DE19531702A1 - Verstellvorrichtung, insbesondere für Kraftfahrzeugsitze - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Getriebe für die Ver­ und/oder Einstellung der Relativposition von Teilen zu­ einander, insbesondere an Kraftfahrzeugsitzen, mit wel­ chem einzelne Elemente, wie beispielsweise die Rückenleh­ ne eines Sitzes und/oder der gesamte Sitz in einem Fahr­ zeug, insbesondere Kraftfahrzeug, positioniert werden können.

Bekannt sind Verstelleinrichtungen, mit denen die Rücken­ lehne eines Fahrzeugsitzes mittels eines Spindel-Mutter- Getriebes um eine quer zur Fahrzeuglängsachse verlaufende Drehachse verschwenkt werden kann (EP 0 605 135 A1) Weiter sind aus DE 43 01 241 A1 Verstelleinrichtungen be­ kannt, mit denen Fahrzeugsitze in einer längs zur Fahr­ zeugachse verlaufenden Richtung mittels eines Spindel- Mutter-Antriebs linear verschoben werden können. Auch sind Verstelleinrichtungen bekannt, mit denen Fahrzeug­ sitze in ihrer vertikalen Lage verstellbar sind (DE 41 01 470 C1). Dazu werden in der Regel gelenkig miteinander verbundene Hebelpaare, die zum einen mit dem Fahrzeugbo­ den und zum anderen mit dem Sitzboden verbunden sind, von einem Spindel-Mutter-Antrieb derart verstellt, daß durch die Änderung der Winkelstellung der Hebel zueinander ein Anheben bzw. Absenken des Fahrzeugsitzes erfolgt.

Die in den genannten Verstelleinrichtungen verwendeten Spindeltriebe sind derart gestaltet, daß sie neben ihrer Verstellaufgabe auch das Abstützen des zu verstellenden Sitzteiles, beispielsweise der Rückenlehne oder des kom­ pletten Sitzes bei Verwendung in einer Längsverstellvor­ richtung bei Belastung zu erfüllen haben. Sie sind dem­ entsprechend dimensioniert und weisen in der Regel eine hohe Zugfestigkeit bzw. für die Aufnahme der Belastung in der Gegenrichtung eine hohe Knicksteifigkeit auf.

Bei einer Überbelastung des Sitzsystems, wie dies insbe­ sondere bei einem Heckstoß auf das Fahrzeug der Fall ist, bei dem die den Sitz benutzende Person in die Rückenlehne geschleudert wird, hat der die Rückenlehne abstützende Spindeltrieb hohe Lastspitzen aufzunehmen. Bei Sitzen mit integrierten Sicherheitsgurtsystemen hat die Rückenlehne bei Frontalstößen auf das Fahrzeug zudem die Aufgabe, die durch das Auffangen der den Sitz benutzenden Person durch den Sicherheitsgurt auftretenden Gurtkräfte aufzunehmen.

In beiden Fällen wird diese Belastung im allgemeinen in die Stahlstrukturen der Rückenlehne und des Sitzkissens, an denen der Spindeltrieb gelagert ist, abgeleitet, um vom Fahrzeugboden aufgenommen zu werden. Dies führt dazu, daß die Stahlstrukturen im günstigen Fall verformt werden und damit Energiespitzen abbauen, während im ungünstigen Fall die Lagerungen der Verstelleinrichtungen abreißen oder die Rückenlehne abknickt. Letzteres bedeutet, um beim Beispiel der Rückenlehne zu bleiben, daß diese ihre Abstützaufgabe nicht mehr erfüllt, wodurch die den Sitz benutzende Person den Halt verliert und vom Sitz bzw. in die Windschutzscheibe geschleudert wird, mit der Folge schwerster Verletzungen.

Im heutigen Kraftwagenbau besteht die Tendenz, Leichtme­ tall als bevorzugten Werkstoff zur Herstellung von Trag­ strukturen zu verwenden. Leichtmetall erlangt auch beim Bau von Tragwerken von Fahrzeugsitzen immer mehr an Be­ deutung. Neben der Herstellung von Bauteilen aus Leicht­ metall im Strangpreßverfahren werden Sitzstrukturen ko­ stengünstig hauptsächlich im Druckgießverfahren herge­ stellt. Hierbei kann durch eine entsprechende Ausgestal­ tung, beispielsweise durch Verrippungen und Profilgestal­ tungen, eine hohe Steifigkeit der Druckgußteile erreicht werden. Dadurch aber, daß Leichtmetall-Gußteile gegenüber Preßteilen aus Stahl eine wesentlich geringere Bruchdeh­ nung aufweisen, neigen sie bei Überbelastungen, wie sie bei Unfällen auftreten, zu vergleichsweise plötzlichem Bruch, wenn keine Ableitung der Spitzenbelastungen er­ folgt. Dies bedeutet, daß bei einem Einsatz eines übli­ chen Spindeltriebes, beispielsweise für die Einstellung der Neigung einer Rückenlehne gegenüber dem Sitzkissen, bei einer Spitzenbelastung die Lageraugen zur Aufnahme des Spindeltriebes an Rückenlehne und Sitzkissenrahmen brechen würden, womit sich der bekannte Spindeltrieb zu diesem Zweck als unbrauchbar erweist.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen Spindel­ trieb derart zu gestalten, daß dieser es ermöglicht, schlagartig auftretende Spitzenbelastungen aufzunehmen und dadurch die von ihm miteinander verbundenen Teile, insbesondere Sitzstrukturen, die aus Metall, vorzugsweise Leichtmetall gefertigt sind, gegen Bruch zu schützen. Die erfindungsgemäße Lösung sowie vorzugsweise Ausführungs­ beispiele sind in den beigefügten Ansprüchen angegeben.

Mit der Erfindung wird in überraschend einfacher Weise ein Kräftefluß erreicht, der zu einer sowohl das Ver­ stellgetriebe als auch die mit ihm verbundenen Teile vor der erwähnten Bruchgefahr schützenden Energieabsorption führt. Bei den bekannten Getrieben werden nämlich die Kräfte, die bei Belastungen über das Getriebe abgeleitet werden, koaxial durch die Spindel geführt, so daß diese entweder auf Druck oder auf Zug belastet wird. Mit der erfindungsgemäßen, außeraxialen Lagerung bzw. Anlenkung zumindest eines Spindelendes wird demgegenüber ein Kräf­ tedreieck geschaffen, das dazu führt, daß bei Kraftein­ wirkungen auf das Getriebe die Kraftkomponenten versu­ chen, die Katheten des Kräftedreiecks, von denen eine in der Achse der Spindel verläuft, aus ihrer rechtwinkligen Lage zueinander zu verschieben mit der Folge, daß Biege­ kräfte auf die Spindel wirken, die zur erwähnten Energie­ absorption aufgrund der Biegeelastizität der Spindel führen, die Spindel also quasi wie ein Puffer wirkt.

Unter "außeraxialer" Anlenkung bzw. Lagerung ist im Rah­ men der Erfindung eine solche zu verstehen, bei der zu­ mindest ein Anlenkpunkt der Getriebespindel nicht in der Längsachse bzw. der Flucht dieser Achse liegt bzw. diese nicht schneidet, wobei die Anlenkpunkte bzw. Lagerpunkte Schwenkbewegungen zulassen.

Die Erfindung ist generell an jeglicher Art relativ zu­ einander einstellbarer Teile anwendbar, wenngleich sie nachfolgend im Rahmen der Erläuterung bevorzugter Aus­ führungsbeispiele für eine Sitzlehnenverstellung detail­ liert beschrieben wird. Das Getriebe, bestehend aus der Verstellspindel und dem Gehäuse mit den nachstehend noch erläuterten bevorzugten Einbauten, ist als solches ohne weiteres auch mit völlig anderen relativ zueinander ein­ zustellenden Teilen zu verbinden, wobei sich insgesamt als vorteilhaft erweist, wenn sich die außeraxiale An­ lenkung im Gehäusebereich befindet und in weiterer bevor­ zugter Ausführung am feststehenden Teil montiert ist.

Ein für die Erfindung günstiger Aufbau des Getriebes ist durch eine antreibbare, die undrehbar gelagerte Spindel umgreifende und mit deren Außengewinde kämmende Mutter mit Innengewinde im Verstellgehäuse gegeben.

Für den speziellen, bereits erwähnten Anwendungsfall des Getriebes für die Neigungsver- und/oder -einstellung der Rückenlehne eines Fahrzeugsitzes ist die Spindel mit ih­ rem einen Ende in ihrer Lagerachse bzw. in deren Verlän­ gerung schwenkbar an der Rückenlehne gelagert, während das freie Ende der Spindel mittels des Verstellgehäuses außeraxial mit dem Sitzkissenboden bzw. -rahmen verbunden ist. Dabei ist sowohl die Möglichkeit gegeben, die Spin­ del oberhalb des Schwenklagers der Rückenlehne an dieser anzulenken als auch die, die Anlenkung unterhalb des Schwenklagers der Rückenlehne vorzunehmen, wodurch sich für den Belastungsfall hinsichtlich der Biegerichtung der Spindel jeweils entgegengesetzte Vorzeichen ergeben, was im einzelnen noch näher erläutert werden wird. Diese Parameter sowie die jeweils gegebenen räumlichen Verhältnisse bedingen dann einen der beiden vorgenannten Anlenkungspunkte.

Es wurde bereits erwähnt, daß das erfindungsgemäße Ge­ triebe sich auch in hervorragender Weise für die Positio­ nierung des gesamten Sitzes, d. h. seine Längsverstellung insgesamt eignet, in welchem Fall die Spindel mit ihrem axial gelagerten Ende mit dem Sitz verbunden ist und die außeraxiale Anlenkung direkt oder indirekt am Boden des Kraftfahrzeugs erfolgt, d. h. das außeraxiale Schwenklager des Gehäuses entweder an der mit dem Boden fest verbunde­ nen Führungsschiene oder an einem direkt am Fahrzeugboden vorgesehenen Gegenlager montiert wird.

Anhand der beigefügten Zeichnungen, in denen ein bevor­ zugtes Ausführungsbeispiel dargestellt ist, wird die Er­ findung am Beispiel der Neigungsverstellung einer Rücken­ lehne eines Fahrzeugsitzes näher erläutert, ohne auf die­ sen Anwendungsfall beschränkt zu sein. Es zeigen:

Fig. 1a, 1b zwei grundsätzliche Möglichkeiten zur An­ ordnung des erfindungsgemäßen Verstellge­ triebes an einem Fahrzeugsitz;

Fig. 2 eine schematische Darstellung zur Verdeut­ lichung der sich aufgrund der erfindungsge­ mäßen, außeraxialen Anlenkung ergebenden Kräfteverhältnisse;

Fig. 3 eine Seitenansicht auf das Getriebe mit ge­ öffnetem Gehäuse; und

Fig. 4 einen Querschnitt durch das Gehäuse entlang der Linie IV-IV in Fig. 3.

Gemäß den Fig. 1a, 1b ist der aus einem Sitzkissen 1 (mit nicht dargestelltem Sitzkissenrahmen) und einer damit schwenkverbundenen Rückenlehne 2 bestehende Kraftfahr­ zeugsitz mit einem Getriebe 3 versehen, das der Neigungs­ verstellung der Rückenlehne 2 dient.

Das im wesentlichen aus einem Verstellgehäuse 4 und einer Spindel 5 bestehende Getriebe 3 ist im Bereich des Gehäu­ ses 4 außeraxial schwenkbar im Punkt 6 am feststehenden Teil, nämlich dem Sitzkissen bzw. dem Sitzkissenrahmen 1 angelenkt, wobei die Fig. 1a und 1b bereits deutlich ma­ chen, daß die außeraxiale Lagerung darin besteht, daß der Anlenkpunkt 6 nicht auf der Längsachse der Spindel 5 oder deren Verlängerung liegt, sondern unterhalb dieser, wäh­ rend das andere Ende der Spindel 5 im Punkt 7, der auf der Längsachse der Spindel 5 bzw. deren Verlängerung liegt, am beweglichen Teil, d. h. der Rückenlehne 2 ange­ lenkt ist.

Der Unterschied zwischen den Beispielen gemäß Fig. 1a und 1b besteht darin, daß im erstgenannten Fall der Anlenk­ punkt 7 des Getriebes 3 oberhalb des Schwenklagers 8 der Rückenlehne 2 liegt, beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1b jedoch unterhalb von diesem.

Für beide Anlenkungsvarianten gelten die in Fig. 2 sche­ matisch dargestellten Verhältnisse, was übrigens auch für sämtliche anderen Anwendungsfälle des erfindungsgemäßen Getriebes zutrifft. Danach liegen nicht beide Anlenk­ punkte 6 und 7 auf oder fluchtend mit der Längsachse der Spindel 5, sondern ist der Punkt 6 mit senkrechtem Ab­ stand unterhalb der Längsachse der Spindel 5 angeordnet, so daß sich ein außeraxialer Abstand a ergibt, der zu ei­ nem Kräftedreieck A, 7, 6 mit einem rechten Winkel zwi­ schen den Katheten bei A führt.

Über den an der Rückenlehne befindlichen Anlenkpunkt 7 werden die auf die Rückenlehne einwirkenden Kräfte auf die Spindel 5 und von da aus wiederum über das Gehäuse 4 auf den Anlenkpunkt 6 übertragen, so daß für die erfin­ dungsgemäße Vorrichtung z. B. bei einer Stoßeinwirkung auf die Rückenlehne der an dieser, d. h. am beweglichen Teil befindliche Anlenkpunkt 7 versucht, sich um den An­ lenkpunkt 6 auf den Punkt A zuzubewegen oder von diesem wegzubewegen. Dies führt ersichtlich zu einem im Unter­ schied zum Stand der Technik nicht mehr koaxialen Druck­ bzw. Zugkräfteverlauf in der Spindel 5, sondern zu einer Biegebeanspruchung der Spindel 5 entweder mit nach oben oder mit nach unten gerichteter Auswölbung. Bevor dies insbesondere anhand der Fig. 1a und 1b für verschiedene in der Praxis auftretende Fälle im einzelnen erläutert wird, sei nachfolgend zunächst der Aufbau des Getriebes 3 beschrieben.

Gemäß den Fig. 3 und 4 besteht das Getriebe 3 im wesent­ lichen aus dem Verstellgehäuse 4 und der mit einem selbsthemmenden Außengewinde ausgestatteten Spindel 5. An ihrem einen Ende weist die Spindel eine Verankerung 9 auf, der der Anlenkpunkt 7 zugeordnet ist und durch die sich eine um eine senkrecht zur Längsachse der Spindel 5 verlaufende Achse schwenkbare Lagerung ergibt, aber eine Drehung der Spindel um ihre Längsachse verhindert wird. Der auf der Spindellängsachse liegende Anlenkpunkt 7 be­ wirkt, daß eine von der zu verstellenden Rückenlehne aus­ gehende Kraft über den Anlenkpunkt 7 auf die Spindel in Richtung der Symmetrieachse der Spindel übertragen wird.

Das Gegenlager der Spindel 5 wird durch das Gehäuse 4 ge­ bildet, das eine um ihre Rotationsachse drehbar gelagerte Mutter 11 aufnimmt. Die Mutter 11 ist mit einem dem Au­ ßengewinde der Spindel 5 angepaßten Innengewinde verse­ hen, mit dem sie mit der Spindel kämmt. Die in nicht nä­ her zu erläuternder Weise am Gehäuse abgestützte Mutter 11 ist ihrerseits von einer Antriebswelle 12 mittels ei­ ner Schnecke 13 in Drehung zu versetzen, so daß je nach Drehrichtung der Mutter 11 die undrehbar an der Rücken­ lehne befestigte Spindel entweder nach links oder nach rechts (siehe Fig. 3) durch das Gehäuse bewegt wird, was zur gewünschten Verstellung des Neigungswinkels der Rückenlehne 2 führt. Dazu weist das Gehäuse 4 entspre­ chende seitliche Öffnungen 14 auf, die es im Normal zu­ stand ermöglichen, daß die Spindel 5 in ihrer Längsrich­ tung das Gehäuse 4 ungehindert durchdringen kann.

Der Anlenkpunkt bzw. Verbindungspunkt 6 zum feststehenden Teil - im dargestellten Ausführungsbeispiel zum Sitzteil bzw. Sitzkissenboden 1 - wird durch ein Schwenklager ge­ bildet, das im wesentlichen aus einem im Gehäuse 4 vorge­ sehenen Auge 15 besteht, das in für den Fachmann ohne weiteres geläufiger Weise von einer Achse od. dgl. durch­ drungen wird. Das Lagerauge 15 ist relativ zur Spindel 5 derart außeraxial angeordnet, daß sich sein Mittelpunkt im Abstand a unterhalb der Längsachse der Spindel 5 be­ findet und die durch das Lagerauge für das Gehäuse defi­ nierte Schwenkachse senkrecht zur Längsachse der Spindel 5 und unterhalb dieser verläuft.

Diese Konzeption führt zu den überraschenden, eingangs erläuterten Kraftflußveränderungen mit dem besonders wün­ schenswerten Ergebnis der Dämpfung durch Energieabsorp­ tion über die Spindelbiegung, was sich in in den Fig. 1a und 1b dargestellten konkreten Montagemöglichkeiten wie folgt darstellt:
Bei einer Stoßbelastung des Systems in Zugrichtung, d. h. im Fall des Einbaus gemäß Fig. 1a bei einem Heckstoß und im in Fig. 1b gezeigten Fall bei einem Frontalstoß (hierbei Gurtverbund mit der Rückenlehne vorausgesetzt), wirkt ein die Zugkraft auslösendes Drehmoment auf die Rückenlehne in Richtung des Pfeiles Z mit der Folge (s. Fig. 2), daß aufgrund des senkrechten Abstands a des Ge­ häuseanlenkpunkts 6 von der Längsachse der Spindel 5 ein im Uhrzeigersinn um den Anlenkpunkt 6 wirkendes Moment entsteht, das seinerseits versucht, das Gehäuse ein­ schließlich der die Spindel 5 umfassenden Mutter 11 im Uhrzeigersinn zu drehen, wodurch die Katheten des in Fig. 2 angedeuteten Kräftedreiecks A, 7, 6 im Sinne einer Ver­ größerung des rechten Winkels zwischen den Katheten in Strecklage zueinander beaufschlagt werden. Hierbei ver­ klemmt sich zunächst die Mutter 11 im Gehäuse 5, und die von der Spindel 5 durchdrungenen Gehäuseöffnungen 14 kom­ men mit dem Außengewinde der Spindel 5 in Eingriff, was schließlich dazu führt, daß sich die Spindel in Richtung z nach unten verbiegt, welche Biegearbeit Energie absor­ biert.

Umgekehrt entsteht bei einer Stoßbelastung des Systems in Schub- bzw. Druckrichtung D - für den in Fig. 1a darge­ stellten Einbaufall bei einem Frontalstoß, während sich eine Schub- oder Druckkraft für die Spindel 5 beim Aus­ führungsbeispiel gemäß Fig. 1b im Falle eines Heckstoßes ergibt - aufgrund der zuvor im einzelnen dargelegten geometrischen Verhältnisse, insbesondere der außeraxialen Lagerung der Spindel nunmehr um den Gehäuseanlenkpunkt 6 ein entgegen dem Uhrzeigersinn wirkendes Drehmoment, das seinerseits versucht, das Gehäuse 4 einschließlich der die Spindel 5 umfassenden Mutter 11 nach links zu drehen, in welchem Fall sich wiederum zunächst die Mutter 11 im Gehäuse 4 verklemmt und sodann die Gehäuseöffnungen 14 sich im Außengewinde der Spindel 5 verhaken, was dann schließlich zur Durchbiegung der Spindel 5 nach oben in Richtung d, also zu einem Stauchen des Kräftedreiecks im Sinne einer Verringerung des rechten Winkels zwischen den Katheten führt.

Die in beiden geschilderten Fällen die Verformungsarbeit leistenden Kräfte werden von den Teilen der Sitzstruktur ferngehalten und kommen für eine Verformungsarbeit in der Sitzstruktur somit nicht mehr zur Wirkung, wodurch insbesondere für Teile aus Leichtmetall ein erhöhter Schutz durch den erfindungsgemäß in überraschend einfa­ cher Weise gelungenen Abbau von hohen Belastungsspitzen gegen Bruchgefahr gegeben ist.

Wie bereits erwähnt, läßt sich die anhand des Ausfüh­ rungsbeispiels erläuterte Wirkungsweise des Verstellge­ triebes auf alle Verstellaufgaben anwenden, die mittels einer Spindelverstellung bewerkstelligt werden sollen, und zwar nicht nur an sämtlichen Fahrzeugsitzverstellun­ gen, sondern generell an Belastungen ausgesetzten, rela­ tiv zueinander ein- bzw. verstellbaren Teilen. Hinsicht­ lich der Anwendung im Fahrzeugbau seien lediglich bei­ spielhaft die Verstellung der Höhe des Sitzes im Fahr­ zeug, Einrichtungen für die Verstellung von Armlehnen, Kopfstützen, Fondsitzrückenlehnen und der Längsposition des Sitzes im Fahrzeug erwähnt.

Claims (13)

1. Getriebe (3) für die Ver- und/oder Einstellung der Relativposition von Teilen zueinander, insbesondere an Kraftfahrzeugsitzen mit

• - einer mit den Teilen (1, 2) in Wirkverbindung stehenden Spindel (5) und
• - einem die Spindel (5) aufnehmenden Verstellge­ häuse (4),

dadurch gekennzeichnet, daß die Spindel (5) zumindest einseitig außeraxial angelenkt ist.

2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die außeraxiale Anlenkung (6) im Gehäusebereich befindet.

3. Getriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß es zwischen einem feststehenden (1) und ei­ nem verstellbaren Teil (2) wirkt.

4. Getriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die außeraxiale Anlenkung am feststehenden Teil (1) befindet.

5. Getriebe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine antreibbare, die undreh­ bar gelagerte Spindel (5) umgreifende und mit deren Außengewinde kämmende Mutter (11) mit Innengewinde im Verstellgehäuse (4).

6. Getriebe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5 für die Neigungsver- und/oder -einstellung der Rückenlehne eines Kraftfahrzeugsitzes, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Spindel (5) mit ihrem einen En­ de in ihrer Längsachse bzw. in deren Verlängerung schwenkbar an der Rückenlehne (2) gelagert ist, wäh­ rend das freie Ende der Spindel (5) mittels des Ver­ stellgehäuses (4) außeraxial mit dem Sitzkissenboden bzw. -rahmen (1) verbunden ist.

7. Getriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindel (5) oberhalb des Schwenklagers (8) der Rückenlehne (2) an dieser angelenkt ist.

8. Getriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindel (5) unterhalb des Schwenklagers (8) der Rückenlehne (2) an dieser angelenkt ist.

9. Getriebe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5 für die Längsverstellung von Kraftfahrzeugsitzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindel mit ihrem axial gelagerten Ende mit dem Sitz verbunden ist und die außeraxiale Anlenkung direkt oder indirekt am Kraftfahrzeugboden erfolgt.

10. Getriebe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch eine Spindel (5) mit selbsthemmendem Gewinde.

11. Getriebe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das von der Spindel (5) beidseitig zu durchragende Verstellgehäuse (4) versetzt zur Spindel (5) ein Lagerauge (15) besitzt, über das die Verbindung mit dem feststehenden Teil (1) erfolgt.

12. Getriebe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Lagerauge (15) sich durch das Gehäuse (4) un­ terhalb der Spindel (5) und senkrecht zu deren Längs­ achse erstreckt.