DE102019219008A1

DE102019219008A1 - Verstellbare Lenksäule für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102019219008A1
Application number: DE102019219008.1A
Authority: DE
Inventors: Jean Gautier
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-12-05
Filing date: 2019-12-05
Publication date: 2021-06-10
Also published as: CN112918544B; CN112918544A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verstellbare Lenksäule (1) für ein Kraftfahrzeug, mit: einem Lenksäulenkörper (10), einem relativ zum Lenksäulenkörper (10) längsverschiebbar angeordneten Lenksäulenrohr (12), insbesondere einem Crashrohr, einem am Lenksäulenrohr (12) angeordneten Antrieb (14) zum Verstellen der Lenksäule (1), welcher eine elektrische Maschine (14a) und ein mit einer Ausgangswelle (14b) der elektrischen Maschine (14a) verbundenes Ritzel (14c) aufweist, welches mit einer am Lenksäulenkörper (10) befestigten Zahnstange (16) im Eingriff ist, einem Energieabsorptionselement (18) zum Absorbieren einer axial auf die Lenksäule (1) wirkenden Aufprallenergie, welches an einem ersten längsaxialen Endabschnitt (18a) am Lenksäulenkörper (10) und an einem zweiten längsaxialen Endabschnitt (18b) an der Zahnstange (16) befestigt ist, wobei das Energieabsorptionselement (18) dazu ausgebildet ist, die auf die Lenksäule (1) wirkende, eine Axialbewegung des Lenksäulenrohrs (12) erzeugende Aufprallenergie durch Verformung aufzunehmen, und einem Crash-Hub-Begrenzungselement (22), welches dazu ausgebildet ist, einen Crash-Hub des Lenksäulenrohrs (12) relativ zum Lenksäulenkörper (10) zu begrenzen.

Description

Die Erfindung betrifft eine verstellbare Lenksäule für ein Kraftfahrzeug.
Stand der Technik
In der Regel sind Lenksäulen im Pkw manuell oder elektrisch in der Höhe und der Länge verstellbar. Speziell die Längsverstellung wird häufig als Teleskoprohr zwischen dem Gehäuse, welches die Schwenkbewegung für die Höhenverstellung ausführt, und dem Teleskoprohr, häufig als Crashrohr oder Führungsrohr bezeichnet, ausgeführt.
Des Weiteren weisen manche Lenksäulen eine sogenannte Easy-Entry-Funktion auf, welche es ermöglicht, dass ein Lenksäulenkörper der Lenksäule so tief einfahrbar ist, wie es ein Verstellbereich der Lenksäule erlaubt. Der Verstellbereich der Lenksäule weist in der Regel einen Hub von 25 mm bis 35 mm auf.
Die DE 10 2008 060 225 B4 offenbart eine verstellbare Lenksäule für ein Kraftfahrzeug mit einem Lenksäulenkörper zur Lagerung einer drehbaren Lenkwelle, einem Klemmmechanismus zur Umsetzung einer stufenlosen Verstellbarkeit der Lenkwelle entlang der Längsrichtung des Lenksäulenkörpers und einem Energieabsorptionsmechanismus zur energieverzehrenden Verlagerung der Lenkwelle bei einem Unfall.
Im Rahmen der Anwendung eines autonomen Fahrbetriebs des Fahrzeugs ist es jedoch wünschenswert, zum einen einen größeren Verstellbereich der Lenksäule zu ermöglichen, sodass die Lenksäule und eine daran angebrachte Lenkvorrichtung in einem autonomen Fahrbetrieb des Fahrzeugs weitestgehend in einem Armaturenbrett bzw. einer Innenraumverkleidung des Fahrzeugs versenkbar ist und zum anderen die Funktionalität der Lenksäule erhalten bleibt, dass der Energieabsorptionsmechanismus zur energieverzehrenden Verlagerung der Lenkwelle bei einem Unfall sowohl in einer Nominalposition der Lenksäule, d.h. in einem manuellen Fahrmodus des Kraftfahrzeugs, sowie während der Verstellung der Lenksäule gegeben ist.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Lenksäulenanordnung für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, welche eine erweiterte Verstellbarkeit der Lenksäule ermöglicht und zudem im Crashfall einen effektiven Energieabsorptionsmechanismus bereitstellt, welcher in verschiedenen Betriebsmodi der Lenksäule seine Funktion erfüllen kann.
Die Aufgabe wird mit einer verstellbaren Lenksäule für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung schafft eine verstellbare Lenksäule für ein Kraftfahrzeug mit einem Lenksäulenkörper, einem relativ zum Lenksäulenkörper längsverschiebbar angeordneten Lenksäulenrohr, insbesondere einem Crashrohr, und einem am Lenksäulenrohr angeordneten Antrieb zum Verstellen der Lenksäule, welcher eine elektrische Maschine und ein mit einer Ausgangswelle der elektrischen Maschine verbundenes Ritzel aufweist, welches mit einer am Lenksäulenkörper befestigten Zahnstange im Eingriff ist.
Die verstellbare Lenksäule weist ferner ein Energieabsorptionselement zum Absorbieren einer axial auf die Lenksäule wirkenden Aufprallenergie auf, welches an einem ersten längsaxialen Endabschnitt am Lenksäulenkörper und an einem zweiten längsaxialen Endabschnitt an der Zahnstange befestigt ist.
Das Energieabsorptionselement ist dazu ausgebildet, die auf die Lenksäule wirkende, eine Axialbewegung des Lenksäulenrohrs erzeugende Aufprallenergie durch Verformung aufzunehmen.
Darüber hinaus weist die verstellbare Lenksäule ein Crash-Hub-Begrenzungselement auf, welches dazu ausgebildet ist, den Crash-Hub des Lenksäulenrohrs relativ zum Lenksäulenkörper zu begrenzen. Eine Idee der vorliegenden Erfindung ist es, einen Mechanismus bereitzustellen, welcher zum einen eine axiale Verstellung der Lenksäule und zum anderen im Crashfall eine effektive Energieabsorption in Kombination mit einer definierten Begrenzung des Crash-Hubs des Lenksäulenrohrs ermöglicht.
Das Energieabsorptionselement ist in vorteilhafter Weise in der Lage, die im Crashfall auf die Lenksäule bzw. das Lenksäulenrohr wirkende Aufprallenergie zu absorbieren. Ferner kann durch das Crash-Hub-Begrenzungselement in vorteilhafter Weise der Crash-Hub des Lenksäulenrohrs relativ zum Lenksäulenkörper begrenzt werden, sodass in Abhängigkeit einer Position des Lenksäulenrohrs relativ zum Lenksäulenkörper ein vorgegebener Crash-Hub des Lenksäulenrohrs relativ zum Lenksäulenkörper zugelassen wird.
Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Energieabsorptionselement durch ein Metallblechband ausgebildet ist, welches im Einbauzustand der Lenksäule im Kraftfahrzeug mit dem ersten längsaxialen Endabschnitt an einer Oberseite des Lenksäulenkörpers befestigt ist, wobei das Energieabsorptionselement bei einer durch die Aufprallenergie bewirkte Axialbewegung des Lenksäulenrohrs und der mit dem Lenksäulenrohr über das Ritzel verbundenen Zahnstange dazu ausgebildet ist, um einen, insbesondere abgerundeten, Endabschnitt des Lenksäulenkörpers herum abzurollen.
Somit kann in vorteilhafter Weise eine effektive Energieabsorption der auf das Lenksäulenrohr der Lenksäule wirkenden Aufprallenergie ermöglicht werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Metallblechband entlang seiner Länge einen konstanten Querschnitt zum Erzeugen einer konstanten Energieabsorption oder einen variablen Querschnitt zum Erzeugen einer variablen Energieabsorption bei der Axialbewegung des Lenksäulenrohrs aufweist, wobei im Falle eines variablen Querschnitts der benachbart zur Zahnstange angeordnete erste längsaxiale Abschnitt des Metallblechbands einen geringeren Querschnitt als der benachbart zur Oberseite des Lenksäulenkörpers angeordnete zweite längsaxiale Abschnitt des Metallblechbands aufweist.
Das Metallblechband ist somit in vorteilhafter Weise in der Lage, je nach Anforderung eine konstante Energieabsorption oder eine variable Energieabsorption je nach Ausbildung des Metallblechbands vorzusehen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Zahnstange kunststoffumspritzt ist, wobei eine Kunststoffumspritzung der Zahnstange beidseits der Zahnstange zumindest eine Öffnung aufweist, in welche ein am Lenksäulenkörper befestigter Stift eingefügt ist. Die Zahnstange kann somit in vorteilhafter Weise durch die Befestigung mittels der Kunststoffumspritzung und der Stifte am Lenksäulenkörper befestigt werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die in die beidseits der Zahnstange angeordnete zumindest eine Öffnung eingefügten Stifte dazu ausgebildet sind, bei einer im Falle einer Fahrzeugkollision in das Lenksäulenrohr und die mit dem Lenksäulenrohr verbundene Zahnstange eingeleiteten, einen vorgegebenen Schwellwert, insbesondere größer oder gleich 3kN, überschreitenden Last, abgeschert zu werden.
Durch eine derartige Ausbildung der scherbaren Stifte kann in vorteilhafter Weise im Falle einer Fahrzeugkollision ein Entkoppeln der Zahnstange von dem Lenksäulenkörper und damit eine Relativbewegung der Zahnstange zum Lenksäulenkörper ermöglicht werden. Die Zahnstange bewegt sich somit aufgrund ihres Eingriffs mit dem Ritzel mit der Axialbewegung des Lenksäulenrohrs bzw. Crashrohrs mit.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Crash-Hub-Begrenzungselement am Lenksäulenkörper, insbesondere an einer im Einbauzustand der Lenksäule im Kraftfahrzeug Unterseite des Lenksäulenkörpers, befestigt ist, wobei das Crash-Hub-Begrenzungselement beidseits der Zahnstange am Lenksäulenkörper befestigt ist, und wobei das Crash-Hub-Begrenzungselement einen Sicherungsabschnitt mit zumindest einem Sicherungselement aufweist, welches in zumindest eine in der Zahnstange ausgebildete Öffnung einfügbar ist.
Aufgrund der Einfügbarkeit des Crash-Hub-Begrenzungselements in die in der Zahnstange ausgebildete zumindest eine Öffnung ist somit in vorteilhafter Weise ein Crash-Hub des Lenksäulenrohrs im Falle einer Fahrzeugkollision bei Entkopplung der Zahnstange von dem Lenksäulenkörper möglich.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass in einer ersten axialen Endposition, insbesondere in einer vollständig ausgefahrenen Position, des Lenksäulenrohrs, das zumindest eine Sicherungselement des Crash-Hub-Begrenzungselements mit der Zahnstange außer Eingriff oder in teilweisem Eingriff ist. Somit kann zum einen eine axiale Verstellung des Lenksäulenrohrs im Normalbetrieb der Lenksäule als auch ein Crash-Hub der Zahnstange und des mit der Zahnstange verbundenen Lenksäulenrohrs im Kollisionsfall ermöglicht werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Crash-Hub-Begrenzungselement in einer Mittenposition des Lenksäulenrohrs, in welcher das Ritzel des Antriebs im Wesentlichen in einer Mitte der Zahnstange angeordnet ist, mit dem Lenksäulenrohr Kontakt bildet, wobei das Crash-Hub-Begrenzungselement an einer dem Lenksäulenrohr zugewandten Unterseite zumindest einen Vorsprung aufweist. Der Vorsprung ist in vorteilhafter Weise dazu ausgebildet, das Crash-Hub-Begrenzungselement derart anzuheben, dass dieses mit der Zahnstange Kontakt bildet.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Lenksäulenrohr an einem axialen Endabschnitt eine Abschrägung aufweist, welche dazu ausgebildet ist, bei axialer Bewegung des Lenksäulenrohrs in Richtung des Crash-Hub-Begrenzungselements den Sicherungsabschnitt des Crash-Hub-Begrenzungselements derart anzuheben, dass das zumindest eine Sicherungselement in die zumindest eine in der Zahnstange ausgebildete Öffnung eingefügt wird.
Das Vorsehen des axialen Endabschnitts des Lenksäulenrohrs mit einer Abschrägung ermöglicht in vorteilhafter Weise, dass das Begrenzungselement, insbesondere der an der Unterseite des Begrenzungselements vorgesehene Vorsprung, bei axialer Bewegung des Lenksäulenrohrs relativ zur Zahnstange bzw. dem Lenksäulenkörper bewegt wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Crash-Hub-Begrenzungselement in einer zweiten axialen Endposition, insbesondere in einer vollständig eingefahrenen Position, des Lenksäulenrohrs, der Sicherungsabschnitt des Crash-Hub-Begrenzungselements zwischen der Zahnstange und dem Lenksäulenrohr angeordnet und das zumindest eine Sicherungselement mit der Zahnstange vollständig in Eingriff ist.
Bei einem normalen Verstellbetrieb der Lenksäule weist das Anheben des Crash-Hub-Begrenzungselements und das Einfügen der Sicherungselemente in die Zahnstange keinen Einfluss auf die Verstellung der Lenksäule auf. Im Falle einer Kollision des Fahrzeugs ermöglicht das Einfügen der Sicherungselemente in die Öffnungen der Zahnstange jedoch in vorteilhafter Weise die effektive Begrenzung des Crash-Hubs des Lenksäulenrohrs der verstellbaren Lenksäule.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Zahnstange bei Abscheren der Stifte mit der Bewegung des mit der Zahnstange verbundenen Lenksäulenrohrs mit bewegbar ist, wobei das Crash-Hub-Begrenzungselement dazu ausgebildet ist, den Crash-Hub des Lenksäulenrohrs bei Anheben des Sicherungsabschnitts des Crash-Hub-Begrenzungselements und Einfügen des zumindest einen Sicherungselements in die zumindest eine in der Zahnstange ausgebildete Öffnung durch Bewegen des Vorsprungs des Crash-Hub-Begrenzungselements entlang der Abschrägung des Lenksäulenrohrs zu begrenzen.
Der Vorsprung des Crash-Hub-Begrenzungselements ermöglicht somit in vorteilhafter Weise ein erleichtertes Einfügen der Sicherungselemente in die in der Zahnstange vorgesehenen Öffnungen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass ein Sperrmoment der elektrischen Maschine größer als das im Falle einer Fahrzeugkollision in das Lenksäulenrohr und die mit dem Lenksäulenrohr verbundene Zahnstange eingeleitete Lastmoment, insbesondere größer oder gleich 3kN, ist.
Eine derartige Auslegung der elektrischen Maschine ermöglicht in vorteilhafter Weise, dass aufgrund des Sperrmoments der elektrischen Maschine eine effektive Übertragung der Kollisionsenergie durch das Lenksäulenrohr über das Ritzel auf die Zahnstange möglich ist. In Reaktion darauf erfolgt ein Abscheren der Stifte, mit welchen die Zahnstange am Lenksäulenkörper befestigt ist, und somit ein Freigeben einer axialen Bewegung der Zahnstange relativ zum Lenksäulenkörper.
Die beschriebenen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich beliebig miteinander kombinieren.
Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung.
Figurenliste
Die beiliegenden Zeichnungen sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung.
Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die dargestellten Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.
Es zeigen:

1 eine Längsschnittansicht einer verstellbaren Lenksäule für ein Kraftfahrzeug gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
2 eine schematische Darstellung einer im Einbauzustand der verstellbaren Lenksäule in das Kraftfahrzeug Unterseite eines Lenksäulenkörpers mit einer daran befestigten Zahnstange gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
3 eine Längsschnittansicht der verstellbaren Lenksäule für das Kraftfahrzeug in einer ersten Position während eines Verstellbetriebs der Lenksäule gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
4 eine schematische Darstellung der verstellbaren Lenksäule für das Kraftfahrzeug in einer zweiten Position während eines Verstellbetriebs der Lenksäule gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
5 eine Längsschnittansicht der verstellbaren Lenksäule für das Kraftfahrzeug in einer dritten Position während eines Verstellbetriebs der Lenksäule gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
6 eine Längsschnittansicht der verstellbaren Lenksäule für das Kraftfahrzeug in einer vierten Position während eines Verstellbetriebs der Lenksäule gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
7 eine vergrößerte Detailansicht einer Unterseite des Lenksäulenkörpers der verstellbaren Lenksäule für das Kraftfahrzeug gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
8 eine Längsschnittansicht der verstellbaren Lenksäule für das Kraftfahrzeug in einer ersten Position im Falle einer Fahrzeugkollision gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
9 eine Längsschnittansicht der verstellbaren Lenksäule für das Kraftfahrzeug in einer zweiten Position im Falle einer Fahrzeugkollision gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
10 eine Längsschnittansicht der verstellbaren Lenksäule für das Kraftfahrzeug in einer dritten Position im Falle einer Fahrzeugkollision gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
11 eine vergrößerte Detailansicht einer schematischen Darstellung einer Unterseite des Lenksäulenkörpers gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; und
12 eine vergrößerte Detailansicht einer schematischen Darstellung einer Unterseite des Lenksäulenkörpers mit einem durch ein Crash-Hub-Begrenzungselement begrenztem Crash-Hub des Lenksäulenrohrs gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.

In den Figuren der Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Elemente, Bauteile oder Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
1 zeigt eine Längsschnittansicht einer verstellbaren Lenksäule für ein Kraftfahrzeug gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Die verstellbare Lenksäule 1 für das Kraftfahrzeug weist einen Lenksäulenkörper 10 und ein relativ zum Lenksäulenkörper 10 längsverschiebbar angeordnetes Lenksäulenrohr 12 auf. Das Lenksäulenrohr 12 ist in der vorliegenden Ausführungsform ein Crashrohr. Alternativ oder zusätzlich kann das Crashrohr in einem Mantelrohr geführt sein.
Die verstellbare Lenksäule 1 weist ferner einen am Lenksäulenrohr 12 angeordneten Antrieb 14 zum Verstellen der Lenksäule 1 auf. Der Antrieb 14 weist eine elektrische Maschine 14a und ein mit einer Ausgangswelle 14b der elektrischen Maschine 14a verbundenes Ritzel 14c auf. Das Ritzel 14c ist mit einer am Lenksäulenkörper 10 befestigten Zahnstange 16 im Eingriff.
Eine Positionierung der elektrischen Maschine 14a und der Ausgangswelle 14b in 1 ist lediglich symbolischer Art. Alternativ zur gezeigten Anordnung der elektrischen Maschine 14a und der Ausgangswelle 14b können diese beispielsweise senkrecht zur dargestellten Schnittebene in Verlängerung des Ritzels 14c angeordnet sein.
Das Ritzel 14c ist ferner in einer in dem Lenksäulenrohr 12 im Wesentlichen im Querschnitt kreisförmig bzw. teilkreisförmig ausgebildeten Aussparung eingefügt. Dadurch ist gewährleistet, dass sich das Ritzel bei einer Axialbewegung des Lenksäulenrohrs 12 relativ zum Lenksäulenkörper 10 mit dem Lenksäulenrohr 12 mit bewegt.
Die verstellbare Lenksäule 1 weist darüber hinaus ein Energieabsorptionselement 18 zum Absorbieren einer axial auf die Lenksäule 1 wirkenden Aufprallenergie auf. Das Energieabsorptionselement 18 ist an einem ersten längsaxialen Endabschnitt 18a am Lenksäulenkörper 10 und an einem zweiten längsaxialen Endabschnitt 18b an der Zahnstange 16 befestigt. Das Energieabsorptionselement 18 ist des Weiteren dazu ausgebildet, die auf die Lenksäule 1 wirkende, eine Axialbewegung des Lenksäulenrohrs 12 erzeugende Aufprallenergie durch Verformung aufzunehmen.
Ferner weist die verstellbare Lenksäule 1 ein Crash-Hub-Begrenzungselement 22 auf, welches dazu ausgebildet ist, einen Crash-Hub des Lenksäulenrohrs 12 relativ zum Lenksäulenkörper 10 zu begrenzen.
Das Energieabsorptionselement 18 ist in der vorliegenden Ausführungsform durch ein Metallblechband ausgebildet. Das Metallblechband ist im Einbauzustand der Lenksäule im Kraftfahrzeug mit dem ersten längsaxialen Endabschnitt 18a an einer Oberseite 10a des Lenksäulenkörpers 10 befestigt. Das Energieabsorptionselement 18 ist bei einer durch die Aufprallenergie bewirkte Axialbewegung des Lenksäulenrohrs 12 und der mit dem Lenksäulenrohr 12 über das Ritzel 14c verbundenen Zahnstange 16 dazu ausgebildet, um einen, insbesondere abgerundeten, Endabschnitt 10b des Lenksäulenkörpers 10 herum abzurollen.
Das Metallblechband weist darüber hinaus entlang seiner Länge einen konstanten Querschnitt zum Erzeugen einer konstanten Energieabsorption auf. Alternativ kann das Metallblechband beispielsweise einen variablen Querschnitt entlang seiner Länge zum Erzeugen einer variablen Energieabsorption bei der Axialbewegung des Lenksäulenrohrs 12 aufweisen.
Im Falle eines variablen Querschnitts weist der benachbart zur Zahnstange 16a angeordnete erste längsaxiale Endabschnitt 18a des Metallblechbands einen geringeren Querschnitt als der benachbart zur Oberseite 10a des Lenksäulenkörpers 10 angeordnete zweite längsaxiale Abschnitt 18b des Metallblechbands auf. Somit kann gewährleistet werden, dass eine anfängliche Energieabsorption geringer und eine anschließende Energieabsorption höher ist.
Ein Sperrmoment der elektrischen Maschine 14a ist größer als das im Falle einer Fahrzeugkollision in das Lenksäulenrohr 12 und die mit dem Lenksäulenrohr 12 verbundene Zahnstange eingeleitete Lastmoment, insbesondere größer oder gleich 3kN.
2 zeigt eine schematische Darstellung einer im Einbauzustand der verstellbaren Lenksäule in das Kraftfahrzeug Unterseite eines Lenksäulenkörpers mit einer daran befestigten Zahnstange gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Die Zahnstange 16 ist kunststoffumspritzt. Eine Kunststoffumspritzung 24, 25 der Zahnstange 16 weist beidseits der Zahnstange 16 Öffnungen 24a, 24b auf, in welche jeweils ein am Lenksäulenkörper 10 befestigter Stift 26a, 26b eingefügt ist.
Die in die beidseits der Zahnstange 16 angeordneten Öffnungen 24a, 24b eingefügten Stifte 26a, 26b sind dazu ausgebildet, bei einer im Falle einer Fahrzeugkollision in das (in 2 nicht gezeigte) Lenksäulenrohr 12 und die mit dem Lenksäulenrohr 12 verbundene Zahnstange 16 eingeleiteten, einen vorgegebenen Schwellwert, insbesondere größer oder gleich 3kN, überschreitenden Last, abgeschert zu werden.
Das Crash-Hub-Begrenzungselement 22 ist am Lenksäulenkörper 10, insbesondere an einer im Einbauzustand der Lenksäule 1 im Kraftfahrzeug an einer Unterseite 10c angeordneten Führungsschiene 11 des Lenksäulenkörpers 10 befestigt.
Das Crash-Hub-Begrenzungselement 22 ist beidseits der Zahnstange 16 am Lenksäulenkörper 10 befestigt.
Ferner weist das Crash-Hub-Begrenzungselement 22 einen Sicherungsabschnitt 28 mit einer Mehrzahl von Sicherungselementen 28a, 28b, 28c, 28d auf, welche in in der Zahnstange 16 ausgebildete Öffnungen 16a, 16b, 16c, 16d einfügbar sind. Das Crash-Hub-Begrenzungselement 22 ist in der vorliegenden Ausführungsform gabelförmig ausgebildet.
Die Zahnstange 16 ist bei Abscheren der Stifte 26a, 26b mit der Bewegung des mit der Zahnstange verbundenen Lenksäulenrohr 12 mit bewegbar.
Das Crash-Hub-Begrenzungselement 22 ist ferner dazu ausgebildet, den Crash-Hub des Lenksäulenrohrs 12 bei Anheben des Sicherungsabschnitts 28 des Crash-Hub-Begrenzungselements 22 und Einfügen der Mehrzahl von Sicherungselementen 28a, 28b, 28c, 28d in die in der Zahnstange 16 ausgebildeten Öffnungen 16a, 16b, 16c, 16d durch Bewegen des Vorsprungs 22a des Crash-Hub-Begrenzungselements 22 entlang einer (in 2 nicht gezeigten) Abschrägung 12c des Lenksäulenrohrs 12 zu begrenzen.
3 zeigt eine Längsschnittansicht der verstellbaren Lenksäule für das Kraftfahrzeug in einer ersten Position während eines Verstellbetriebs der Lenksäule gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
In der vorliegenden Darstellung ist das Lenksäulenrohr 12 in einer ersten axialen Endposition 12a, insbesondere in einer vollständig ausgefahrenen Position, in einem Normalbetrieb und/oder Verstellbetrieb der Lenksäule gezeigt.
Die Mehrzahl von Sicherungselementen 28a, 28b des Crash-Hub-Begrenzungselements 22 sind in der aktuellen Position des Lenksäulenrohrs 12 mit der Zahnstange 16 außer Eingriff. Alternativ können die Mehrzahl von Sicherungselementen 28a, 28b (die weiteren Sicherungselemente 28c, 28d sind in der vorliegenden Darstellung nicht gezeigt) mit der Zahnstange 16 in teilweisem Eingriff sein.
4 zeigt eine schematische Darstellung der verstellbaren Lenksäule für das Kraftfahrzeug in einer zweiten Position während eines Verstellbetriebs der Lenksäule gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Das Crash-Hub-Begrenzungselement 22 ist in der vorliegenden Darstellung in einer Mittenposition 12b des Lenksäulenrohrs 12 gezeigt. In der Mittenposition 12b des Lenksäulenrohrs 12 ist das Ritzel 14c des Antriebs 14 im Wesentlichen in einer Mitte der Zahnstange 16 angeordnet.
Das Crash-Hub-Begrenzungselement 22 bildet in der vorliegenden Position des Lenksäulenrohrs 12 mit dem Lenksäulenrohr 12 Kontakt. Ferner weist das Crash-Hub-Begrenzungselement 22 an einer dem Lenksäulenrohr 12 zugewandten Unterseite zumindest einen Vorsprung 22a auf.
Das Lenksäulenrohr 12 weist an einem axialen Endabschnitt eine Abschrägung 12c auf. Die Abschrägung 12c ist dazu ausgebildet, bei axialer Bewegung des Lenksäulenrohrs 12 in Richtung des Crash-Hub-Begrenzungselements 22 den Sicherungsabschnitt 28 des Crash-Hub-Begrenzungselements 22 derart anzuheben, dass die Mehrzahl von Sicherungselementen 28a, 28b (die Sicherungselemente 28c, 28d sind in der vorliegenden Darstellung nicht gezeigt) in die in der Zahnstange ausgebildeten Öffnungen eingefügt werden.
5 zeigt eine Längsschnittansicht der verstellbaren Lenksäule für das Kraftfahrzeug in einer dritten Position während eines Verstellbetriebs der Lenksäule gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
In der vorliegenden Darstellung ist das Lenksäulenrohr 12 im Gegensatz zu der in 4 gezeigten Darstellung in Axialrichtung der Lenksäule 1 etwas weiterbewegt. Der an der Unterseite des Crash-Hub-Begrenzungselements 22 ausgebildete Vorsprung 22a wurde in der vorliegenden Position des Lenksäulenrohrs 12 bereits entlang der Abschrägung 12c des Lenksäulenrohrs 12 bewegt, sodass das Crash-Hub-Begrenzungselement 22, insbesondere der Sicherungsabschnitt 28 des Crash-Hub-Begrenzungselements 22 im Wesentlichen parallel zur Zahnstange 16 angeordnet ist und die Mehrzahl von Sicherungselementen 28a, 28b in die in der Zahnstange 16 ausgebildeten Öffnungen eingefügt sind.
6 zeigt eine Längsschnittansicht der verstellbaren Lenksäule für das Kraftfahrzeug in einer vierten Position während eines Verstellbetriebs der Lenksäule gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Das Crash-Hub-Begrenzungselement 22 ist in der vorliegenden Darstellung in einer zweiten axialen Endposition 12d, insbesondere in einer vollständig eingefahrenen Position, des Lenksäulenrohrs 12 gezeigt.
Der Sicherungsabschnitt 28 des Crash-Hub-Begrenzungselements 22 ist zwischen der Zahnstange 16 und dem Lenksäulenrohr 12 angeordnet. Die Mehrzahl von Sicherungselementen 28a, 28b sind mit der Zahnstange 16 vollständig in Eingriff.
7 zeigt eine vergrößerte Detailansicht einer Unterseite des Lenksäulenkörpers der verstellbaren Lenksäule für das Kraftfahrzeug gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Wie ersichtlich, weist die Zahnstange 16 zwei sich in Axialrichtung der Zahnstange 16 erstreckende Reihen von zueinander jeweils beabstandeten Öffnungen auf.
Die Sicherungselemente 28a, 28b sind dabei in die Öffnungen 16a, 16b der Zahnstange eingefügt. Die Sicherungselemente 28c, 28d sind in die Öffnungen 16c, 16d der Zahnstange 16 eingefügt. Die Sicherungselemente 28a bis 28d sind jeweils hakenförmig ausgebildet und weisen eine vorgegebene Neigung in Richtung des Endabschnitts 10b des Lenksäulenkörpers 10 auf. Somit sind die Sicherungselemente 28a bis 28d nach Einfügen in die Öffnungen 16a bis 16d der Zahnstange 16 gegen ein ungewolltes Entkoppeln von der Zahnstange 16 gesichert.
8 zeigt eine Längsschnittansicht der verstellbaren Lenksäule für das Kraftfahrzeug in einer ersten Position im Falle einer Fahrzeugkollision gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
In der vorliegenden Darstellung ist die Lenksäule 1 bei einer Fahrzeugkollision gezeigt, in welcher eine Aufprallenergie axial auf die Lenksäule 1, insbesondere das Lenksäulenrohr 12, wirkt. In der gezeigten Darstellung ist die Zahnstange 16 noch am Lenksäulenkörper 10 durch die Kunststoffumspritzung 24, 25 und die durch die entsprechenden Öffnungen der Kunststoffumspritzung eingefügten (in 8 nicht gezeigten) Stifte befestigt.
9 zeigt eine Längsschnittansicht der verstellbaren Lenksäule für das Kraftfahrzeug in einer zweiten Position im Falle einer Fahrzeugkollision gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
In der vorliegenden Darstellung sind die in die entsprechenden Öffnungen der Kunststoffumspritzung 24, 25 eingefügten Stifte aufgrund der durch die Fahrzeugkollision in das Lenksäulenrohr 12 und die mit dem Lenksäulenrohr 12 verbundene Zahnstange eingeleiteten, einen vorgegebenen Schwellwert, insbesondere größer oder gleich 3 kN eingeleitete Last, abgeschert worden.
Die Zahnstange 16 wird somit aufgrund der Axialbewegung des Lenksäulenrohrs 12 aufgrund der Verbindung der Zahnstange 16 mit dem Lenksäulenrohr 12 mittels des Ritzels 14c mit dem Lenksäulenrohr 12 axial mit bewegt, insbesondere entlang des Lenksäulenkörpers 10 mit bewegt.
Gleichzeitig wird bei der Axialbewegung der Zahnstange 16 relativ zum Lenksäulenkörper 10 das Energieabsorptionselement 18, welches durch ein Metallband ausgebildet ist, abgerollt. Der erste längsaxiale Abschnitt 18a des Energieabsorptionselements 18 ist dabei an der Oberseite 10a des Lenksäulenkörpers 10 befestigt und der zweite längsaxiale Endabschnitt 18b ist an der Zahnstange 16 befestigt. Das Energieabsorptionselement 18 rollt um den, insbesondere abgerundeten, Endabschnitt 10b des Lenksäulenkörpers 10 herum ab und nimmt durch seine Verformung die auf die Lenksäule 1 wirkende Aufprallenergie auf.
Das Crash-Hub-Begrenzungselement 22 ist in der vorliegenden Position des Lenksäulenrohrs 10 an einem axialen Endabschnitt des Lenksäulenrohrs 10, an welchem die Abschrägung 12c ausgebildet ist, angeordnet. In der vorliegenden Darstellung ist der Sicherungsabschnitt 28 mit dessen Sicherungselementen 28a, 28b bereits teilweise in Richtung der Zahnstange 16 angehoben, sodass die Sicherungselemente 28a, 28b mit der Zahnstange 16 in teilweisem Eingriff sind.
10 zeigt eine Längsschnittansicht der verstellbaren Lenksäule für das Kraftfahrzeug in einer dritten Position im Falle einer Fahrzeugkollision gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
In der vorliegenden Darstellung ist das Lenksäulenrohr um eine vorgegebene Distanz in Axialrichtung der Lenksäule 1 weiterbewegt, sodass die Sicherungselemente 28a, 28b (sowie die in 10 nicht gezeigten weiteren Sicherungselemente 28c, 28d) des Crash-Hub-Begrenzungselements 22 in die Öffnungen der Zahnstange eingefügt sind. Das Crash-Hub-Begrenzungselement 22 begrenzt damit effektiv den Crash-Hub des Lenksäulenrohrs 12 relativ zum Lenksäulenkörper 10, sodass eine weitere axiale Bewegung des Lenksäulenrohrs 12 relativ zum Lenksäulenkörper 10 nicht möglich bzw. das Lenksäulenrohr 12 blockiert ist.
11 zeigt eine vergrößerte Detailansicht einer schematischen Darstellung einer Unterseite des Lenksäulenkörpers gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Die vorliegende vergrößerte Detailansicht bezieht sich auf die Darstellung der 9, in welcher die Sicherungselemente 28a bis 28d des Sicherungsabschnitts 28 des Begrenzungselements 22 bereits benachbart zu den Öffnungen 16a bis 16d der Zahnstange 16 angeordnet sind und bereits ein teilweiser Eingriff der Sicherungselemente 28a bis 28d mit den Öffnungen 16a bis 16d der Zahnstange 16 vorliegt oder alternativ die Sicherungselemente 28a bis 28d noch zu den Öffnungen 16a bis 16d der Zahnstange 16 beabstandet sind.
12 zeigt eine vergrößerte Detailansicht einer schematischen Darstellung einer Unterseite des Lenksäulenkörpers mit einem durch ein Crash-Hub-Begrenzungselement begrenztem Crash-Hub des Lenksäulenrohrs gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Die Darstellung der 12 ist eine vergrößerte Detailansicht der in 10 gezeigten Darstellung der verstellbaren Lenksäule 1, in welcher die Mehrzahl von Sicherungselementen 28a bis 28d in die Mehrzahl von Öffnungen 16a bis 16d der Zahnstange 16 eingefügt sind und der Crash-Hub des Lenksäulenrohrs 12 somit durch das Crash-Hub-Begrenzungselement 22 begrenzt ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008060225 B4 [0004]

Claims

Verstellbare Lenksäule (1) für ein Kraftfahrzeug, mit: einem Lenksäulenkörper (10); einem relativ zum Lenksäulenkörper (10) längsverschiebbar angeordneten Lenksäulenrohr (12), insbesondere einem Crashrohr; einem am Lenksäulenrohr (12) angeordneten Antrieb (14) zum Verstellen der Lenksäule (1), welcher eine elektrische Maschine (14a) und ein mit einer Ausgangswelle (14b) der elektrischen Maschine (14a) verbundenes Ritzel (14c) aufweist, welches mit einer am Lenksäulenkörper (10) befestigten Zahnstange (16) im Eingriff ist; einem Energieabsorptionselement (18) zum Absorbieren einer axial auf die Lenksäule (1) wirkenden Aufprallenergie, welches an einem ersten längsaxialen Endabschnitt (18a) am Lenksäulenkörper (10) und an einem zweiten längsaxialen Endabschnitt (18b) an der Zahnstange (16) befestigt ist, wobei das Energieabsorptionselement (18) dazu ausgebildet ist, die auf die Lenksäule (1) wirkende, eine Axialbewegung des Lenksäulenrohrs (12) erzeugende Aufprallenergie durch Verformung aufzunehmen; und einem Crash-Hub-Begrenzungselement (22), welches dazu ausgebildet ist, einen Crash-Hub des Lenksäulenrohrs (12) relativ zum Lenksäulenkörper (10) zu begrenzen.
Verstellbare Lenksäule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Energieabsorptionselement (18) durch ein Metallblechband ausgebildet ist, welches im Einbauzustand der Lenksäule (1) im Kraftfahrzeug mit dem ersten längsaxialen Endabschnitt (18a) an einer Oberseite (10a) des Lenksäulenkörpers (10) befestigt ist, wobei das Energieabsorptionselement (18) bei einer durch die Aufprallenergie bewirkte Axialbewegung des Lenksäulenrohrs (12) und der mit dem Lenksäulenrohr (12) über das Ritzel (14c) verbundenen Zahnstange (16) dazu ausgebildet ist, um einen, insbesondere abgerundeten, Endabschnitt (10b) des Lenksäulenkörpers (10) herum abzurollen.
Verstellbare Lenksäule nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallblechband entlang seiner Länge einen konstanten Querschnitt zum Erzeugen einer konstanten Energieabsorption oder einen variablen Querschnitt zum Erzeugen einer variablen Energieabsorption bei der Axialbewegung des Lenksäulenrohrs (12) aufweist, wobei im Falle eines variablen Querschnitts der benachbart zur Zahnstange (16) angeordnete erste längsaxiale Abschnitt (18a) des Metallblechbands einen geringeren Querschnitt als der benachbart zur Oberseite (10a) des Lenksäulenkörpers (10) angeordnete zweite längsaxiale Abschnitt (18b) des Metallblechbands aufweist.
Verstellbare Lenksäule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnstange (16) kunststoffumspritzt ist, wobei eine Kunststoffumspritzung (24, 25) der Zahnstange (16) beidseits der Zahnstange (16) zumindest eine Öffnung (24a, 24b) aufweist, in welche ein am Lenksäulenkörper (10) befestigter Stift (26a, 26b) eingefügt ist.
Verstellbare Lenksäule nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die in die beidseits der Zahnstange (16) angeordnete zumindest eine Öffnung (24a, 24b) eingefügten Stifte (26a, 26b) dazu ausgebildet sind, bei einer im Falle einer Fahrzeugkollision in das Lenksäulenrohr (12) und die mit dem Lenksäulenrohr (12) verbundene Zahnstange (16) eingeleiteten, einen vorgegebenen Schwellwert, insbesondere größer oder gleich 3kN, überschreitenden Last, abgeschert zu werden.
Verstellbare Lenksäule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Crash-Hub-Begrenzungselement (22) am Lenksäulenkörper (10), insbesondere an einer im Einbauzustand der Lenksäule (1) im Kraftfahrzeug Unterseite (10c) des Lenksäulenkörpers (10), befestigt ist, wobei das Crash-Hub-Begrenzungselement (22) beidseits der Zahnstange (16) am Lenksäulenkörper (10) befestigt ist, und wobei das Crash-Hub-Begrenzungselement (22) einen Sicherungsabschnitt (28) mit zumindest einem Sicherungselement (28a, 28b, 28c, 28d) aufweist, welches in zumindest eine in der Zahnstange (16) ausgebildete Öffnung (16a, 16b, 16c, 16d) einfügbar ist.
Verstellbare Lenksäule nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in einer ersten axialen Endposition (12a), insbesondere in einer vollständig ausgefahrenen Position, des Lenksäulenrohrs (12), das zumindest eine Sicherungselement (28a, 28b, 28c, 28d) des Crash-Hub-Begrenzungselements (22) mit der Zahnstange (16) außer Eingriff oder in teilweisem Eingriff ist.
Verstellbare Lenksäule nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Crash-Hub-Begrenzungselement (22) in einer Mittenposition (12b) des Lenksäulenrohrs (12), in welcher das Ritzel (14c) des Antriebs (14) im Wesentlichen in einer Mitte der Zahnstange (16) angeordnet ist, mit dem Lenksäulenrohr (12) Kontakt bildet, wobei das Crash-Hub-Begrenzungselement (22) an einer dem Lenksäulenrohr (12) zugewandten Unterseite zumindest einen Vorsprung (22a) aufweist.
Verstellbare Lenksäule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenksäulenrohr (12) an einem axialen Endabschnitt eine Abschrägung (12c) aufweist, welche dazu ausgebildet ist, bei axialer Bewegung des Lenksäulenrohrs (12) in Richtung des Crash-Hub-Begrenzungselements (22) den Sicherungsabschnitt (28) des Crash-Hub-Begrenzungselements (22) derart anzuheben, dass das zumindest eine Sicherungselement (28a, 28b, 28c, 28d) in die zumindest eine in der Zahnstange (16) ausgebildete Öffnung (16a, 16b, 16c, 16d) eingefügt wird.
Verstellbare Lenksäule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Crash-Hub-Begrenzungselement (22) in einer zweiten axialen Endposition (12c), insbesondere in einer vollständig eingefahrenen Position, des Lenksäulenrohrs (12), der Sicherungsabschnitt (28) des Crash-Hub-Begrenzungselements (22) zwischen der Zahnstange (16) und dem Lenksäulenrohr (12) angeordnet und das zumindest eine Sicherungselement (28a, 28b, 28c, 28d) mit der Zahnstange (16) vollständig in Eingriff ist.
Verstellbare Lenksäule nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnstange (16) bei Abscheren der Stifte (26a, 26b) mit der Bewegung des mit der Zahnstange (16) verbundenen Lenksäulenrohrs (12) mit bewegbar ist, wobei das Crash-Hub-Begrenzungselement (22) dazu ausgebildet ist, den Crash-Hub des Lenksäulenrohrs (12) bei Anheben des Sicherungsabschnitts (28) des Crash-Hub-Begrenzungselements (22) und Einfügen des zumindest einen Sicherungselements (28a, 28b, 28c, 28d) in die zumindest eine in der Zahnstange (16) ausgebildete Öffnung (16a, 16b, 16c, 16d) durch Bewegen des Vorsprungs (22a) des Crash-Hub-Begrenzungselements (22) entlang der Abschrägung (12c) des Lenksäulenrohrs (12) zu begrenzen.
Verstellbare Lenksäule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sperrmoment der elektrischen Maschine (14a) größer als das im Falle einer Fahrzeugkollision in das Lenksäulenrohr (12) und die mit dem Lenksäulenrohr (12) verbundene Zahnstange (16) eingeleitete Lastmoment, insbesondere größer oder gleich 3kN, ist.