die Entriegelung des zweiten Wellenteils 34, dass die ineinandergreifenden Sicherungskeile 50 der beiden Wellenteile 32, 34 sich öffnen. Das ermöglicht, dass die Glieder 46 der jeweiligen Wellenteile 32, 34 aufklappbar sind. Sobald die Entriegelungsnase 44 der zurückfahrenden Verriegelungsmutter 40 das zweite Wellenteil 34 freigibt, kommt die am verschiebbaren Gelenkpunkt 54 angeordnete Vorlastfeder zum Wirken. Sie drückt den zweiten Wellenteil 34 in Längsrichtung LR weg vom Lenkrad 18, um ein ungewolltes Schließen der Sicherungskeile 50 beim Einfahren der Lenksäule 10 zu verhindern.
Die Verschiebung des zweiten Wellenteils 34 bei der Entriegelung hat auch zur Folge, dass das Ritzel 43 wieder in die Zahnstange 28 des zweiten Wellenteils 34 eingreift. Beim Einfahren der Lenkwelle 10 ist das Ritzel 43 über den Antrieb 52 der Verstelleinrichtung 26 in eine Drehbewegung versetzt. Die Drehbewegung des Ritzels 43 wird über die Zahnradstangen 27, 28, 29 in eine Linearbewegung des zweiten Wellenteils 34 umgesetzt. So sind die gelenkig miteinander verbundenen Glieder 46 der jeweiligen Wellenteile 32, 34 über den Antrieb 52 der Verstelleinrichtung 26 in den Lenksäulenkörper 24 einfahrbar, der mit zwei Führungselementen 24a, 24b ausgebildet ist, wobei ein Führungselement 24a, 24b jeweils ein Wellenteil 32, 34 aufnimmt.
Die Führungselemente 24a, 24b sind vorliegend gebogen ausgebildet, und verlaufen in entgegengesetzte Richtungen annähernd orthogonal zur festen Lenkwelle 14. Die Führungselemente 24a, 24b bilden einen Lenkwellenkäfig zur Aufnahme, Führung und Verstauung der Wellenteile 32, 34. Die Führungselemente 24a, 24b weisen einen gekrümmten Pfad auf und verlaufen anschließend annähernd orthogonal zur festen Lenkwelle 14. Beim Einfahren der beiden Wellenteile 32, 34 in die jeweiligen Führungselemente 24a, 24b greifen die an den Gliedern 46 angeordneten kugelgelagerten Pins 60 in eine Profilnut 62 des Führungselements 24a, 24b, wodurch die Glieder dem gekrümmten Pfad der Führungselemente folgen, bis das erste Wellenteil 32 und das zweite Wellenteil 34 an einem Endanschlag 64 des jeweiligen Führunselements 24a, 24b anliegen. Wenn diese Endlage erreicht ist, befindet sich die Lenksäule in der eingefahrenen Stellung E, wie in 7 dargestellt ist.
In 7 sind die Glieder 46 des ersten Wellenteils 32 und des zweiten Wellenteils 34 durch die Führung der Pins 60 in der Profilnut 64 in unterschiedliche Richtungen geführt. Dadurch spannen die Wellenteile 32, 34 der verstellbaren Lenkwelle 16 an den einzelnen Gliedern 46 auf. Das hat zur Folge, dass der erste Wellenteil 32 und der zweite Wellenteil 34 beim Einfahren der Lenksäule 10 voneinander getrennt werden und die vorliegend nicht dargestellte Innenverzahnung der verstellbaren Lenkwelle 16 von der Au-ßenverzahnung 20 der festen Lenkwelle 14 getrennt wird. Somit entkoppelt sich die verstellbare Lenkwelle 16 von der festen Lenkwelle 14, und die mechanische Verbindung zwischen dem Lenkrad 18 und dem hier nicht dargestellten Lenkgetriebe ist der eingefahrenen Stellung E des Lenkrads 18 unterbrochen. In vorteilhafter Weise ist das Fahrzeug dadurch auch bei eingezogener Lenksäule 10 bewegbar, ohne dass sich das Lenkrad 18 mitdrehen muss.
Die beiden Wellenteile 32, 34 sind vorliegend jeweils seitlich in entgegengesetzte Richtungen in den Lenksäulenkörper 24 geleitet. Dadurch sind die Wellenteile 32, 34 bauraumsparend vertikal oder, wie vorliegend horizontal quer zur axialen Längsrichtung LR der Lenksäule 10 verstaubar. Vorliegend sind die jeweiligen Wellenteile 32, 34 beispielsweise derart verstellbar, dass sie rechts und links des Lenkrades 18 horizontal und annähernd orthogonal zur Lenksäule 10 innerhalb der nicht dargestellten Instrumententafel verstaut sind. Dadurch beansprucht die Lenksäule 10 in der eingefahrenen Stellung E kaum Bauraum in Richtung Stirnwand des Cockpits im Vergleich zu einer herkömmlichen, teleskopierbaren Lenksäule. Es ist auch denkbar, dass die einzelnen Glieder 46 der jeweiligen Wellenteile 32, 34 mehrfach umlenkbar, faltbar oder wickelbar sind, um einen besonders großen Einfahrbereich der Lenksäule 10 zu ermöglichen.

Claims

Lenksäule (10) eines Kraftfahrzeuges, umfassend eine feste Lenkwelle (14), die an einem Ende mit einem Lenkgetriebe und am jeweils anderen Ende mit einer verstellbaren Lenkwelle (16) an der ein Lenkrad (18) fahrerseitig angeordnet ist, verbunden ist, wobei die verstellbare Lenkwelle (16) an einem Lenksäulenkörper (24) gelagert ist, an dem eine Verstelleinrichtung (26) angeordnet ist, die in Wirkverbindung mit der verstellbaren Lenkwelle (16) steht, wodurch das Lenkrad (18) in Längsrichtung (LR) der Lenksäule (10) zwischen einer eingefahrenen Stellung (E) und einer ausgefahrenen Stellung (A) beweglich verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die verstellbare Lenkwelle (16) zweiteilig ausgebildet ist, wobei sie einen ersten Wellenteil (32) sowie einen zweiten Wellenteil (34) aufweist, die entlang einer in Längsrichtung (LR) verlaufenden Trennfuge (30) lösbar miteinander verbindbar sind.
Lenksäule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wellenteil (32) und der zweite Wellenteil (34) jeweils aus einer Mehrzahl von Gliedern (46) ausgebildet sind, die über Gelenkpunkte (48) miteinander verbunden sind.
Lenksäule nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wellenteil (32) und der zweite Wellenteil (34) lenkradseitig gelenkig mit einem Lenkradadapter (12) verbunden sind.
Lenksäule nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenkradadapter (12) mit dem ersten Wellenteil (32) oder dem zweiten Wellenteil (34) über einen verschiebbaren Gelenkpunkt (54) an dem eine in Längsrichtung (LR) wirkende Vorlastfeder (56) angeordnet ist, verbunden ist.
Lenksäule nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenkradadapter (12) sowie der erste Wellenteil (32) und der zweite Wellenteil (34) außenseitig eine in Längserstreckungsrichtung der Lenksäule (10) verlaufende Zahnradstange (28) aufweisen, die in Wirkverbindung mit einem Ritzel (43) der Verstelleinrichtung (26) steht.
Lenksäule nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenksäulenkörper (24) als eine Aufnahme für den ersten Wellenteil (32) und den zweiten Wellenteil (34) ausgebildet ist.
Lenksäule nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die verstellbare Lenkwelle (16) formschlüssig und drehfest mit der festen Lenkwelle (14) verbunden ist, wobei die verstellbare Lenkwelle (16) die feste Lenkwelle (14) in axiale Längsrichtung (LR) zumindest teilweise aufnimmt.
Lenksäule nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die feste Lenkwelle (14) eine Verriegelungsmutter (40) zur Verriegelung und/oder Entriegelung der verstellbaren Lenkwelle (16) aufweist.
Lenksäule nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenkrad (18) und das Lenkgetriebe voneinander entkoppelbar sind, wobei die Entkopplung mittels einer Trennung der verstellbaren Lenkwelle (16) von der festen Lenkwelle (14) erfolgt.