DE10326119B3 - Kraftfahrzeuglenksäuleneinheit - Google Patents

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DE10326119B3 DE2003126119 DE10326119A DE10326119B3 DE 10326119 B3 DE10326119 B3 DE 10326119B3 DE 2003126119 DE2003126119 DE 2003126119 DE 10326119 A DE10326119 A DE 10326119A DE 10326119 B3 DE10326119 B3 DE 10326119B3
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Herniu Michalski
Ali Bayram
Rainer Schmidt
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Robert Bosch Automotive Steering Bremen GmbH
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62DMOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D1/00Steering controls, i.e. means for initiating a change of direction of the vehicle
    • B62D1/02Steering controls, i.e. means for initiating a change of direction of the vehicle vehicle-mounted
    • B62D1/16Steering columns
    • B62D1/18Steering columns yieldable or adjustable, e.g. tiltable
    • B62D1/181Steering columns yieldable or adjustable, e.g. tiltable with power actuated adjustment, e.g. with position memory

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektrisch verstellbare Lenksäule (2), wie sie in Kraftfahrzeugen eingesetzt wird. Die Erfindung betrifft insbesondere eine Kraftfahrzeuglenksäuleneinheit mit DOLLAR A - einem Lenksäulengehäuse (1) DOLLAR A - einer darin angeordneten Lenksäule (2) DOLLAR A - einer elektrisch angetriebenen Verstellvorrichtung zur Längsverstellung und Neigungsverstellung der Lenksäule (2), wobei die Verstellvorrichtung umfasst: DOLLAR A - eine elektrische Antriebseinheit (4) zum Drehantrieb einer einteiligen Verstell-Spindel (5) DOLLAR A - mindestens eine auf der Verstell-Spindel (5) angeordnete, in Axialrichtung der Verstell-Spindel (5) bewegliche Verstelleinheit (25), sowie DOLLAR A - zur Längsbewegung und zur Neigungsbewegung mindestens ein Verstellmechanismus zur mechanischen Übertragung der Axialbewegung der jeweiligen Verstelleinheit (25) in eine Längs- bzw. Neigungsbewegung der Lenksäule (2). Die erfindungsgemäße Lenksäule (2) ist dadurch gekennzeichnet, dass jede Verstelleinheit (25) eine auf die Verstell-Spindel (5) aufgeschraubte Spindelmuttereinheit mit einer magnetisch reaktiven Ankerscheibe (20, 20a, 20b) aufweist welche bei Anlegen eines die Ankerscheibe (20, 20a, 20b) treffenden magnetischen Feldes DOLLAR I1 eine Bremswirkung in Rotationsrichtung erfährt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektrisch verstellbare Lenksäule, wie sie in Kraftfahrzeugen eingesetzt wird. Die Erfindung betrifft insbesondere eine Lenksäule, die mindestens zwei auf einer Verstellspindel angeordnete, in Axialrichtung der Verstellspindel bewegliche Verstelleinheiten aufweist.
  • Im Fahrzeugbau werden Kraftfahrzeug-Lenksäuleneinheiten in Personenkraftwagen und Lastkraftwagen eingebaut. Der prinzipielle Aufbau derartiger Einheiten ist dadurch gekennzeichnet, dass für jede Verstellrichtung (Längsverstellung und Neigungsverstellung) ein teleskopierbarer und ein kippbarer Abschnitt vorliegt, wobei ein jeder über eine Kupplung vom Anwender aktiviert und somit eine Verstellung in die jeweilige Richtung vorgenommen werden kann.
  • Eine solche Lenksäuleneinheit ist in dem Patent DE 19641152 C2 offenbart und hier in den 5 und 6 dargestellt. Es besteht aus einem Lenksäulengehäuse 1, einer darin angeordneten Lenksäule 2 und einer elektrisch angetriebenen Verstellvorrichtung zur Längsverstellung und zur Neigungsverstellung der Lenksäule 2. Dabei umfasst die Verstellvorrichtung einen Elektromotor 4 der eine einteilige Verstell-Spindel 5 dreht sowie mindestens zwei auf der Verstell-Spindel 5 angeordnete, in Axialrichtung der Verstell-Spindel 5 beweglich gelagerte Spindel-Muttern 6 in einem jeweiligen Lagergehäuse 3. Zur Längsbewegung und zur Neigungsbewegung ist je ein Verstellmechanismus (Verbindungshebel 7, Kipphebel 8) vorgesehen sowie je eine Schaltvorrichtung 9 (Hubmagnet), wobei zwischen der jeweiligen Schaltvorrichtung 9 und der mit der Schaltvorrichtung 9 korrespondierenden Spindel-Mutter 11 während der Verstellung durch den Anwender eine zeitweilige feste mechanische Verbindung hergestellt wird. Die jeweilige Spindelmutter 6 bildet mit dem jeweiligen Lagergehäuse 3 und der jeweiligen Schaltvorrichtung 9 eine sogenannte Verstelleinheit.
  • Anhand 5 wird die Funktionsweise des Verstellmechanismus näher erläutert. Im axialen Schnitt ist die Verstell-Spindel 5 dargestellt die an einem ihrer Enden durch einen Elektromotor (in 5 nicht dargestellt) angetrieben wird. In definiertem Abstand zueinander befinden sich zwei Axiallager 10 die jeweils eine Spindelmutter 11 lagern. Das Innengewinde einer Spindelmutter 11 korrespondiert mit dem Außengewinde der Verstell-Spindel 5. Das Reibmoment zwischen Verstell-Spindel 5 und Spindelmutter 11 ist größer als das Reibmoment zwischen Spindelmutter 11 und Axiallager 10, so dass eine Drehbewegung der Verstell-Spindel 5 eine gleichgerichtete Drehbewegung der beiden Spindelmuttern 11 bewirkt ohne dass eine Lageänderung der Axiallager 10 mit den enthaltenen Spindelmuttern 11 in axialer Längsrichtung stattfindet. Die rechte Verstelleinheit ist nun mit einer Schaltvorrichtung 9 versehen welche in diesem Ausführungsbeispiel einen Hubmagneten darstellt. Dieser Hubmagnet 9 weist einen Stift 12 auf der aus dem Hubmagnetgehäuse bei Ansteuerung des Hubmagneten 9 in Richtung Mittelachse der Verstell-Spindel 5 ausfahrbar ist und in eine Aussparung 13 der Spindelmutter 11 eingreift. Dadurch wird durch die Schaltvorrichtung 9 (Hubmagnet) zwischen dem Axiallager 10 und der Spindelmutter 11 eine feste mechanische Verbindung erzeugt, so dass die Rotationsbewegung der Spindelmutter 11 blockiert wird und die Drehung der Verstell-Spindel 5 zwangsläufig zu einer Axialverschiebung der Spindelmutter 11 führt. Diese Axialverschiebung wird durch eine geeignete Mechanik (mittels Verbindungshebel 7 bzw. Kipphebel 8) in eine Axialverschiebung bzw. Kippung des Lenksäulengehäuses 1 umgesetzt.
  • Bei einer Lenksäule gemäß der oben beschriebenen Bauart bzw. mit den oben genannten Eigenschaften ist eine Verstellrichtungsauswahl mit störenden Schaltgeräuschen verbunden. Ferner kann bei einer nicht sachgemäßen Benutzung eine Verletzung des Anwenders eintreten (beispielsweise Quetschung der Finger).
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, für eine elektrisch verstellbare Lenksäule eine Verstelleinheit gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 bereitzustellen, die leiser und für den Anwender ungefährlich ist.
  • Die oben genannte Aufgabe wird durch eine Kraftfahrzeug-Lenksäule gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche bilden den zentralen Gedanken der Erfindung in besonders vorteilhafter Weise weiter.
  • Beansprucht wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Kraftfahrzeuglenksäuleneinheit mit
    • – einem Lenksäulengehäuse
    • – einer darin angeordneten Lenksäule
    • – einer elektrisch angetriebenen Verstellvorrichtung zur Längsverstellung und Neigungsverstellung der Lenksäule, wobei die Verstellvorrichtung umfasst:
    • – eine elektrische Antriebseinheit zum Drehantrieb einer einteiligen Verstell-Spindel
    • – zwei auf der Verstell-Spindel angeordnete, in Axialrichtung der Verstell-Spindel bewegliche Verstelleinheiten, sowie
    • – zur Längsbewegung und zur Neigungsbewegung mindestens je einen Verstellmechanismus zur mechanischen Übertragung der Axialbewegung der jeweiligen Verstelleinheit in eine Längs- bzw. Neigungsbewegung der Lenksäule. Erfindungsgemäß weist jede Verstelleinheit eine auf die Verstell-Spindel aufgeschraubte Spindelmuttereinheit mit einer magnetisch reaktiven Ankerscheibe auf welche bei Anlegen eines die Ankerscheibe treffenden magnetischen Feldes eine Bremswirkung in Rotationsrichtung erfährt.
  • Die Bremswirkung wird in einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform durch die Anziehungskraft zwischen der Ankerscheibe und dem das Magnetfeld erzeugenden Elektromagneten in Form mechanischer Reibung bewirkt.
  • In einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform wird die Bremswirkung durch in der Ankerscheibe induzierte Wirbelströme bewirkt deren elektromagnetisches Feld dem die Wirbelströme induzierenden Feld dergestalt entgegenwirkt, dass eine Rotation der Ankerscheibe unterbunden bzw. abgebremst wird.
  • In einer dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform erfolgt die Bremswirkung durch ständige Ummagnetisierung eines in der Ankerscheibe enthaltenen Hysteresematerials, wobei das Magnetfeld ein tangentiales Wechselfeld darstellt.
  • Bei einer derartigen elektromagnetischen Verstellrichtungsauswahl sind – im Gegensatz zu einer herkömmlichen mechanischen Verstelleinheit, bei der ein Metallstift in ein rotierendes Zahnrad eingreift – die Schaltgeräusche deutlich reduziert.
  • Insbesondere eine berührungslose Kupplung – wie sie gemäß der zweiten oder dritten Ausführungsform (Wirbelstrombremse bzw. Hysteresebremse) realisiert wird – vermeidet bei Integration einer Überlastüberwachung (beispielsweise in Form eines Drehmoment-Reglers) eine Schädigung der Insassen durch z.B. Quetschung der Finger bei unsachgemäßer Nutzung der Lenksäulenverstellung.
  • Der felderzeugende Elektromagnet ist vorteilhaft mit einem die Spindelmuttereinheit umfassenden axialen Lagergehäuse fest verbunden welches an den jeweiligen Verstellmechanismus gekoppelt ist.
  • Eine effektivere Bremswirkung kann dadurch erzielt werden, dass der felderzeugende Elektromagnet konzentrisch um die Verstell-Spindel bzw. um die Spindelmuttereinheit angeordnet wird.
  • Vorteilhafterweise besteht der felderzeugende Elektromagnet aus einem Magnetkern welcher in einem Magnetgehäuse integriert ist, so dass die Ankerscheibe bei der ersten Ausführungsform der Erfindung an dem unempfindlicheren und ggf. auswechselbaren Magnetgehäuse reibt.
  • Konstruktiv vorteilhaft besteht die Spindelmuttereinheit aus zwei verzapften Spindelmuttern und der Ankerscheibe, wobei die Ankerscheibe an einer der beiden Spindelmuttern fixiert ist.
  • Dabei ist die Spindelmuttereinheit vorteilhafterweise zwischen einer Einstellmutter und einer Feststellmutter im Inneren des Lagergehäuses axial verspannt.
  • Mittels Einstellmutter kann ein axialer Spielraum zwischen Ankerscheibe und Elektromagnet eingestellt werden.
  • Die Spindelmuttereinheit ist vorteilhafterweise relativ zur Einstellmutter sowie zur Feststellmutter und damit zum Lagergehäuse durch jeweils ein Axial-Kugellager gehalten und damit relativ zum Lagergehäuse drehbar. Somit wird erreicht, dass die Spindelmuttereinheit im nichtgekoppelten Zustand mit der Verstell-Spindel mitrotiert.
  • Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nunmehr anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren der Zeichnungen erläutert.
  • 1 zeigt im axialen Querschnitt eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verstelleinheit mit einer Magnetbremse,
  • 2 zeigt im axialen Querschnitt eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verstelleinheit mit einer berührungslosen Magnetbremse in Form einer Hysteresebremse oder einer Wirbelstrombremse,
  • 3 zeigt im transversalen Querschnitt der Verstelleinheit den Magnetfeldverlauf des Feld-erzeugenden Magneten bei Verwendung einer Hysteresebremse,
  • 4 zeigt im transversalen Querschnitt der Verstelleinheit den Magnetfeldverlauf des Feld-erzeugenden Magneten bei Verwendung einer Wirbelstrombremse,
  • 5 zeigt eine perspektivische Darstellung einer verstellbaren Kraftfahrzeug-Lenksäule nach dem Stand der Technik im nichteingebautem Zustand,
  • 6 zeigt einen axialen Schnitt durch die Verstellspindel der in 5 dargestellten Kraftfahrzeug-Lenksäule mit der zu der jeweiligen Kupplung gehörenden Verstelleinheit.
  • Der Stand der Technik wurde bereits weiter oben anhand der 5 und 6 ausführlich dargestellt und erläutert.
  • 1 und 2 zeigen im axialen Querschnitt eine erste und eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verstelleinheit für eine elektrisch verstellbare Lenksäule. Dabei ist der Aufbau der Verstelleinheit aus 1 im Wesentlichen mit dem der Verstelleinheit aus 2 bis auf die Ausführung des Magneten 19a,19b,21 und der Ankerscheibe 20a,20b identisch, so dass gleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Eine derartige erfindungsgemäße Verstelleinheit gemäß den 1 und 2 können die Verstelleinheit von 5 ersetzen, so dass die erfindungsgemäße Lenksäule dann entsprechend 5 aufgebaut aber mit den in 1 und/oder 2 gezeigten Verstelleinheiten ausgerüstet ist.
  • Im folgenden wird nun anhand der 1 eine erfindungsgemäße Verstelleinheit mit einer Magnet-Reibungsbremse beschrieben:
    Auf die Verstell-Spindel 5 sind eine erste 17 und eine zweite 18 Spindelmutter, aufgeschraubt deren Innengewinde mit dem Außengewinde der Verstell-Spindel 5 korrespondiert. Beide Spindelmuttern 17,18 sind radial mittels Klauen 24 miteinander stirnseitig mechanisch fest verbunden und mittels einer Einstellmutter 16 auf der Seite der ersten Spindelmutter 17 sowie mittels einer Feststellmutter 15 auf der Seite der zweiten Spindelmutter 18 axial verspannt. Einstellmutter 16 und Feststellmutter 15 sind in ein axiales Lagergehäuse 3 eingeschraubt, welches beide Spindelmuttern 17,18 umfasst. Der Kontakt zwischen der Einstellmutter 16 und der ersten Spindelmutter 17 bzw. zwischen der Feststellmutter 15 und der zweiten Spindelmutter 18 erfolgt jeweils über ein axiales Kugellager 14 derart, dass die durch die axiale Verspannung eine Einheit bildenden beiden Spindelmuttern 17,18 relativ zu dem axialen Lagergehäuse 3 mitsamt Einstellmutter 16 und Feststellmutter 15 rotieren können.
  • Die erste Spindelmutter 17 besitzt eine radiale scheibenförmige Ausweitung an der eine Ankerscheibe 20 aus ferromagnetischen Material befestigt ist. Die beiden Spindelmuttern sind aus nichtmagnetischem Material wie beispielsweise Aluminium oder Zinkdruckguss. Beide Spindelmuttern 17,18 und Ankerscheibe 20 werden im Folgenden als Spindelmuttereinheit 17,20,18 bezeichnet. In das axiale Lagergehäuse 3 ist auf der Seite der Ankerscheibe 20 ein Elektromagnet 19 in einem Magnetgehäuse 21 konzentrisch eingesetzt und mit diesem mechanisch fest verbunden. Die Spindelmuttereinheit 17,20,18 ist axial so verspannt, dass sie relativ zu dem mit dem Lagergehäuse 3 verbundenen Magnetgehäuse 21 ein geringes axiales Spiel aufweist. Dieses Spiel ist durch Runddrahtsprengringe 23 an den Außenenden der Spindelmuttereinheit 17,20,18 begrenzt.
  • Eine derart beschriebene Verstelleinheit mit einer Kupplung in Form einer Ankerscheibe 20 und eines Elektromagneten 19 arbeitet wie folgt:
    Während des Betätigens eines entsprechenden Kippschalters zur teleskopischen Verstellung bzw. zur Neigungsverstellung der Lenksäule durch den Anwender wird folgender Mechanismus ausgelöst:
    • 1. Der Elektromagnet 19 wird aktiviert und somit die Spindelmuttereinheit 17,18,20 aufgrund der magnetischen Kräfte mit der Ankerscheibe 20 an das Magnetgehäuse 21 gedrückt.
    • 2. Der Elektromotor wird eingeschaltet der die Verstell-Spindel 5 in Drehung versetzt. Die Drehrichtung richtet sich nach der jeweiligen Kipprichtung des Kippschalters. Durch die Drehung der Verstell-Spindel 5 läuft die Spindelmuttereinheit 17,18,20 – und damit die gesamte Verstelleinheit – auf der Verstellspindel 5 (führt also eine axiale Bewegung aus) da durch die Reibung der Ankerscheibe 20 an dem Magnetgehäuse 21 die Spindelmuttereinheit 17,18,20 an einem Mitdrehen mit der Verstell-Spindel 5 gehindert wird.
    • 3. Das Lagergehäuse ist insbesondere über Verstellhebel bzw. Kipphebel derartig mit der Lenksäule verbunden, dass ein Ein- oder Ausfahren bzw. ein Absenken oder Aufrichten der Lenksäule erfolgt.
    • 4. Bei Loslassen des Kippschalters wird der Elektromotor ausgeschaltet wodurch die Verstell-Spindel 5 sofort zum Stillstand kommt und die entsprechende Lenksäulenbewegung gestoppt wird.
    • 5. Der Magnet 19 wird deaktiviert und dadurch die Spindeleinheit 17,18,20 vom Magnetgehäuse 21 gelöst.
  • Das Schalten bei derartiger Betriebsweise liegt im Millisekundenbereich und wird vom Anwender nicht wahrgenommen.
  • Statt einer Magnet-Reibungskupplung, wie oben beschrieben, kann in einer derartigen Verstelleinheit erfindungsgemäß auch eine berührungslose Magnetkupplung in Form einer Hysteresebremse oder einer Wirbelstrombremse eingesetzt werden. Der grundsätzliche konstruktive mechanische Aufbau ist bei Hysteresebremse und Wirbelstrombremse gleich und in 2 dargestellt. Wie bei der Magnet-Reibungskupplung ist an einer Spindelmutter 17 eine Ankerscheibe 20a,20b fixiert. Diese Ankerscheibe 20a,20b ist jedoch in einem Luftspalt 22a zwischen den Polen eines die Ankerscheibe umgebenden Elektromagneten 19a,19b bzw. zwischen dessen Gehäuse drehbar gelagert – im Gegensatz zur Magnet-Reibungskupplung gemäß 1. Der Unterschied zwischen Hysteresebremse und Wirbelstrombremse besteht in der Beschaffenheit der Ankerscheibe 20a,20b sowie in der Beschaffenheit des Magnetfeldes B ⇀1, B ⇀2 in dem die Ankerscheibe 20a,20b gelagert ist.
  • Die Arbeitsweise einer Hysteresebremse beruht auf magnetischer Kraftwirkung sich anziehender Pole und ständiger Ummagnetisierung eines dauermagnetischen "Hysteresematerials". Aus diesem Grunde ist bei der Hysteresebremse in der zwischen den Polen des Elektromagneten 19a gelagerten Ankerscheibe 20a Hysteresematerial integriert. Dieses Hysteresematerial richtet sich entsprechend dem magnetischen Feldverlauf des Elektromagneten aus. Der Feldverlauf ist durch den transversalen Schnitt A-A in 3 dargestellt. Wie man sieht, liefert der Elektromagnet 19a einer Hysteresebremse ein transversales Wechselfeld B ⇀1, das heißt, dass sich transversal gesehen Nord- und Südpol des Magnetfeldes abwechseln. Die Elementarmagnete des Hysteresematerials in der Ankerscheibe 20a richten sich entsprechend dieses Feldverlaufes aus. Bereits eine geringe Drehung der Ankerscheibe 20a hat eine Ummagnetisierung des Hysteresematerials zur Folge und bedingt einen Kraftaufwand, der dazu führt, dass die Ankerscheibe 20a abgebremst bzw. im Stillstand gehalten wird. Eine Hysteresebremse besitzt daher auch bei Stillstand der Ankerscheibe 20a ein Bremsmoment. Daher ist es sinnvoll, bei einem Verstellen der Lenksäule 2 gemäß der obigen Vorgehensweise erst die Spindelmuttereinheit zu kuppeln und dann die Verstell-Spindel 5 in Drehung zu Versetzen.
  • Die Arbeitsweise einer Wirbelstrombremse beruht auf der Bremswirkung von magnetischen Wirbelfeldern die durch in der Ankerscheibe 20b induzierte elektrische Wirbelströme erzeugt werden. Aus diesem Grunde sind in der Ankerscheibe 20b Leiter-Schleifen bzw. Leiter-Spulen integriert. Der feststehende elektromagnetische Erregerteil ist – wie bei der Hysteresebremse – beidseitig der Ankerscheibe 20b angeordnet, hat jedoch – wie in 4 dargestellt – transversal einen homogenen Magnetfeldverlauf B ⇀2. Beim Umlaufen der Ankerscheibe 20b werden durch die ständige Magnet-Fluss-Änderung in den Wicklungen der Ankerscheibe 20b Wirbelströme induziert, welche wiederum ein Magnetfeld hervorrufen das dem außen anliegendem Magnetfeld gemäß der Lenzschen Regel entgegenwirkt. Somit wird durch das äußere Magnetfeld eine Kraft auf die Ankerscheibe 20b ausgeübt. Die Ankerscheibe 20b wird abgebremst. Das dabei auftretende Bremsmoment kann durch Ändern des Erregungsfeldes B ⇀2 eingestellt werden.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Einsatz einer Wirbelstrombremse in einer Lenksäulen-Verstelleinheit ist zu Berücksichtigen, dass das Bremsmoment (bei niedrigen Drehzahlen, bspw. < 150 pro min) angenähert proportional zur Drehzahl ist. Das bedeutet, dass bei Stillstand der Spindelmuttereinheit relativ zum Lagergehäuse 3 anfangs kein Kuppeln erfolgt. Wird die Verstell-Spindel 5 in Drehung versetzt, so wird die Spindelmuttereinheit anfangs mitrotieren, da die Reibung zwischen Spindelmuttereinheit und Verstell-Spindel 5 unterhalb einer gewissen Drehzahl größer ist als das Bremsmoment der Ankerscheibe 20b. Dementsprechend erfolgt anfangs auch keine axiale Bewegung der Verstelleinheit 25 und damit auch keine Lenksäulenverstellung. Erst ab einer bestimmten Drehzahl koppelt die Ankerscheibe 20b an das Lagergehäuse 3 und bewirkt eine Verstellung. Um eine derartige Verzögerung bzw. ein "Durchrutschen" im Übergangsbereich der kritischen Drehzahl zu vermeiden ist es sinnvoll bei der Vorgehensweise einer Lenksäulenverstellung mit Wirbelstrombremse erst die Verstell-Spindel 5 in Rotation zu versetzen und dann die Wirbelstrombremse durch Einschalten der Erreger-Magneten 19b zu aktivieren.
  • Erfolgt die Kupplung in einer Lenksäulen-Verstelleinheit erfindungsgemäß berührungslos, d.h. mittels Magnet-Reibungskupplung, eine Hysterese- oder Wirbelstrombremse, so kann das elektromagnetische Erregerfeld in einer erweiterten Ausführungsform der Verstelleinheit 25 so eingestellt werden, dass ab einer gewissen Überlast in der Kupplung ein Schlupf erzeugt wird, der zum Stoppen der Einheit führt. Der Grenzwert der Überlast ist bei der Auslegung der Kupplung variabel definierbar. Durch Detektion des Schlupfes kann auch eine elektronische Abschaltung des Spindel-Motors 4 erfolgen und eine Verletzung vermieden werden.
  • Die Verwendung einer elektromagnetischen Kupplung in einer Lenksäulen-Verstelleinheit hat zusammengefasst im Wesentlichen zwei Vorteile:
    • 1. Bei der elektromagnetischen Verstellrichtungsauswahl sind – im Gegensatz zu einer herkömmlichen mechanischen Verstelleinheit, bei der ein Metallstift in ein rotierendes Zahnrad eingreift – die Schaltgeräusche deutlich reduziert.
    • 2. Insbesondere eine berührungslose Kupplung – wie sie durch eine Hysteresebremse oder eine Wirbelstrombremse realisiert wird – vermeidet bei Integration einer Überlastüberwachung (beispielsweise in Form eines Drehmoment-Reglers) eine Schädigung der Insassen durch z.B. Quetschung der Finger bei unsachgemäßer Nutzung der Lenksäulenverstellung.
  • 1
    Lenksäulengehäuse
    2
    Lenksäule
    3
    axiales Lagergehäuse
    4
    Elektromotor
    5
    Verstell-Spindel
    6
    Spindelmutter
    7
    Verbindungshebel
    8
    Kipphebel
    9
    Schaltvorrichtung (Hubmagnet)
    10
    Axiallager
    11
    Spindelmutter
    12
    Stift
    13
    Aussparung in der Spindelmutter
    14
    Axial-Kugellager
    15
    Feststellmutter
    16
    Einstellmutter
    17
    erste Spindelmutter
    18
    zweite Spindelmutter
    19
    Magnetkern bei Magnet-Reibungsbremse
    19a
    Magnetkern bei Hysteresebremse
    19b
    Magnetkern bei Wirbelstrombremse
    20
    Ankerscheibe bei Magnet-Reibungsbremse
    20a
    Ankerscheibe bei Hysteresebremse
    20b
    Ankerscheibe bei Wirbelstrombremse
    21
    Magnetgehäuse
    22
    (Luft-)Spalt zwischen Ankerscheibe und Magnet (-Gehäuse) bei Magnet-
    Reibungsbremse
    22a
    (Luft-)Spalt zwischen Ankerscheibe und Magnet (-Gehäuse) bei Hysteresebremse
    und bei Wirbelstrombremse
    23
    Runddraht-Sprengring
    24
    Klauen
    25
    Verstelleinheit
    B ⇀1
    transversal homogenes Magnetfeld bei Magnet-Reibungsbremse und
    Wirbelstrombremse
    B ⇀2
    transversales Wechselfeld bei Hysteresebremse

Claims (11)

  1. Kraftfahrzeuglenksäuleneinheit mit – einem Lenksäulengehäuse (1) – einer darin angeordneten Lenksäule (2) – einer elektrisch angetriebenen Verstellvorrichtung zur Längsverstellung und Neigungsverstellung der Lenksäule (2), wobei die Verstellvorrichtung umfasst: – eine elektrische Antriebseinheit (4) zum Drehantrieb einer einteiligen Verstell-Spindel (5) – mindestens eine auf der Verstell-Spindel (5) angeordnete, in Axialrichtung der Verstell-Spindel (5) bewegliche Verstelleinheit (25), sowie – zur Längsbewegung und zur Neigungsbewegung mindestens ein Verstellmechanismus zur mechanischen Übertragung der Axialbewegung der jeweiligen Verstelleinheit (25) in eine Längs- bzw. Neigungsbewegung der Lenksäule (2) dadurch gekennzeichnet, dass jede Verstelleinheit (25) eine auf die Verstell-Spindel (5) aufgeschraubte Spindelmuttereinheit mit einer magnetisch reaktiven Ankerscheibe (20, 20a, 20b) aufweist welche bei Anlegen eines die Ankerscheibe (20, 20a, 20b) treffenden magnetischen Feldes eine Bremswirkung in Rotationsrichtung erfährt.
  2. Kraftfahrzeuglenksäuleneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremswirkung durch Anziehungskraft zwischen der Ankerscheibe (20) und dem das Magnetfeld erzeugenden Elektromagneten (19) in Form mechanischer Reibung bewirkt wird.
  3. Kraftfahrzeuglenksäuleneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass die Bremswirkung durch in der Ankerscheibe (20b) induzierte Wirbelströme bewirkt wird deren elektromagnetisches Feld dem die Wirbelströme induzierenden Feld (B ⇀2) dergestalt entgegenwirkt, dass eine Rotation der Ankerscheibe (20b) unterbunden bzw. abgebremst wird.
  4. Kraftfahrzeuglenksäuleneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremswirkung durch ständige Ummagnetisierung eines in der Ankerscheibe (20a) enthaltenen Hysteresematerials erfolgt, wobei das Magnetfeld (B ⇀1) ein tangentiales Wechselfeld darstellt.
  5. Kraftfahrzeuglenksäuleneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der felderzeugende Elektromagnet (19, 19a, 19b) mit einem die Spindelmuttereinheit umfassenden axialen Lagergehäuse (3) fest verbunden ist welches an den jeweiligen Verstellmechanismus gekoppelt ist.
  6. Kraftfahrzeuglenksäuleneinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der felderzeugende Elektromagnet (19, 19a, 19b) konzentrisch um die Verstell-Spindel (5) bzw. um die Spindelmuttereinheit angeordnet ist.
  7. Kraftfahrzeuglenksäuleneinheit nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der felderzeugende Elektromagnet (19, 19a, 19b) aus einem Magnetkern besteht welcher in einem Magnetgehäuse (21) integriert ist.
  8. Kraftfahrzeuglenksäuleneinheit nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindelmuttereinheit aus zwei verzapften Spindelmuttern (17, 18) und der Ankerscheibe (20, 20a, 20b) besteht, wobei die Ankerscheibe (20, 20a, 20b) an einer der beiden Spindelmuttern (17) fixiert ist.
  9. Kraftfahrzeuglenksäuleneinheit nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindelmuttereinheit zwischen einer Einstellmutter (16) und einer Feststellmutter (15) im Inneren des Lagergehäuses (3) axial verspannt ist.
  10. Kraftfahrzeuglenksäuleneinheit nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet dass mittels Einstellmutter (16) ein axialer Spielraum zwischen Ankerscheibe (20, 20a, 20b) und Elektromagnet (19, 19a, 19b) eingestellt wird.
  11. Kraftfahrzeuglenksäuleneinheit nach einem der Ansprüche 9 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindelmuttereinheit relativ zur Einstellmutter (16) sowie zur Feststellmutter (15) und damit zum Lagergehäuse (3) durch jeweils ein Axial-Kugellager (14) gehalten und drehbar ist.
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US8985628B2 (en) 2011-08-16 2015-03-24 GM Global Technology Operations LLC Adjusting device
DE102021200442A1 (de) 2021-01-19 2022-07-21 Zf Automotive Germany Gmbh Lenkradaktuatoreinheit für eine Steer-By-Wire-Lenkvorrichtung, Steer-By-Wire-Lenkvorrichtung mit einer solchen Lenkradaktuatoreinheit und Verfahren zum Betreiben einer solchen Lenkradaktuatoreinheit und/oder einer solchen Steer-By-Wire-Lenkvorrichtung

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DE19641152C2 (de) * 1996-10-07 1998-09-17 Lemfoerder Metallwaren Ag Kraftfahrzeuglenksäuleneinheit

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