DE10356660B4

DE10356660B4 - Elektrische Lenkungsverriegelung mit einem Kurvengetriebe

Info

Publication number: DE10356660B4
Application number: DE2003156660
Authority: DE
Inventors: Michael Maryschka
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2003-12-04
Filing date: 2003-12-04
Publication date: 2005-12-08
Anticipated expiration: 2023-12-05
Also published as: DE10356660A1

Abstract

Elektrische Lenkungsverriegelung für Fahrzeuge, mit einem hubbeweglichen Verriegelungsteil, das über ein Getriebe mit einem Antrieb verbunden ist und bezüglich einer Sperrausnehmung auf einer Lenkwelle zwischen einer Verriegelungsstellung und einer Entriegelungsstellung betätigbar ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
a) das Getriebe ist als ebenes Kurvengetriebe (35) ausgebildet, wobei das Verriegelungsteil (2) durch eine Anlenkung (10) mit einer Kurvenscheibe (7) des Kurvengetriebes (35) gekoppelt ist;
b) die Kurvenscheibe (7) weist an der Anlenkungsseite eine Sperrkontur (1) auf, welche durch Drehung (4, 20) der Kurvenscheibe (7) in eine am Verrieglungsteil (2) ausgebildete, zur Kurvenscheibe (7) hin offene korrespondierende Gegenkontur (12, 23) in Eingriff gelangt und dadurch bewirkt, dass die Hubbewegung (37) des Verriegelungsteils (2) in der Verriegelungsstellung (11) und in der Entriegelungsstellung (21) durch Formschluss gesperrt ist.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine elektrische Lenkungsverriegelung für Kraftfahrzeuge mit einem hubbeweglichen Verriegelungsteil, das mittels eines Antriebs über ein Getriebe zwischen einer Entriegelungsstellung, in der das Verriegelungsteil in eine Sperrausnehmung auf einer Lenkwelle eingreift, vor und zurück verstellbar ist.

Eine Lenkungsverriegelung ist eine Sicherheitseinrichtung mit der verhindert werden soll, dass ein Fahrzeug von Unbefugten benutzt werden kann. Sie ist Teil der Erstausstattung und wird bei Fahrzeugen der neuen Generation durch einen Elektromotor betätigt.

Um sicherzustellen, dass es durch eine Fehlfunktion nicht bei Fahrt zu einem unbeabsichtigten Blockieren der Lenkung kommt, sind zusätzliche Sicherheitseinrichtungen erforderlich. Von Nachteil ist hierbei, dass diese zusätzlichen Sicherheitseinrichtungen üblicherweise einen weiteren Antrieb erfordern, beispielsweise einen Hubmagnet, der durch eine Hubstange in eine entsprechende Rastnut eingreift und dadurch das die Lenkanlage verriegelnde Teil in der entriegelten Stellung arretiert.

Eine Lenkungsverriegelung muss so konstruiert sein, dass sie vor missbräuchlichen Manipulationen weitgehend geschützt ist und nur mit Spezialwerkzeugen ausgebaut werden kann. Selbst nach Entfernen des Gehäusesdeckels soll es nicht ohne weiteres möglich sein, dass eine verriegelte Lenkung auf einfache Weise wieder freigängig gemacht werden kann.

Aus der DE 199 29 435 C2 ist eine elektrische Lenkungsverriegelung für Fahrzeuge bekannt, welche ein hubbewegliches Hubglied aufweist. Das Hubglied ist über ein Getriebe mit einem Antrieb verbunden und bezüglich einer Sperrausnehmung auf einer Lenkwelle zwischen einer Verriegelungsstellung und einer Entriegelungsstellung betätigbar. Das Getriebe besteht im Wesentlichen aus einem Hubrad. Das Hubrad weist zwei kreisförmige, in axialer Richtung weisende Hubkurven auf, auf denen sich das Hubglied mit zwei diametralen Führungsarmen abstützt.

Eine weitere Lenkungsverriegelung ist beispielsweise aus der DE 196 50 751 C1 bekannt, bei der ebenfalls ein Antrieb über ein Getriebe einen Sperrriegel zwischen einer Verriegelungsstellung und einer Entriegelungsstellung betätigt. Das Getriebe besteht aus einem Innennocken und einem Mitnehmernocken, und funktioniert so, dass zunächst der Sperrriegel in eine Entriegelungsstellung geschwenkt wird und anschließend durch eine kurzzeitige Betätigung des Antriebs der Mitnehmernocken überfahren wird, wodurch der Sperrriegel federkraftbetätigt in seine Verriegelungsstellung einschwenkt. Die bei "Fahrtstellung" aus Gründen der Sicherheit erforderliche Festlegung des Verriegelungsteils erfolgt durch einen Hubmagnet. Die Konstruktion ist entsprechend aufwendig. Sobald der Sperrriegel zugänglich ist, kann dieser manuell aus der Verriegelungsstellung heraus geschwenkt werden wodurch die Sicherheitseinrichtung in missbräuchlicher Absicht umgangen werden kann.

Aus der DE 199 06 268 C2 ist eine elektrisch betriebene Lenkspindelverriegelung bekannt, bei der eine Gewindespindel das Sperrelement betätigt.

In der DE 101 21 714 C1 wir ein Schloss mit einem Sperrglied beschrieben, bei dem die Hin- und Herverschiebung des Sperrgliedes über eine axial verschiebbare Anordnung eines Querstiftes erfolgt, der in schraubenlinienförmig verlaufenden Nuten verschoben wird, sobald das Steuerglied gedreht wird.

Die EP 1 174 314 A2 schlägt zum Verschieben des Sperrgliedes ein Zahnstangengetriebe vor. In der US 6,571,587 B2 erfolgt die Betätigung eines Sperrbolzens durch einen Nockenmechanismus, der von einem Schneckenantrieb betätigt wird.

In der WO 03/042014 A1 wird im Hinblick auf Schutz gegen missbräuchlichen Eingriff vorgeschlagen, das hubbewegliche Sperrglied in einem Gehäuse anzuordnen, das quer zur Längsachse eines Mantelrohrs angeordnet ist, in welchem sich die Lenkspindel befindet.

Diese bekannten Lenkungsverriegelungen bestehen allesamt aus einer Vielzahl von Einzelteilen, was sie anfällig für manuelle Eingriffe macht. Der Herstellungsaufwand ist entsprechend hoch. Bei Betreib verursachen sie ein mehr oder weniger starkes Betriebsgeräusch. Da Lenkungsverriegelungen bei einem KfZ meist im Bereich der Trennwand zum Motorraum angeordnet sind und bei Stillstand des Fahrzeugs betätigt werden, sind die Betriebsgeräusche im Fahrgastraum hörbar. Insbesondere bei Fahrzeugen neueren Typs erhebt sich zunehmend die Forderung, dass die Betätigung einer Lenkungsverriegelung im Fahrgastraum möglichst überhaupt nicht wahrnehmbar sein soll.

Darstellung der Erfindung

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Lenkungsverriegelung so anzugeben, dass das Verriegelungsteil in der Entriegelungsstellung sicher arretiert ist und manuell nicht ohne weiteres aus der Verriegelungsstellung heraus bewegt werden kann und keine störenden Betriebsgeräusche verursacht.

Die Lösung dieses Problems erfolgt durch eine elektrische Lenkungsverriegelung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Auf vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung nehmen die Unteransprüche Bezug.

Die erfindungsgemäße Lösung weist folgende Merkmale auf: das Getriebe ist als ebenes Kurvengetriebe ausgebildet, wobei das Verriegelungsteil durch eine Anlenkung mit einer Kurvenscheibe des Kurvengetriebes gekoppelt ist; die Kurvenscheibe weist an der Anlenkungsseite eine Sperrkontur auf, welche durch Drehung der Kurvenscheibe in eine, am Verriegelungsteil ausgebildete, zur Kurvenscheibe hin offene, korrespondierende Gegenkontur in Eingriff gelangt und dadurch bewirkt, dass die Hubbewegung des Verriegelungsteils in der Verriegelungsstellung und in der Entriegelungsstellung durch Formschluss gesperrt ist. Durch diese Konstruktion entfällt ein zusätzlicher Aktuator zur Sicherung des Verriegelungsgliedes in der Entriegelungsstellung und es treten keine störenden Betriebsgeräusche auf.

Eine hinsichtlich des konstruktiven Aufwandes bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrkontur durch einen von der Stirnfläche der Kurvenscheibe axial vorspringenden Sperransatz gebildet ist und dass die Gegenkontur am Verriegelungsteil jeweils durch eine ringnutförmige Ausnehmung gebildet ist.

Die Hubbewegung kann auf technisch einfache Weise dadurch erzeugt werden, dass die Steuerkurve aus einem Teilstück einer Spirale gebildet ist.

Günstig ist, wenn das Teilstück der Spirale so gestaltet ist, dass bei Draufsicht auf die Stirnfläche der Kurvenscheibe die Endpunkte der Spirale auf einem Radialvektor der Kurvenscheibe liegen und die Längsachse des Verriegelungsteils in der Verriegelungsstellung und in der Entriegelungsstellung mit diesem Radialvektor zusammen fällt. Auf diese Weise entsteht eine Schaltkurve, bei der die Hubbewegung des Verriegelungsteils durch die jeweiligen Endpunkte der Steuerkurve begrenzt sind.

Eine Variante der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kurvenscheibe als Nutkurvenscheibe ausgebildet ist bei der die Nut eine Zapfenführung für das Verriegelungsteil bildet. Bevorzugt wird hierbei eine Nut mit rechteckförmiger Querschnittsfläche.

Eine andere Variante der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kurvenscheibe als Wulstkurvenscheibe ausgebildet ist.

Konstruktiv günstig ist es, wenn die Längsachse des Verriegelungsteils und die Drehachse der Kurvenscheibe etwa einen Winkel von 90 Grad einschließen und das Verriegelungsteil in einem Abstand im Wesentlichen parallel zur Stirnfläche der Kurvenscheibe angeordnet ist.

Das Verriegelungsteil ist bevorzugt in Form einer Hubstange ausgebildet, welche an einem der Lenkwelle zugewandten Ende ein federbelastetes Zwischenglied besitzt und am anderen Ende einen Steuernocken aufweist, der die Anlenkung mit der Steuerkurve herstellt.

Aus Sicht der Fertigung ist es günstig, wenn die Kurvenscheibe und der Sperransatz einstückig und materialeinheitlich in Spritzgusstechnik hergestellt sind.

Um die Hubbewegung des Verriegelungsteils in der Verriegelungsstellung bzw. in der Entriegelungsstellung sicher auszuschließen, ist es günstig wenn in jeder dieser Endlagen die Sperrkontur der Kurvenscheibe radial beiderseits von den Seitenwänden der Hubstange übersteht. Dies kann durch eine Ausführung erreicht werden, bei der der Sperransatz als Segment eines bezüglich der Drehachse der Kurvenscheibe konzentrischen Bundes ausgebildet ist und eine Umfangslänge aufweist, die größer oder gleich der Umfangslänge der ersten und oder zweiten Nut des Sperrgliedes ist.

Das Einschwenken in die Verriegelungsstellung bzw. Entriegelungsstellung kann dadurch erleichtert werden, in dem die Nuten der Gegenkontur Flanken aufweisen, die innenseitig konvex gewölbt sind.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
1 die erfindungsgemäße elektrische Lenkungsverriegelung in der Verriegelungsstellung in einer perspektivischen Ansicht;
2 die erfindungsgemäße elektrische Lenkungsverriegelung in der Entriegelungsstellung in einer perspektivischen Ansicht;
3 die elektrische Lenkungsverriegelung in der Entriegelungsstellung in einer Seitenansicht;
4 die elektrische Lenkungsverriegelung in der Entriegelungsstellung in einer Draufsicht auf die anlenkungsseitige Stirnfläche der Kurvenscheibe;
5 eine Detailzeichnung der Anlenkung des Verriegelungsteils, wobei die Kurvenscheibe gemäß einer ersten Variante der Erfindung als Nutkurvenscheibe ausgebildet ist;
6 eine Detailzeichnung der Anlenkung des Verriegelungsteils, wobei die Kurvenscheibe gemäß einer zweiten Variante der Erfindung als Wulstkurvenscheibe ausgebildet ist;
7 eine Detailzeichnung des federbelasteten Sperrgliedes.
Ausführung der Erfindung
Wie aus der perspektivischen Darstellung in der 1 und in der 2 leicht zu erkennen ist, besteht die elektrische Lenkungsverriegelung aus einem Elektromotor 3 der über einem Kurvengetriebe 35 ein Verriegelungsteil 2 betätigt. Das Verriegelungsteil 2 ist als Hubstange ausgebildet und durch nicht näher dargestellte Führungen in Richtung der Längsachse 17 beweglich gelagert. In der 1 ist das Verriegelungsteil 2 in der Verriegelungsstellung 11 gezeigt. Demgegenüber befindet sich das Verriegelungsteil 2 in den Darstellungen der 2, der 3 und der 4 in der Entriegelungsstellung 21, in der die Lenkanlage freigegeben ist.
Das Kurvengetriebe 35 besteht im Wesentlichen aus einer um die Achse 24 drehbeweglichen Kurvenscheibe 7. Die Kurvenscheibe 7 wird über ein Schneckengetriebe 25 vom Motor 3 angetrieben. Auf der anlenkungsseitigen Stirnfläche 8 der Kurvenscheibe 7 ist eine spiralnutförmige Steuerkurve 9 ausgebildet. Diese Spiralnut 9 bildet eine Kulissenführung für einen Steuernocken oder Steuerzapfen 10, der an einem von der Lenkwelle 6 abgewandten Ende der Hubstange 2 angeordnet ist. Die Längsachse 17 der Hubstange 2 schließt mit der Drehachse 24 etwa einen Winkel von 90 Grad ein. Die Stirnfläche 8 und die zur Kurvenscheibe 7 gewandten Seitenfläche der Hubstange begrenzen einen Spalt 36, in welchem die Sperrkontur und Gegenkontur ineinander greifen.
Die Kurvenscheibe 7 ist aus einem Stück in Kunststoff in Spritzgusstechnik hergestellt.
Um aus der in 1 dargestellten Verriegelungsstellung 11, in welcher der Sperransatz 1 durch Drehung der Kurvenscheibe 7 in die hinsichtlich der Querschnittsfläche kongruente Nut 12 eingeschwenkt ist, in die Entriegelungsstellung 21 zu gelangen, treibt der Motor 3 über das Schneckengetriebe 25 die Kurvenscheibe 7 in Richtung des Drehrichtungspfeils 4 an. Diese Drehbewegung hat zur Folge, dass die Hubstange 2 durch die Zapfenführung (Steuernocken 10 in Nut 19 in 5) der Steuerkurve 9 folgend linear in Richtung des Pfeils 26 bewegt wird. Die Drehbewegung findet ihren Abschluss, indem der Steuernocken 10 am Ende der Steuerkurve 9 anlangt (2, 3, 4). Die Lenkungsverriegelung befindet sich nun in der Entriegelungsstellung 21, in welcher der Sperransatz 1 in eine, hinsichtlich der Querschnittsflächen kongruente zweite Nut 23 formschlüssig mit Spiel eingreift. Der Eingriff ist spielbehaftet und verursacht keinerlei Geräusche. Der Formschluss stellt sicher, dass auch für den Fall, dass sich die Verankerung des Steuernockens 10 in der Nut 19 während der Fahrt löst, nicht in Eingriff mit der Ausnehmung 5 auf der Lenkwelle 6 gelangen kann.
Um aus der Entriegelungsstellung 21 wieder zurück in die Verriegelungsstellung 11 zu gelangen, wird die Drehrichtung des Antriebs gewechselt. Eine Drehung im Uhrzeigersinn gemäß dem Drehrichtungspfeil 20 in 3 bewegt den Sperrbolzen 29 der Hubstange 2 in Richtung des Pfeils 37 und bringt ihn wieder in Eingriff mit der Ausnehmungen 5 auf der Lenkwelle 6. Das Lenksystem ist in dieser Endstellung gesperrt. Ein manuelles Zurückdrehen der Kurvenscheibe ist auf Grund der Selbsthemmung Schnecke und Sonnenrad des Schneckengetriebes 25 nicht möglich. Die Ausnehmung 5 ist schematisch als Bohrung dargestellt, sie kann verschiedenartig ausgebildet sein, beispielsweise durch Keilwellenprofil oder durch eine Kerbverzahnung.
Die Steuerkurve 9 ist ein Teilstück einer Spirale 13, deren Endpunkte 14, 15 in der Verriegelungsstellung 11 bzw. Entriegelungsstellung 21 auf einem Radialvektor 16 liegen (4).
Zur Erfassung der Position der Hubstange 2 in der Verriegelungsstellung 11 bzw. in der Entriegelungsstellung 21 sind jeweils gestellfeste Positionssensoren 30 vorgesehen. Es ist auch denkbar, dass der Drehweg des Elektromotors 3 zusätzlich durch einen Inkrementalgeber 31 erfasst wird. Zur Auswertung dieser Positionssignale ist eine Steuervorrichtung 32 vorgesehen, welche mit dem Positionssensor 30 und mit dem Inkrementalgeber 31 signalleitend verbunden ist.
Wie in 4 dargestellt, ist der Sperransatz 1 als Segment eines bezüglich der Drehachse 24 der Kurvenscheibe 7 konzentrischen Bundes realisiert. Dieser Bund weist eine Umfangslänge 33 auf, die größer oder gleich der Umfangslänge 34 der ersten Nut 12 bzw. der zweiten Nut 23 der Hubstange 2 ist.
Wie in der Detaildarstellung der 5 gezeigt, kann die Kurvenscheibe 7 als Nutkurvenscheibe ausgebildet sein, bei der die Nut 19 die Führung für den Steuernocken 10 bildet. Alternativ hierzu kann die Kurvenscheibe 7 als Wulstkurvenscheibe ausgebildet sein, bei der ein gegenüber der Stirnfläche 8 axial vorspringender Wulst 22 ausgebildet ist, der in eine entsprechende Ausnehmung auf der Hubstange 2 eingreift (6).
Wie in 7 dargestellt, ist an der Hubstange 2, an dem zur Lenkwelle 6 weisenden Ende 27 ein federbelastetes Sperrglied 28 mit einem Sperrbolzen 29 angeordnet. Dadurch ist bei nicht fluchtender Stellung zwischen Sperrbolzen 29 und Ausnehmung 5 in Richtung der Längsachse 17 hubbeweglich gehalten. Durch konstruktive Maßnahmen kann sichergestellt werden, dass dieser hubbewegliche Sperrbolzen 29 auch bei abgehobenem Gehäuseteil nicht manuell aus seiner Verriegelungsstellung zurückgezogen und dadurch die Sicherheitseinrichtung übergangen werden kann.

Claims

Elektrische Lenkungsverriegelung für Fahrzeuge, mit einem hubbeweglichen Verriegelungsteil, das über ein Getriebe mit einem Antrieb verbunden ist und bezüglich einer Sperrausnehmung auf einer Lenkwelle zwischen einer Verriegelungsstellung und einer Entriegelungsstellung betätigbar ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: a) das Getriebe ist als ebenes Kurvengetriebe (35) ausgebildet, wobei das Verriegelungsteil (2) durch eine Anlenkung (10) mit einer Kurvenscheibe (7) des Kurvengetriebes (35) gekoppelt ist; b) die Kurvenscheibe (7) weist an der Anlenkungsseite eine Sperrkontur (1) auf, welche durch Drehung (4, 20) der Kurvenscheibe (7) in eine am Verrieglungsteil (2) ausgebildete, zur Kurvenscheibe (7) hin offene korrespondierende Gegenkontur (12, 23) in Eingriff gelangt und dadurch bewirkt, dass die Hubbewegung (37) des Verriegelungsteils (2) in der Verriegelungsstellung (11) und in der Entriegelungsstellung (21) durch Formschluss gesperrt ist.
Lenkungsverriegelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrkontur (1) durch einen von der Stirnfläche (8) der Kurvenscheibe (7) axial vorspringenden Sperransatz gebildet ist, und dass die Gegenkontur am Verriegelungsteil (2) durch ringnutförmige Ausnehmungen (12, 23) gebildet ist.
Lenkungsverriegelung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerkurve (9) aus einem Teilstück einer Spirale (13) gebildet ist.
Lenkungsverriegelung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei Draufsicht auf die Stirnfläche (8) der Kurvenscheibe (7) die Endpunkte (14, 15) der Spirale (13) auf einem Radialvektor (16) der Kurvenscheibe (7) liegen und die Längsachse (17) des Verriegelungsteils (2) in der Verriegelungsstellung (11) und in der Entriegelungsstellung (21) mit diesem Radialvektor (16) zusammenfällt.
Lenkungsverriegelung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurvenscheibe (7) als Nutkurvenscheibe ausgebildet ist.
Lenkungsverriegelung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Nutkurvenscheibe (7) eine Nut (19) mit rechteckförmiger Querschnittsfläche aufweist.
Lenkungsverriegelung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurvenscheibe (7) als Wulstkurvenscheibe ausgebildet ist.
Lenkungsverriegelung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachse (17) des Verriegelungsteiles(2) und die Drehachse (24) der Kurvenscheibe (7) etwa einen Winkel von 90 Grad einschließen.
Lenkungsverriegelung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachse (17) des Verriegelungsteils (2) in einem Abstand im Wesentlichen parallel zur Stirnfläche (8) der Kurvenscheibe (7) verläuft.
Lenkungsverriegelung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verriegelungsteil (2) als Hubstange ausgebildet ist, das an einem der Lenkwelle zugewandten Ende der Hubstange ein federbelastetes Zwischenglied (28) mit einem Sperrbolzen (29) angeordnet ist, und dass am anderen Ende der Hubstange die Anlenkung mit der Steuerkurve (9) der Kurvenscheibe (7) durch einen Steuernocken (10) hergestellt ist.
Lenkungsverriegelung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurvenscheibe (7) und der Sperransatz (1) einstückig und materialeinheitlich in Spritzgusstechnik hergestellt sind.
Lenkungsverriegelung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sperransatz (1) als Segment eines bezüglich der Drehachse (24) der Kurvenscheibe (7) konzentrischen Bundes ausgebildet ist und eine Umfangslänge (33) aufweist, die größer oder gleich einer Umfangslänge (34) der ersten und/oder zweiten Nut (12, 23) des Verriegelungsteils (2) ist.
Lenkungsverriegelung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass an gegenüberliegenden Nutflanken der ersten und/oder der zweiten Nut (12, 23) eine konvexe Wölbung ausgebildet ist.