DE19906268A1 - Vorrichtung zur elektrischen Verriegelung der Lenkspindel einer Lenkeinrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elektrischen Verriegelung der Lenkspindel (2; 31) eines Kraftfahrzeuges mit einem Gehäuse (4) sowie einem in dem Gehäuse angeordneten ersten Elektromotor (5) mit nachgeschaltetem Stellantrieb (6) zur Verschiebung eines von seiner Ent- in eine Verriegelungsstellung verschiebbar angeordneten Sperrelementes (7; 36). DOLLAR A Um einerseits kurze Entriegelungszeiten des Sperrelementes (7; 36) und andererseits einen raumsparenden Aufbau der Vorrichtung (1) zu erreichen, schlägt die Erfindung vor, als Stellantrieb (6) einen Spindelantrieb zu verwenden, wobei auf der Gewindespindel (8) ein linear verschiebbarer Mitnehmer (11) mit Innengewinde (12) angeordnet ist, welches in das Gewinde (13) der Gewindespindel (8) eingreift und auf seiner der Gewindespindel (8) abgewandten Seite eine Aufnahme (14) für das Sperrelement (7; 36) aufweist. Außerdem umfaßt die Vorrichtung (1) ein mit dem Gehäuse (4) lösbar verbundenes Adapterteil (15), welches ebenfalls mit der Lenkeinrichtung verbindbar und derart ausgebildet ist, daß es bei einer gewaltsamen Verdrehung der Lenkspindel (2; 31) im verriegelten Zustand des Sperrelementes (7; 36) die auf dieses Element wirkenden Kräfte aufnimmt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elektrischen Verriegelung der Lenkspindel einer Lenkeinrichtung eines Kraftfahrzeuges.

Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der DE 197 19 343 C1 bekannt. Diese bekannte Vorrichtung umfaßt einen in einem Gehäuse angeordneten Elektromotor mit nachgeschaltetem Stellantrieb zur Verschiebung eines Sperrelementes von sei­ ner Ver- in seine Entriegelungsstellung und umgekehrt, wobei das Sperrelement in seiner Verriegelungsstellung in die durch benachbarte Zähne gebildete Ausnehmung eines an der Lenkspin­ del befestigten Zahnkranzes eingreift und damit die Lenkspin­ del blockiert. Als Stellantrieb zur Verschiebung des Sperr­ elementes wird bei der bekannten Vorrichtung ein Nockenan­ trieb verwendet.

Als nachteilig hat sich bei dieser bekannten Vorrichtung er­ wiesen, daß die Verwendung des Nockenantriebes mit relativ langen Ver- bzw. Entriegelungszeiten verbunden ist.

Aus der DE 37 39 172 C1 ist ferner eine Vorrichtung zur Ver­ schiebung eines Sperrelementes bekannt, bei der ein nicht im einzelnen dargestellter Elektromotor ein Schneckenrad an­ treibt, welches in die Zähne des teilweise als Zahnstange ausgebildeten Sperrelementes eingreift.

Nachteilig bei dieser Vorrichtung ist unter anderem, daß für die erforderliche Verschiebung des Sperrelementes ein relativ starker Elektromotor erforderlich ist, der einen entsprechend großen Bauraum benötigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art anzugeben, mit der einerseits kurze Entriegelungszeiten des. Sperrelementes erreichbar sind und die andererseits sehr raumsparend aufgebaut ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere, besonders vorteilhafte Ausge­ staltungen der Erfindung offenbaren die Unteransprüche.

Die Erfindung beruht im wesentlichen auf dem Gedanken, als Stellantrieb einen Spindelantrieb zu verwenden, wobei auf der Gewindespindel ein linear verschiebbarer Mitnehmer mit Innen­ gewinde angeordnet ist, welches in das Gewinde der Gewinde­ spindel eingreift und auf seiner der Gewindespindel abgewand­ ten Seite eine Aufnahme für das Sperrelement aufweist. Außer­ dem umfaßt die Vorrichtung zur Führung des Sperrelementes ein mit dem Gehäuse verbundenes Adapterteil, welches ebenfalls mit der Lenkeinrichtung verbindbar ist. Das Adapterteil ist derart ausgebildet, daß es bei einer gewaltsamen Verdrehung der Lenkspindel im verriegelten Zustand des Sperrelementes die auf dieses Element wirkenden Kräfte aufnimmt, so daß eine Beschädigung des Spindelantriebes sowie des Elektromotors sicher vermieden wird.

Um den Verriegelungsmechanismus in definierte Endlagen zu bewegen, werden Endanschläge für den Mitnehmer oder das Sperrelement vorgesehen. Der Antrieb durch den Elektromotor wird zu diesem Zweck über einen längeren Zeitraum aktiviert, als dies für den Ent- oder Verriegelungsvorgang erforderlich ist. Die Abschaltung des Elektromotors erfolgt nach diesem Zeitraum über eine elektronische Schaltungsvorrichtung, so daß - anders als bei bekannten Vorrichtungen - Endlagensensoren eingespart werden können.

Um eine übermäßige Bauteilbeanspruchung beim Anschlagen des Mitnehmers in den Endlagen zu vermeiden, wird die Gewinde­ spindel vorteilhafterweise axial elastisch über Federn, vor­ zugsweise Tellerfedern, gegen das Gehäuse der erfindungsge­ mäßen Vorrichtung abgestützt. Wenn die Bewegung des Mitneh­ mers in den Endanschlägen blockiert ist, kann die Gewinde­ spindel noch weiter drehen und komprimiert dabei die Teller­ federn. Dadurch wird der durch Massenträgheiten des Mechanis­ mus erzeugte Kraftüberschuß herabgesetzt und platzaufwendige Rutschkupplungen oder lange Gewindespindeln mit Torsionsstab­ wirkung können entfallen.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfin­ dung ist das Sperrelement seitlich mit einer Ausnehmung ver­ sehen, in welche zu seiner Fixierung in der entriegelten Stellung ein Sicherungshebel mittels einer vorgespannten Feder einschwenkbar angeordnet ist. Um das Sperrelement von der Ent- in die Verriegelungsstellung zu verschieben, wird zunächst der Sicherungshebel mittels eines zweiten Elektro­ motors oder mittels eines von der Gewindespindel angesteuer­ ten Welle aus der Ausnehmung herausgeschwenkt.

Vorzugsweise ist das Adapterteil austauschbar an dem Gehäuse und das Sperrelement an der Aufnahme des Mitnehmers angeord­ net, so daß die erfindungsgemäße Vorrichtung lediglich durch Austausch dieser Teile auf einfache Weise an die Lenkeinrich­ tungen unterschiedlicher Fahrzeughersteller angepaßt werden kann.

Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn das Sperrelement, in Richtung der Längsachse der Lenkspindel gesehen, aus zwei hintereinander angeordneten federbeaufschlagten Sperrbolzen besteht. Denn während bei der Verwendung eines Sperrelementes mit nur einem Sperrbolzen dieser bei seiner Verschiebung in die Verriegelungsstellung zunächst häufig gegen einen Zahn des auf der Lenkspindel angeordneten Zahnkranzes stößt, so daß zur Verriegelung der Lenkspindel diese zusätzlich ver­ dreht werden muß, kann bei Verwendung von zwei Sperrbolzen sichergestellt werden, daß einer der beiden Sperrbolzen stets in die durch benachbarte Zähne definierte Ausnehmungen eines Zahnkranzes eingreift. Sind die Sperrbolzen dabei in axialer Richtung der Lenkspindel hintereinander angeordnet, muß allerdings jedem Sperrbolzen ein eigener Zahnkranz (bzw. Zahnkranzbereich) zugeordnet werden, wobei die beiden Zahn­ kränze (bzw. Zahnkranzbereiche) dann gegeneinander verdreht auf der Lenkspindel angeordnet sind.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den folgenden anhand von Figuren erläuterten Ausführungs­ beispielen. Es zeigen:

Fig. 1 den Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrich­ tung mit einem mittels eines Spindelantriebes ver­ schiebbaren Sperrelement, welches sich in seiner Entriegelungsstellung befindet;

Fig. 2 eine Fig. 1 entsprechende Ansicht, wobei das Sperrelement durch einen federbeaufschlagten schwenkbaren Sicherungshebel in seiner Entriegelungs­ stellung fixiert wird und der Sicherungshebel mittels eines Elektromotors verschwenkbar ist;

Fig. 3 eine Fig. 2 entsprechende Ansicht, wobei der federbeauf­ schlagte Sicherungshebel mittels einer mit dem Antrieb des Sperrelementes verbundenen Welle verschwenkbar ist;

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines weiteren Ausfüh­ rungsbeispiels der Erfindung, bei der das Sperrelement aus zwei hintereinander angeordneten Sperrbolzen be­ steht;

Fig. 5 eine Seitenansicht des Verbindungsbereiches zwischen dem Spindelantrieb und dem in Fig. 4 verwendeten Sperr­ element.

In Fig. 1 ist mit 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur elektrischen Verriegelung einer mit 2 angedeuteten Lenkspin­ del eines Kraftfahrzeuges mit einem Zahnkranz 3 bezeichnet.

Die Vorrichtung 1 umfaßt ein Gehäuse 4 sowie einen in dem Gehäuse angeordneten ersten Elektromotor 5 mit nachgeschal­ tetem Spindelantrieb 6. Dieser verschiebt ein federbeauf­ schlagtes Sperrelement 7 von der in Fig. 1 dargestellten Ent­ riegelungsstellung in eine (nicht dargestellte) Verriege­ lungsstellung, bei der das Sperrelement 7 in die durch be­ nachbarte Zähne des Zahnkranzes 3 gebildete Ausnehmung ein­ greift.

Der Spindelantrieb 6 besteht aus einer Gewindespindel 8, die über ein Zahnradgetriebe 9 von dem ersten Elektromotor 5 an­ getrieben wird, und einem in einer Führung gelagerten Mit­ nehmer 11 mit Innengewinde 12, welches in das Gewinde 13 der Gewindespindel 8 eingreift. Der Mitnehmer 11 weist auf seiner dem Sperrelement 7 zugewandten Seite eine Aufnahme 14 auf, über die das Sperrelement 7 auf seiner der Lenkspindel 2 ab­ gewandten Seite mit dem Mitnehmer 11 verbunden ist.

Außerdem umfaßt die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Füh­ rung des Sperrelementes 7 ein mit dem Gehäuse 4 und der Lenk­ einrichtung des Fahrzeuges verbindbares Adapterteil 15, über welches die Vorrichtung 1. an der Lenkeinrichtung. befestigt wird. Das Adapterteil 15 ist derart ausgebildet, daß es bei einer gewaltsamen Verdrehung der Lenkspindel 2 im verriegel­ ten Zustand des Sperrelementes 7 die auf dieses einwirkende Kräfte aufnimmt. Die Befestigung des Adapterteiles 15 an der Lenkeinrichtung erfolgt z. B. mittels einer Schraube 16 (vgl. auch Fig. 4).

Die Gewindespindel 8 ist auf ihrer dem Mitnehmer 11 abgewand­ ten Seite axial elastisch über Tellerfedern 17 gegen das Ge­ häuse 4 abgestützt, die beidseitig an einem mit der Gewinde­ spindel 8 befestigten Zahnrad 18 des Zahnradgetriebes 9 ange­ ordnet sind, derart, daß die Gewindespindel 8 sich gegen den Druck der Tellerfedern 17 noch weiter dreht (und entsprechend in axialer Richtung verschiebt), wenn der Mitnehmer 11 be­ reits seine Endlage erreicht hat und durch einen entsprechen­ den Endanschlag 19, 20 blockiert ist.

Die Vorrichtung 1 ist ferner mit einer elektronischen Schal­ tungsvorrichtung 21 verbunden, welche die Steuersignale für den ersten Elektromotor 5 erzeugt, und die derart ausgelegt ist, daß nach Aktivierung des Elektromotors 5 ein Abschalten des Motors automatisch nach einem vorgebbaren Zeitraum erfolgt, wobei dieser Zeitraum länger gewählt ist, als es für den Ent- oder Verriegelungsvorgang erforderlich wäre.

Fig. 2 zeigt wiederum die in Fig. 1 dargestellte erfindungsge­ mäße Vorrichtung 1, bei der allerdings zusätzlich zur Fixie­ rung des Sperrelementes 7 in der entriegelten Stellung ein Sicherungshebel 22 vorgesehen ist, der mittels einer vorge­ spannten Drehfeder 23 durch eine Ausnehmung 10 des Adapter­ teiles 15 in eine Ausnehmung 24 des Sperrelementes 7 ein­ schwenkbar angeordnet ist. Um anschließend das Sperrelement 7 von der Ent- in die Verriegelungsstellung verschieben zu kön­ nen, wird zunächst der Sicherungshebel 22 mittels eines zwei­ ten Elektromotors 25 wieder aus der Ausnehmung 24 herausge­ schwenkt und dann mit Hilfe des Spindelantriebes 6 (Fig. 1) verschoben, wobei die Ansteuerung des zweiten Elektromotors wiederum durch die in Fig. 1 dargestellte elektronische Schal­ tungsvorrichtung 21 erfolgen kann.

Zur Lageerkennung des Sicherungshebels 22 ist an diesem ein Magnet 26 und in seiner Nähe innerhalb des Gehäuses 4 ein. Magnetfeldsensor 27 (z. B. ein Hallsensor) angeordnet, der anspricht, sobald sich das Sperrelement 7 in seiner Ent­ riegelungsstellung befindet.

In dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel wird der zur Fixierung des Sperrelementes 7 benötigte Sicherungshebel 22 mechanisch mittels einer Welle 28 aus der Ausnehmung 24 des Sperrelementes 7 herausgeschwenkt. Die Welle 28 wird da­ bei von der Gewindespindel angesteuert und weist hierzu auf ihrer dem Sicherungshebel 22 abgewandten Seite einen Steuer­ nocken 29 auf, welcher sich an einer von der Gewindespindel 8 angetriebenen Steuerkurve 30 abstützt.

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. So kann bei­ spielsweise der Sicherungshebel auch in eine entsprechende Ausnehmung des Mitnehmers eingreifen, um das Sperrelement in seiner Entriegelungsstellung zu fixieren.

Ferner können die Endanschläge des Mitnehmers durch End­ anschläge für das Sperrelement ersetzt werden, wobei der Endanschlag in der Verriegelungsstellung des Sperrelementes z. B. durch den Anschlag des Sperrelementes gegen die Lenk­ spindel definiert wird.

Das Sperrelement kann beispielsweise auch aus zwei in Rich­ tung der Längsachse der Lenkspindel hintereinander angeord­ neten Sperrbolzen bestehen. Ein entsprechendes Ausführungs­ beispiel zeigen die Fig. 4 und 5. Dabei handelt es sich um eine Vorrichtung, wie sie im wesentlichen in Fig. 2 darge­ stellt ist. Die Fig. 2 entsprechenden Teile sind daher in Fig. 4 mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Mit dem Bezugszeichen 31 ist in Fig. 4 eine Lenkspindel gekennzeichnet, auf der ein Zahnkranz 32 angeordnet ist, welcher, in Richtung der Längsachse 33 der Lenkspindel gesehen, zwei Zahnkranzbereiche 34, 35 aufweist, die, in Umfangsrichtung gesehen, gegeneinander versetzt angeordnet sind.

Das Sperrelement 36 der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht aus zwei hintereinander angeordneten federbeaufschlagten Sperrbolzen 37, 38, die in ihrer Verriegelungsstellung je­ weils in einen ihnen zugeordneten Zahnkranzbereich 34, 35 eingreifen.

Zur Verbindung des Sperrelementes 36 ist der Mitnehmer 11 an seinem unteren Ende U-förmig ausgebildet (Fig. 5), wobei die beiden Schenkel 39, 40 jeweils eine Umgriffsleiste 41, 42 aufweisen, derart, daß die Sperrbolzen 37, 38 die Umgriffs­ leisten 41, 42 des Mitnehmers oberseitig umgreifen. Durch diese Ausgestaltung der Aufnahme werden beide Sperrbolzen 37, 38 des Sperrelementes 36 sicher in der Aufnahme gehalten. Die Sperrbolzen 37, 38 des Sperrelementes 36 sind in der Aufnahme des Mitnehmers 11 über zwei Druckfedern 43, 44 in axialer Richtung federnd gelagert.

Bezugszeichenliste

1

Vorrichtung

2

Lenkspindel

3

Zahnkranz

4

Gehäuse

5

erster Elektromotor

6

Spindelantrieb, Stellantrieb

7

Sperrelement

8

Gewindespindel

9

Zahnradgetriebe

10

Ausnehmung (Adapterteil)

11

Mitnehmer

12

Innengewinde

13

Gewinde (Gewindespindel)

14

Aufnahme

15

Adapterteil

16

Schraube

17

Tellerfedern

18

Zahnrad

19

,

20

Endanschläge

21

elektronische Schaltungsvorrichtung

22

Sicherungshebel

23

Drehfeder, Feder

24

Ausnehmung

25

zweiter Elektromotor; Einrichtung

26

Magnet

27

Sensor, Magnetfeldsensor, Hallsensor

28

Welle, Einrichtung

29

Steuernocken

30

Steuerkurve

31

Lenkspindel

32

Zahnkranz

33

Längsachse

34

,

35

Zahnkranzbereiche

36

Sperrelement

37

,

38

Sperrbolzen

39

,

40

Schenkel

41

,

42

Umgriffsleisten

43

,

44

Federn

Claims (12)

1. Vorrichtung zur elektrischen Verriegelung der Lenk­ spindel (2; 31) einer Lenkeinrichtung eines Kraftfahr­ zeuges mit den Merkmalen:

• a) die Vorrichtung (1) umfaßt ein Gehäuse (4) sowie einen in dem Gehäuse angeordneten ersten Elektro­ motor (5) mit nachgeschaltetem Stellantrieb (6) zur Verschiebung eines von seiner Ent- in eine Verrie­ gelungsstellung verschiebbar angeordneten Sperr­ elementes (7; 36);
• b) beidem Stellantrieb (6) handelt es sich um einen Spindelantrieb mit einer über ein Zahnradgetriebe (9) verbundenen Gewindespindel (8) und einem in einer Führung linear verschiebbar gelagerten Mit­ nehmer (11) mit einem Innengewinde (12), welches in das Gewinde (13) der Gewindespindel (8) eingreift;
• c) der Mitnehmer (11) weist auf seiner dem Sperrele­ ment (7; 36) zugewandten Seite eine Aufnahme (14) auf, über die das Sperrelement (7; 36) auf seiner der Lenkspindel (2; 31) abgewandten Seite mit dem Mitnehmer (11) verbindbar ist, und
• d) die Vorrichtung (1) umfaßt zur Führung des Sperr­ elementes (7; 36) ein mit der Lenkeinrichtung des Fahrzeuges verbindbares Adapterteil (15), welches derart ausgebildet ist, daß es bei einer gewalt­ samen Verdrehung der Lenkspindel (2; 31) im ver­ riegelten Zustand des Sperrelementes (7; 36) die auf dieses Teil einwirkende Kräfte aufnimmt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindespindel (8) axial elastisch über Federn (17) gegen das Gehäuse (4) abgestützt ist, so daß die Ge­ windespindel (8) sich gegen den Druck einer der Federn (17) noch weiter drehen kann, wenn der Mitnehmer (11) bereits seine Endlage erreicht hat und durch einen End­ anschlag (19; 20) blockiert ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindespindel (8) auf ihrer dem Mitnehmer (11) ab­ gewandten Seite axial elastisch über Tellerfedern (17) gegen das Gehäuse (4) abgestützt ist, die beidseitig an einem mit der Gewindespindel (8) befestigten Zahnrad (18) angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (1) mit einer elek­ tronischen Schaltungsvorrichtung (21) verbunden ist, welche die Steuersignale für den ersten Elektromotor (5) erzeugt, und die derart ausgelegt ist, daß nach Aktivie­ rung des Elektromotors (5) ein Abschalten des Motors automatisch nach einem vorgebbaren Zeitraum erfolgt, wo­ bei dieser Zeitraum länger gewählt ist, als es für den Ent- oder Verriegelungsvorgang erforderlich wäre.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß das Sperrelement (7; 36) oder der Mitnehmer (11) seitlich eine Ausnehmung (24) enthält,
daß die Vorrichtung (1) einen in dem Gehäuse (4) ange­ ordneten durch eine Feder (23) vorgespannten schwenk­ baren Sicherungshebel (22) umfaßt, derart, daß die Feder (23) den Sicherungshebel (22) in der Entriegelungsstel­ lung des Sperrelementes (7; 36) in die Ausnehmung (24) verschwenkt und das Sperrelement (7; 36) in dieser Stel­ lung fixiert und
daß eine Einrichtung (25; 28) vorgesehen ist, mittels welcher der Sicherungshebel (22) gegen den Druck der Feder (23) vor dem Verschieben des Sperrelementes (7; 36) in seine Verriegelungsstellung aus der Ausnehmung (24) herausschwenkbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Einrichtung (25) zum Verschwenken des Sicherungshebels (22) aus der Ausnehmung (24) des Sperr­ elementes (7; 36) um einen zweiten Elektromotor handelt, der ebenfalls durch die elektronische Schaltungsvorrich­ tung (21) angesteuert wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Einrichtung (28) zum Verschwenken des Sicherungshebels (22) aus der Ausnehmung (24) des Sperr­ elementes (7; 36) um eine mit dem Sicherungshebel (22) verbundene, sich in axialer Richtung der Gewindespindel (8) erstreckende Welle (28) handelt, die auf ihrer dem Sicherungshebel (22) abgewandten Seite einen Steuernocken (29) trägt, welcher sich an einer von der Gewindespindel (8) angetriebenen Steuerkurve (30) abstützt.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Sicherungshebel (22) seitlich von dem Adapterteil (15) angeordnet ist, und daß in der Seitenwand des Adapterteiles (15) eine schlitzförmige Ausnehmung (10) vorgesehen ist, durch welche der Siche­ rungshebel (22) hindurchschwenkbar ist, so daß er in der Entriegelungsstellung des Sperrelementes (7; 36) in die Ausnehmung (24) des Sperrelementes (7; 36) eingreift.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gehäuse (4) der Vorrichtung (1) zur Überwachung der Lage des Sicherungshebels (22) mindestens ein Sensor (27) angeordnet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Sensor (27) um einen Hallsensor handelt.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Adapterteil (15) austauschbar an dem Gehäuse (4) der Vorrichtung (1) angeordnet ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrelement (36), in Richtung der Längsachse (33) der Lenkspindel (31) gesehen, aus zwei hintereinander angeordneten federbeaufschlagten Sperrbolzen (37, 38) besteht.