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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Längenverstellbare Bedieneinheit zur Beeinflussung einer Fahrrichtung eines Kraftfahrzeugs durch einen Benutzer, umfassend eine teleskopierbare, mit einem Lenkmittel koppelbare Auszugsvorrichtung mit einem äußeren Führungsrohr, in welchem ein mittleres Auszugsrohr sowie ein in dem mittleren Auszugsrohr angeordnetes inneres Auszugsrohr angeordnet sind, welche jeweils relativ zum äußeren Führungsrohr translatorisch geführt sind und die Auszugsvorrichtung mittels einer motorischen Antriebseinheit ein- und ausziehbar ist.
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Elektrische Lenkvorrichtungen dienen - unter anderem in Kraftfahrzeugen - dazu, einen Richtungswunsch eines Fahrers entgegenzunehmen und in entsprechende Bewegungen eines oder mehrerer Räder umzusetzen. Gegenüber rein mechanischen Lenkvorrichtungen unterscheidet man bei elektrischen Lenkvorrichtungen zwischen elektrisch unterstützten Lenkvorrichtungen sowie vollständig elektrischen Lenkvorrichtungen, sogenannten „Steer-by-Wire“-Lenkvorrichtungen. Insbesondere diese Steer-by-Wire-Lenkvorrichtungen haben den Vorteil, dass die Bedieneinheit unabhängig von mechanischen Verbindungskomponenten relativ frei innerhalb des Fahrzeuges positioniert werden kann, was neben einer Kostenersparnis bei der Unterscheidung von z.B. rechts- und linksgelenkten Fahrzeugen zudem zu einem verbesserten Unfallverhalten durch Fehlen einer Lenksäule führt. Weiterhin kann die Bedieneinheit in eine Verstauposition gebracht werden, welche z.B. auch bei vollständig automatischem Lenken genutzt wird.
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Unter einem Steer-By-Wire-Lenksystem im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein Lenkungssystem zu verstehen, welches im Wesentlichen aus einem sogenannten Hand Wheel Aktuator (HWA), beispielsweise der Aktuatorik um das befehlsgebende Fahrzeug-Lenkrad herum, und einem Road Wheel Aktuator (RWA), also der auf die mit den Fahrzeugrädern verbundene Lenkmechanik wirkenden Aktuatorik, besteht. Per Leitung („by wire“) wird dabei das Lenksignal vom HWA zum RWA übertragen.
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Derartige Systeme sind aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt. So offenbart die
DE 10 2015 224 602 A1 eine verstellbare Lenksäule für eine Steer-by-Wire-Lenkeinrichtung eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine Stelleinheit, die eine in einer Manteleinheit um eine Längsachse drehbar gelagerte Lenkspindel umfasst, wobei die Manteleinheit ein erstes Mantelrohr aufweist, in dem zumindest ein zweites Mantelrohr bezüglich der Längsachse drehfest angeordnet und teleskopierend axial verschiebbar gelagert ist, wobei mit dem ersten und dem zweiten Mantelrohr ein Stellantrieb verbunden ist, von dem das zweite Mantelrohr relativ zum ersten Mantelrohr axial ein- und ausfahrbar ist, und der einen Spindeltrieb umfasst mit einer parallel zur Längsachse angeordneten, von einem elektrischen Stellmotor drehend antreibbaren Gewindespindel die sich an einem Mantelrohr abstützt und die in eine Spindelmutter eingeschraubt ist, die drehfest an dem anderen Mantelrohr angebracht ist, wobei die Gewindespindel sich innerhalb des ersten Mantelrohrs erstreckt, und die Spindelmutter an dem zweiten Mantelrohr angebracht ist
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Aus der
DE 10 2018 212 696 B3 ist weiterhin ein Verstellantrieb für eine motorisch verstellbare Lenksäule für ein Kraftfahrzeug bekannt, umfassend eine motorische Antriebseinheit und eine Außen-Gewindespindel, die ein Außengewinde und ein koaxiales Innengewinde aufweist, in das eine Innen-Gewindespindel eingreift, wobei die Außen-Gewindespindel und die Innen-Gewindespindel von der Antriebseinheit relativ zueinander um eine Achse drehend antreibbar sind. Um einen Verstellantrieb zur Verfügung zu stellen, der ein geringeres Antriebsmoment erfordert und einen optimierten freien Verstellweg bietet, schlägt die
DE 10 2018 212 696 B3 vor, dass die Außen-Gewindespindel mit ihrem Außengewinde in eine Antriebsmutter eingreift, wobei die Antriebsmutter oder die Innen-Gewindespindel von der Antriebseinheit drehend antreibbar ist und in Richtung der Achse relativ zur Antriebseinheit abgestützt ist.
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In Hinsicht auf die Weiterentwicklung in Richtung autonomes Fahren, möchte man dem Fahrer des Fahrzeugs die Möglichkeit eröffnen das Lenkrad im autonomen Fahrbetrieb nahezu vollständig in Richtung der Armaturentafel einzufahren, um einen verbesserten Komfortbereich ohne ein möglicherweise als störend empfundenes Lenkrad zu erzielen, was auch vollständig neue Gestaltungskonzepte der Fahrgastzelle erlaubt.
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Bei derartigen, neuen Gestaltungen der Fahrgastzelle in autonom fahrenden Kraftfahrzeugen ergeben sich häufig besondere Anforderungen an das einzufahrende Lenkrad, insbesondere hinsichtlich des erforderlichen Verfahrweges, welcher in der Regel wesentlich größer ist, als der Verfahrweg für eine ausfahrbare Lenksäule bei einem nicht-autonom fahrenden Automobil.
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Größere Verfahrwege über längere Spindeln mit dem aus dem Stand der Technik bekannten Ansätzen umzusetzen, sind hinsichtlich Bauraum und Stabilität kritisch. Beispielsweise müsste bei den konventionellen Konzepten die Spindel länger als die Lenksäule ausgeführt werden, was beim Einfahren zu einer Kollision mit dem Lenkrad führt. Außerdem wird die passive Fahrzeugsicherheit deutlich verschlechtert, da so ein Penetrator in Fahrer-Richtung vorhanden ist.
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Bei den eingangs erwähnten Spindeltrieben ist die Spindelmutter auf dem Spindeltrieb in der Regel selbsthemmend ausgeführt, das heißt, im Falle eines Unfalls wird eine Aufprallkraft auf das Lenkrad über die Selbsthemmung abgestützt, wodurch ein erhöhtes Verletzungsrisiko besteht. Durch die Zwischenschaltung eines Crash-Elements zwischen dem Schieber und der Spindelmutter wird im Falle eines Unfalls das Verletzungsrisiko des Fahrers reduziert, indem das Lenkrad bei Krafteinwirkung nachgeben bzw. zurückweichen kann.
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Derartige Crash-Elemente dienen in Sicherheits-Lenksäulen der oben skizzierten Art also dazu, bei einem Unfall das Wegstoßen des Lenkrades (bzw. des mit dem Lenkrad verbundenen Mantelrohres) über einen Weg von 80-120mm zu ermöglichen. Dadurch wird im ausgefahrenen Zustand des Lenkrads beim Crash beispielsweise der Aufprall des Kopfes des Fahrers weiter abgemildert und Verletzungen minimiert.
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Es ist daher die Aufgabe der Erfindung eine verbesserte längenverstellbare Bedieneinheit zur Beeinflussung einer Fahrrichtung eines Kraftfahrzeugs durch einen Benutzer bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine längenverstellbare Bedieneinheit zur Beeinflussung einer Fahrrichtung eines Kraftfahrzeugs durch einen Benutzer, umfassend eine teleskopierbare, mit einem Lenkmittel koppelbare Auszugsvorrichtung mit einem äußeren Führungsrohr, in welchem ein mittleres Auszugsrohr sowie ein in dem mittleren Auszugsrohr angeordnetes inneres Auszugsrohr angeordnet sind, welche jeweils relativ zum äußeren Führungsrohr translatorisch geführt sind und die Auszugsvorrichtung mittels einer motorischen Antriebseinheit ein- und ausziehbar ist, wobei die teleskopierbare Auszugsvorrichtung eine erste Getriebeanordnung aufweist, die eine erste Zahnstange, eine zweite Zahnstange sowie ein erstes Zahnrad umfasst, wobei die erste Zahnstange an dem äußeren Führungsrohr sowie die zweite Zahnstange an dem inneren Auszugsrohr fixiert ist, und das erste Zahnrad drehbar an dem mittleren Auszugsrohr angeordnet ist und in der ersten Zahnstange sowie in der der zweiten Zahnstange kämmt, wobei die Antriebseinheit so mit dem mittleren Auszugsrohr gekoppelt ist, dass eine Aktuierung der Antriebseinheit einen translatorischen Versatz des mittleren Auszugsrohrs gegenüber dem äußeren Führungsrohr bewirkt.
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Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten längenverstellbaren Bedieneinheiten ein vereinfachter, kompakter Aufbau der erfindungsgemäßen Bedieneinheit erreicht werden kann.
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Ferner kann die Verfahrgeschwindigkeit der längenverstellbaren Bedieneinheit zwischen ihrem vollständig eingefahrenen und vollständig ausgefahrenen Betriebszustand erhöht werden. Hierzu ist eine erste Getriebeanordnung zur Synchronisierung der Auszugsrohre über Zahnstangen und ein Zahnrad vorgesehen. Die erste Zahnstange ist am äußeren Führungsrohr und eine zweite Zahnstange am inneren Führungsrohr angeordnet. Ferner ist ein erstes Zahnrad am mittleren Auszugsrohr drehbar gelagert, welches in die erste und zweite Zahnstange eingreift. Die Antriebseinheit kann dann beispielsweise am äußeren, stehendem Führungsrohr befestigt sein, und ist zur Aktuierung mit dem mittleren Auszugsrohr verbunden. Die Antriebseinheit ist somit nicht, wie sonst üblich, mit dem inneren Auszugsrohr gekoppelt. Beim Betrieb der Antriebseinheit wird somit das mittlere Auszugsrohr translatorisch bewegt und zugleich, durch die Synchronisierung mittels der ersten Getriebeanordnung, wird das innere Auszugsrohr auch bezüglich dem mittleren Auszugsrohr bewegt, wodurch eine Übersetzung von 1:2 ins Schnelle zwischen dem von der Antriebseinheit bereitgestellten Verfahrweg und dem Verfahrweg Bedieneinheit erreicht wird. Die erforderliche Verfahrweglänge der Antriebseinheit, und hiermit auch der entsprechen benötigte Bauraumbedarf, wird somit halbiert, und die Verfahrgeschwindigkeit zeitgleich verdoppelt.
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Ferner erlaubt die Getriebeanordnung eine getrieblich definierte Festlegung, welches Auszugsrohr beim Ein- und Ausfahren bewegt wird, was beispielsweise bei aus dem Stand der Technik bekannten Rastmechanismen reibungsabhängig ist.
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Die Antriebseinheit kann beispielsweise einen elektromotorisch angetriebenen Spindeltrieb umfassen. Hierbei kann die Antriebseinheit bevorzugt einen elektromotorisch betreibbaren Aktuator aufweisen, der die Spindel des Spindeltriebs oder die Spindelmutter des Spindeltriebs antreibt. Die translatorisch versetzbare Spindel oder die translatorisch versetzbare Spindelmutter ist bevorzugt mit dem mittleren Auszugsrohr der teleskopierbaren Auszugsvorrichtung gekoppelt.
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Das innere Auszugsrohr und/oder das mittlere Auszugsrohr und/oder das äußere Führungsrohr weisen bevorzugt jeweils eine mehreckige, bevorzugt achteckige Querschnittskontur auf. Das innere Auszugsrohr und/oder das mittlere Auszugsrohr und/oder das äußere Führungsrohr sind bevorzugt jeweils aus einem metallischen Material geformt.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die teleskopierbare Auszugsvorrichtung eine zweite Getriebeanordnung aufweist, die eine dritte Zahnstange, eine vierte Zahnstange sowie ein zweites Zahnrad umfasst, wobei die dritte Zahnstange an dem äußeren Führungsrohr und die vierte Zahnstange an dem inneren Auszugsrohr fixiert ist, und das zweite Zahnrad drehbar an dem mittleren Auszugsrohr angeordnet ist und in der dritten Zahnstange und der vierten Zahnstange kämmt. Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass zum einen ein verkippsicheres Aus- und Einfahren der teleskopierbaren Auszugsvorrichtung ermöglicht werden kann und zum anderen auch eine gewisse Redundanz bereitgestellt werden kann, sollte eine der Getriebeanordnungen ausfallen.
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Die erste Zahnstange und/oder die zweite Zahnstange und/oder die dritte Zahnstange und/oder die vierte Zahnstange sind bevorzugt aus einem metallischen Material gebildet. Grundsätzlich wäre es auch denkbar, die erste Zahnstange und/oder die zweite Zahnstange und/oder die dritte Zahnstange und/oder die vierte Zahnstange aus einem Kunststoff zu fertigen.
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Das erste Zahnrad und/oder das zweite Zahnrad sind bevorzugt aus einem metallischen Material gebildet. Grundsätzlich wäre es auch denkbar, das erste Zahnrad und/oder das zweite Zahnrad aus einem Kunststoff zu fertigen.
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Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass die erste Getriebeanordnung und die zweite Getriebeanordnung an sich gegenüberliegenden Seiten der Auszugsvorrichtung angeordnet sind. Es kann hierdurch eine besonders hohe Sicherheit gegen ein Verkippen und Blockieren der Auszugsvorrichtung erreicht werden. Auch wird durch diese Beidseitigkeit der Getriebeanordnung die Einleitung von symmetrischen Kräften in die Auszugsvorrichtung begünstigt, was dazu beiträgt, die Gefahr eines Verkippens entsprechend zu reduzieren.
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Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass das erste Zahnrad und/oder das zweite Zahnrad eine Schrägstellung aufweisen, so dass ein Zahnrad im Querschnitt an radial zueinander versetzten Punkten in die entsprechenden Zahnstangen eingreift. Die vorteilhafte Wirkung dieser Ausgestaltung ist darin begründet, dass die Schrägstellung hilft, die Zahnradlaufbahn auf den Zahnstangen durch Seitenführung besser zu definieren. Zum anderen wird der Bauraum besser ausgenutzt, da im inneren Bereich somit mehr Platz für die Verschiebelagerung der Auszugsrohre bereitsteht. Es kann bevorzugt auch eine radiale Anfederung der Zahnräder für die Bereitstellung eines Toleranzausgleichs und einer Spielfreiheit vorgesehen werden. Die Schrägstellung erleichtert es, den Abstand zwischen dem inneren Auszugsrohr und dem äußeren Führungsrohr zu überbrücken, und gleichzeitig große Zahnräder, mit größeren und hierdurch robusteren Zähnen, zu verwenden.
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Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die zweite Zahnstange und/oder die vierte Zahnstange aus einem Blechbauteil mit verzahnten Längskanten gebildet sind/ist, was sich als fertigungstechnisch besonders günstig erwiesen hat.
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Bevorzugt ist das Blechbauteil an dem inneren Auszugsrohr fixiert. Grundsätzlich wäre es auch denkbar, dass das Blechbauteil einstückig, insbesondere auch monolithisch, mit dem inneren Auszugsrohr ausgeführt ist. Das Blechbauteil kann einstückig oder mehrstückig ausgeführt sein.
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Bevorzugt sind die zweite Zahnstange und die vierte Zahnstange aus einem gemeinsamen Blechbauteil mit verzahnten Längskanten gebildet. Vorteilhafterweise weist das Blechbauteil eine im Querschnitt U-artige Kontur auf, wobei jeweils eine Zahnstange an einem der Längskanten der freien Schenkel der U-artigen Querschnittskontur ausgebildet ist. Somit können beide Verzahnungen kostengünstig in einem Arbeitsschritt in einem Bauteil realisiert werden. Bevorzugt ist ein metallisches Blechbauteil wenigstens im Bereich der Verzahnung gehärtet. Das Blechbauteil kann aus einem metallischen Material oder einem Kunststoff gebildet sein.
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Grundsätzlich wäre es auch denkbar, dass das Blechbauteil so ausgebildet ist, dass eine zweite metallische Zahnstange und/oder eine vierte Zahnstange an einem Kunststoffbauteil angespritzt sind/ist, was insbesondere zu einem optimierten Leichtbau und einer vereinfachten, kostengünstigen Fertigung beitragen kann.
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Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass zwischen dem Blechbauteil und dem inneren Auszugsrohr ein Crash-Element zum Abfangen eines insbesondere bei einem Unfall des Kraftfahrzeugs auftretenden Kraftimpulses in Einfahrrichtung der teleskopierbaren Auszugsvorrichtung angeordnet ist, wobei das Crash-Element konfiguriert ist, den Kraftimpuls in eine plastische Deformation eines Bauteils umzuwandeln.
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Der Vorteil dieser Ausgestaltung ist, dass eine Crash-Sicherheitsfunktion in der Bedieneinheit integriert ist, welche gewährleitet, dass die teleskopierbare Auszugsvorrichtung im Falle eines Aufpralls mit einer festgelegten Kraft-Weg-Kennlinie kollabiert, um die entsprechende Aufprallenergie teilweise abzubauen. Die Zahnstange bzw. das Blechbauteil ist dazu mit dem inneren Auszugsrohr verschiebbar verbunden. Durch die Anordnung des Crash-Elements zwischen dem Blechbauteil und dem inneren Auszugsrohr kann eine besonders günstige Krafteinleitung in das Crash-Element bereitgestellt werden, die sich insbesondere auch durch äußert geringe Kippkräfte auszeichnet. Ferner kann durch diese Positionierung auch die bewegte Masse im Falle eines Aufpralls äußerst geringgehalten werden.
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In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass das Crash-Element einen an dem inneren Auszugsrohr fixierten Stift umfasst, welcher in ein in dem Blechbauteil ausgebildetes Langloch eingreift, dessen Längserstreckung parallel zur Auszug- und Einzugsrichtung der Auszugsvorrichtung verläuft, wobei das Langloch eine Lochbreite aufweist, die kleiner ist als die äußere Breite des das Langloch durchgreifenden Stiftes oder das Crash-Element einen an dem Blechbauteil fixierten Stift umfasst, welcher in ein in dem inneren Auszugsrohr ausgebildetes Langloch eingreift, dessen Längserstreckung parallel zur Auszug- und Einzugsrichtung der Auszugsvorrichtung verläuft, wobei das Langloch eine Lochbreite aufweist, die kleiner ist als die äußere Breite des das Langloch durchgreifenden Stiftes. Hierdurch kann ein fertigungstechnisch günstiges wie auch besonders betriebssicheres Crashelement mit einer hohen Energieaufnahmekapazität bereitgestellt werden.
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Der Stift kann dabei bevorzugt zylindrisch ausgeformt und in korrespondierenden Rundlöchern einer Zahnstange oder des Blechbauteils, beispielsweise mittels eines Presssitzes, aufgenommen sein, im inneren Auszugsrohr jedoch in ein Langloch eingreifen (oder andersrum). Der weitere Bereich des Langlochs weist bevorzugt eine geringere Breite als der Schaftdurchmesser des Stiftes auf und bildet hierdurch den „Bremsweg“ oder „Plastifizierungsweg“ des Crash-Elements. Je nach z.B. Breite des Langlochs kann die Kraft-Weg-Kennlinie des Crash-Elements beeinflusst werden. Das Material in der Langlochzone ist bevorzugt ungehärtet, da es im Falle eines Unfalls zur Energieabsorption plastifizieren soll. Bevorzugt ist der Stift aus einem metallischen Material, besonders bevorzugt aus einem gehärteten Metall. Es ist des weiteren bevorzugt eine Mehrzahl von Crash-Elementen vorzusehen, um die Energieabsorptionskapazität zu erhöhen und/oder die Kraft-Weg-Kennlinie der Crash-Elemente besser einstellen bzw. steuern zu können.
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Alternative, bekannte Ausführungen von Crash-Elementen können ebenfalls Verwendung finden, wie beispielsweise Umbiege-Streifen, Torsions-Streifen, umgreifende Reiter statt eingreifender Bolzen usw. und können ebenso integrativ zwischen dem Blechbauteil und dem inneren Auszugsrohr wirken, wobei vorteilhaft die harte Seite des Crash-Elements einteilig mit der Zahnstange bzw. dem Blechbauteil ausgebildet ist, und die weiche Seite des Crash-Elements, insbesondere einteilig, mit dem inneren Auszugrohr ausgebildet ist.
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Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass der Stift einen Niet umfasst. Hierzu ist es ferner bevorzugt, dass der Stift mehrteilig ausgeführt ist, insbesondere aus einer gehärteten Hülse mit einem verformbaren Niet. Auch wäre es möglich, den Stift als Stufenbolzen auszubilden. Die Vernietung findet bevorzugt in einem Anfangsbereich des Langlochs statt, welcher den Niet zu mehr als 180° umschließt.
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Ergänzend kann das Crash-Element einen Scherstift aufweisen, der zwischen dem inneren Auszugsrohr und der Zahnstange bzw. dem Blechbauteil angeordnet ist und als Auslöseelement fungiert, so dass bei Überschreiten einer vordefinierten Scherkraft der Scherstift zwischen den translatorisch aneinander vorbeigleitenden Bauteilen abgeschert wird und nachfolgend durch das Verschieben von innerem Auszugsrohr zu Blechbauteil eine plastische Deformation und Energieabsorption erfolgt.
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Gemäß einer weiteren zu bevorzugenden Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes kann vorgesehen sein, dass das mittlere Auszugsrohr zweiteilig ausgebildet ist, mit einer ersten Rohrschale und einer zweiten Rohrschale, wobei die erste Rohrschale einen ersten Lagersitz für das erste Zahnrad und/oder die zweite Rohrschale einen zweiten Lagersitz für das zweite Zahnrad aufweist, was durch die entsprechende hohe Integration fertigungs- und kostentechnisch besonders günstig ist. So kann das mittlere Auszugsrohr beispielsweise zweiteilig als Stanzteil ausgebildet sein, wobei die Lagersitze für die Zahnräder direkt aus dem Blech der ersten Rohrschale und/oder zweiten Rohrschale gezogen sind. Beide Rohrschalen können dann, z.B. über ein Schweißverfahren, miteinander zu dem mittleren Auszugsrohr verbunden.
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Schließlich kann die Erfindung auch in vorteilhafter Weise dahingehend ausgeführt sein, dass das innere Auszugsrohr als Fließpressteil ausgeformt ist. Hierdurch kann das innere Auszugsrohr besonders günstig und geometrisch flexibel hergestellt werden.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.
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Es zeigt:
- 1 eine erste Ausführungsform einer längenverstellbaren Bedieneinheit in einem ausgefahrenen Betriebszustand in einer axial teilweise geöffneten, perspektivischen Darstellung,
- 2 eine erste Ausführungsform einer längenverstellbaren Bedieneinheit in einem eingefahrenen und einem ausgefahrenen Betriebszustand in jeweils einer Axialschnittdarstellung,
- 3 eine erste Ausführungsform einer längenverstellbaren Bedieneinheit in einem eingefahrenen und einem ausgefahrenen Betriebszustand in jeweils einer axial teilweise geöffneten, perspektivischen Darstellung,
- 4 eine erste Ausführungsform einer längenverstellbaren Bedieneinheit in einer Querschnittsdarstellung,
- 5 eine erste Ausführungsform eines Crashelements in einer Betriebsstellung vor und nach einem Unfall in jeweils einer axial teilweise geöffneten, perspektivischen Darstellung,
- 6 eine erste Ausführungsform eines Crashelements in einer Betriebsstellung vor und nach einem Unfall in jeweils einer kombinierten Axialschnitt- und Aufsichtsdarstellung,
- 7 eine erste Ausführungsform einer längenverstellbaren Bedieneinheit mit einem Crashelement in einer Betriebsstellung einem Unfall in einer axial teilweise geöffneten, perspektivischen Darstellung,
- 8 die inneren Auszugsrohre und das Blechbauteil einer ersten Ausführungsform einer längenverstellbaren Bedieneinheit in verschiedenen freigestellten perspektivischen Ansichten,
- 9 eine erste Ausführungsform eines Crashelements in einer Explosionsdarstellung,
- 10 eine zweite Ausführungsform eines Crashelements in einer Explosionsdarstellung sowie mit einer Axialschnittansicht durch das Blechbauteil,
- 11 eine dritte Ausführungsform eines Crashelements in einer Explosionsdarstellung,
- 12 ein Kraftfahrzeug mit einem Steer-by-wire-Lenksystem in einer schematischen Darstellung.
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Die 1 zeigt eine längenverstellbare Bedieneinheit 1 zur Beeinflussung einer Fahrrichtung eines Kraftfahrzeugs 2 durch einen Benutzer, umfassend eine teleskopierbare, mit einem Lenkmittel 33 koppelbare Auszugsvorrichtung 4 mit einem äußeren Führungsrohr 5, in welchem ein mittleres Auszugsrohr 6 sowie ein in dem mittleren Auszugsrohr 6 angeordnetes inneres Auszugsrohr 7 angeordnet sind, welche jeweils relativ zum äußeren Führungsrohr 5 translatorisch geführt sind. Das in der 1 nicht dargestellte Lenkmittel 33 wird an dem inneren Auszugsrohr 7 positioniert.
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Die Auszugsrohre 6,7 weisen eine achteckige Querschnittskontur auf, so dass eine Verdrehung der Auszugsrohre 6,7 zueinander ausgeschlossen ist. Entsprechend besitzt auch das äußere Führungsrohr 5 eine korrespondierende innere achteckige Kontur.
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Die Auszugsvorrichtung 4 ist mittels einer motorisch Antriebseinheit 8 ein- und ausziehbar, wie es auch in der 2 gezeigt ist.
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Die teleskopierbare Auszugsvorrichtung 4 weist eine erste Getriebeanordnung 9 auf, die eine erste Zahnstange 10, eine zweite Zahnstange 11 sowie ein erstes Zahnrad 12 umfasst. Die erste Zahnstange 10 ist an dem äußeren Führungsrohr 5 sowie die zweite Zahnstange 11 an dem inneren Auszugsrohr 7 fixiert, wobei das erste Zahnrad 12 drehbar an dem mittleren Auszugsrohr 7 angeordnet ist und in der ersten Zahnstange 10 sowie in der der zweiten Zahnstange 11 kämmt.
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Die Antriebseinheit 8 ist so mit dem mittleren Auszugsrohr 6 gekoppelt, dass eine Aktuierung der Antriebseinheit 8 einen translatorischen Versatz des mittleren Auszugsrohrs 6 gegenüber dem äußeren Führungsrohr 5 bewirkt. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel der 2 ist die Antriebseinheit 8 als ein Spindeltrieb mit einer durch den an dem äußeren Führungsrohr 5 fixierten Elektromotor 18 angetriebenen Spindel 16 ausgebildet, welche von der Spindelmutter 17 umgriffen ist, sodass eine Drehung der Spindel 16 einen translatorischen Versatz der Spindelmutter 17 auf der Spindel 16 bewirkt. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Spindelmutter 17 mit dem mittleren Auszugsrohr 7 gekoppelt. In der Abbildung a der 2 ist die Auszugsvorrichtung 4 in ihrer vollständig eingefahrenen und in der Abbildung b der 2 in ihrer vollständig ausgefahrenen Betriebsstellung gezeigt. 3 zeigt diese beiden Betriebspositionen noch einmal in einer perspektivischen Darstellung.
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Wie anhand der 2-3 gut nachvollzogen werden kann, bleibt beim Ausziehen bzw. Einziehen der Auszugsvorrichtung 4 die erste Zahnstange 10 ortsfest an dem äußeren Führungsrohr 5 angeordnet, während das mittlere Auszugsrohr 6 über die erste Zahnstange 10 hinweg nach rechts oder links verschoben wird, wobei durch den Eingriff des Zahnrads 12 in die erste Zahnstange 10 und die zweite Zahnstange 11 ein translatorischer Versatz der zweiten Zahnstange 11 - und damit des inneren Auszugsrohrs 7 - gegenüber dem mittleren Auszugsrohr 6 erfolgt.
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Man erkennt, dass zwischen den Auszugsrohren 6,7 und dem äußeren Führungsrohr 5 eine Mehrzahl von Gleitlagerabschnitten 32 angeordnet sind, die ein reibungsarmes Entlanggleiten der Bauteile gegeneinander bewirken.
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Aus der 4 wird ferner ersichtlich, dass die teleskopierbare Auszugsvorrichtung 4 eine zweite Getriebeanordnung 19 aufweist, die eine dritte Zahnstange 20, eine vierte Zahnstange 21 sowie ein zweites Zahnrad 22 umfasst, wobei die dritte Zahnstange 20 an dem äußeren Führungsrohr 5 und die vierte Zahnstange 21 an dem inneren Auszugsrohr 7 fixiert ist, und das zweite Zahnrad 22 drehbar an dem mittleren Auszugsrohr 7 angeordnet ist und in der dritten Zahnstange 20 und der vierten Zahnstange 21 kämmt. Die erste Getriebeanordnung 9 und die zweite Getriebeanordnung 19 sind an sich gegenüberliegenden Seiten der Auszugsvorrichtung 4 angeordnet. Wie in der 4 dargestellt, weist die jeweilige Zahnraddrehachse 13 des ersten Zahnrads 12 und des zweiten Zahnrads 22 eine Schrägstellung auf, so dass ein Zahnrad 12,22 im Querschnitt an radial zueinander versetzten Punkten in die entsprechenden Zahnstangen 10,11,20,21 eingreift.
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Die 3-4 zeigen des Weiteren, dass die zweite Zahnstange 11 und die vierte Zahnstange 21 aus einem gemeinsamen, im Querschnitt U-förmigen Blechbauteil 14 mit verzahnten Längskanten 15 gebildet sind. Die zweite Zahnstange 11 und die vierte Zahnstange 20 sind gehärtet ausgeführt. Das Blechbauteil 14 ist an dem inneren Auszugsrohr 7 fixiert.
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In der 4 ist ferner gezeigt, dass zwischen dem Blechbauteil 14 und dem inneren Auszugsrohr 7 ein Crash-Element 23 zum Abfangen eines insbesondere bei einem Unfall des Kraftfahrzeugs 2 auftretenden Kraftimpulses in Einfahrrichtung der teleskopierbaren Auszugsvorrichtung 4 angeordnet ist, wobei das Crash-Element 23 konfiguriert ist, den Kraftimpuls in eine plastische Deformation eines Bauteils umzuwandeln.
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In den 5-9 ist eine erste Ausgestaltung eines Crash-Elements 23 gezeigt und wird nachstehen näher erläutert. Das gezeigte Crash-Element 23 umfasst einen an dem Blechbauteil 14 fixierten Stift 24, welcher in ein in dem inneren Auszugsrohr 7 ausgebildetes Langloch 25 eingreift, dessen Längserstreckung parallel zur Auszug- und Einzugsrichtung der Auszugsvorrichtung 4 verläuft. Das Langloch 25 weist eine Lochbreite 26 auf, die kleiner ist als die äußere Breite 27 des das Langloch 25 durchgreifenden Stiftes 24, was sich gut anhand der Darstellung der 6 nachvollziehen lässt. Der Stift 24 ist als ein Niet ausgebildet.
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Auch wenn es in den 5-9 nicht gezeigt ist, so ist es dennoch möglich, dass das Crash-Element 23 einen an dem inneren Auszugsrohr 7 fixierten Stift 24 besitzt, welcher in ein in dem Blechbauteil 14 ausgebildetes Langloch 25 eingreift, dessen Längserstreckung parallel zur Auszug- und Einzugsrichtung der Auszugsvorrichtung 4 verläuft. Das Langloch 25 weist dann ebenfalls eine Lochbreite 26 auf, die kleiner ist als die äußere Breite 27 des das Langloch 25 durchgreifenden Stiftes 24.
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Wie man anhand der 6 weiter erkennt, verläuft parallel beidseits des Langlochs 25 jeweils ein weiteres Langloch 36, so dass beidseits des Langlochs 25 jeweils ein Steg 35 definiert ist. Bewegt sich nun im Falle eines Unfalls der Stift 24 translatorisch entlang des Langlochs 25, so werden die Stege 35 plastisch verformt und absorbieren hierdurch entsprechend Bewegungsenergie. Dies kann auch noch einmal gut anhand der 8-9 nachvollzogen werden.
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Die 7 zeigt die aus 1 und 3 bekannte Bedieneinheit 1 nach einem entsprechenden Unfall mit einem eingeschobenen inneren Auszugsrohr 7. Man erkennt gut, dass die Getriebeanordnung 9 dabei in ihrer beim Unfall vorliegenden Betriebsstellung verbleibt und lediglich das innere Auszugsrohr 7 gegenüber dem Blechbauteil 14, dass mit dem Zahnrad 12 in Eingriff steht, nach innen verschoben ist.
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Anhand der 8 lässt sich erkennen, dass das mittlere Auszugsrohr 6 zweiteilig ausgebildet ist, mit einer ersten U-förmigen Rohrschale 28 und einer zweiten U-förmigen Rohrschale 29, wobei die erste Rohrschale 28 einen ersten Lagersitz 30 für das erste Zahnrad 12 sowie einen zweiten Lagersitz 31 für das zweite Zahnrad 22 aufweist. Die Lagersitze 30,31 sind einstückig mit der ersten Rohrschale 28 ausgebildet und weisen einen domartigen Abschnitt auf, auf dem das jeweilige Zahnrad 12,22 drehbar aufgesteckt ist, was sich auch gut aus der Zusammenschau mit der 4 erkennen lässt. Das innere Auszugsrohr 7 ist einstückig als Fließpressteil aus einem metallischen Werkstoff ausgeformt.
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Das Blechbauteil 14 besitzt zwei Öffnungen 34 zur Aufnahme jeweils eines Stiftes 24, der beispielsweise mittels einer Presspassung in der jeweiligen Öffnung 34 aufgenommen ist und aus dem Blechbauteil 14 in Richtung des inneren Auszugsrohrs 7 herausragt und so in eines der Langlöcher 25 eingreift. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind zwei Crash-Elemente 23 axial hintereinander zwischen dem inneren Auszugsrohr 7 und dem Blechbauteil 14 vorhanden.
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Das Blechbauteil 14 besitzt eine U-förmige Querschnittskontur, die die Außenkontur des inneren Auszugsrohres 7 teilweise umgreift, so dass ein Verkannten während der relativen Translationsbewegungen der beiden Bauteile im Falle eines Unfalls verhindert werden kann.
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10 zeigt eine zweite Ausführungsform eines Crash-Elements 23 in einer Explosionsdarstellung sowie mit einer Axialschnittansicht durch das Blechbauteil 14. Hierbei greifen die beiden an dem Blechbauteil 14 angeformten Laschen 37 schlittenartig in jeweils ein korrespondierendes Langloch 25 ein. Die Breite der Laschen 37 ist größer als die Lochbreite 26 der Langlöcher 25. In der Öffnung 34 des Blechbauteils 14 ist der Stift 24 aufgenommen, der auch in die Öffnung 38 des inneren Auszugsrohrs 7 eingreift und als Scherstift ausgeführt ist, der bei Vorliegen einer vordefinierten Scherkraft zerstört wird und dann ein Verschieben des Blechbauteils 14 relativ zum inneren Auszugsrohr 7 erlaubt.
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In der Ausführungsform eines Crash-Elements 23, dass in der 11 gezeigt ist, sind in dem inneren Auszugsrohr 7 keine Langlöcher 25 vorhanden, sondern die kreisrunden Öffnungen 41, über welche ein bügelartiges, U-förm iges Deformationselement 40 an das inneren Auszugsrohr 7 angebunden wird. Hierzu weist auch das Deformationselement 40 entsprechende Öffnungen 42 auf, genau wie das Blechbauteil 14 mit seinen dafür vorgesehenen Öffnungen 39.
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Die 12 zeigt eine längenverstellbare Bedieneinheit 1 zur Beeinflussung einer Fahrrichtung in einem Kraftfahrzeug 2 durch einen Benutzer. Die Bedieneinheit 1 ist hierbei Bestandteil eines Steer-by-Wire Systems 43. Durch die Bewegung des Lenkmittels 33 wird durch die Bedieneinheit 1 ein Lenksignal erzeugt, dass elektrisch an den RWA 44 (Road-Wheel-Actuator) übertragen wird, der dann die entsprechende Lenkbewegung ausführt.
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Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung ‚erste‘ und ‚zweite‘ Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bedieneinheit
- 2
- Kraftfahrzeug
- 4
- Auszugsvorrichtung
- 5
- Führungsrohr
- 6
- Auszugsrohr
- 7
- Auszugsrohr
- 8
- Antriebseinheit
- 9
- Getriebeanordnung
- 10
- Zahnstange
- 11
- Zahnstange
- 12
- Zahnrad
- 13
- Zahnraddrehachse
- 14
- Blechbauteil
- 15
- Längskanten
- 16
- Spindel
- 17
- Spindelmutter
- 18
- Elektromotor
- 19
- Getriebeanordnung
- 20
- Zahnstange
- 21
- Zahnstange
- 22
- Zahnrad
- 23
- Crash-Element
- 24
- Stift
- 25
- Langloch
- 26
- Lochbreite
- 27
- Breite
- 28
- Rohrschale
- 29
- Rohrschale
- 30
- Lagersitz
- 31
- Lagersitz
- 32
- Gleitlagerabschnitt
- 33
- Lenkmittel
- 34
- Öffnung
- 35
- Steg
- 36
- Langloch
- 37
- Laschen
- 38
- Öffnung
- 39
- Öffnung
- 40
- Deformationselement
- 41
- Öffnung
- 42
- Öffnung
- 43
- Steer-by-wire-System
- 44
- RWA
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015224602 A1 [0004]
- DE 102018212696 B3 [0005]
