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Die Erfindung betrifft einstellbare Lenksäulenanordnungen, die in Eingriff befindliche Zähne zum formschlüssigen Verriegeln des Lenkrads in verschiedenen Auf/Ab-(Höhen-) und/oder Hinein/Heraus-(Tiefen-)Stellungen verwenden.
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Der Stand der Technik kennt Lenksäulenanordnungen, die einen Klemmmechanismus umfassen, der im verriegelten Zustand ausschließlich auf Reibung beruht, um eine unerwünschte Bewegung der Lenksäulenanordnung zu verhindern. Der Klemmmechanismus kann durch Bewegen eines Verriegelungshebels oder manchmal elektrisch mit einem Motor oder möglicherweise hydraulisch oder pneumatisch ent- und verriegelt werden. Diese Säulen können typischerweise auf das Lenkrad einwirkenden radialen und/oder axialen Kräften von 600 N widerstehen, bevor Schlupf auftritt.
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Es besteht jedoch zunehmend die Anforderung von Fahrzeugherstellern, dass keine wesentliche Bewegung der Lenksäulenanordnung auftreten sollte, wenn Kräfte von bis zu 6000 N oder 9000 N oder mehr einwirken. Dadurch sollen unerwünschte Bewegungen des Lenkrads bei einem Unfall verhindert werden, so dass das Aufblasen des Airbags perfekt gesteuert wird.
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Hierzu ist Reibung allein oft unzureichend, da erhebliche Klemmkräfte erforderlich wären, um dies zu erreichen. Es ist ein Verfahren mit Formschlüssigkeit erforderlich. Typischerweise beinhaltet dies die Verwendung von ineinander eingreifenden Zähnen.
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Die Art formschlüssiger Säule, die Reihen von in Eingriff befindlichen Zähnen verwendet, weist insofern ein wohlbekanntes Problem auf, falls vor der Betätigung des Verriegelungshebels durch den Fahrer die gewählte Lenkradstellung zu einem exakten Fluchten der Spitzen einer Zahnreihe mit denen der Zahngruppe, in die sie eingreifen soll, führt. Der Eingriff der Zähne während des Klemmens wird dadurch blockiert und wenn zu viel Kraft vom Fahrer auf den Klemmhebel ausgeübt wird, um ihn dazu zu zwingen, seinen Weg abzuschließen, kann ein dauerhafter Schaden an den Spitzen der Zähne oder am Klemmmechanismus erzeugt werden. Zumindest erfordert ein solcher Zahn-auf-Zahn-Zustand, dass der Fahrer bewusst den Hebel wieder lösen, eine etwas andere Lenkradstellung finden und anschließend den Hebel wieder verriegeln muss.
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Wenn keine speziellen Mittel zum Lösen dieses Problems vorhanden sind, so wird dies vermutlich bei 10 bis 20 % aller Einstellvorgänge auftreten. Dies ist unerwünscht.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht im Bereitstellen einer Lenksäulenanordnung mit einem Klemmmechanismus, der wenigstens teilweise dieses Zahn-auf-Zahn-Problem behebt.
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Demgemäß stellt die Erfindung eine einstellbare Lenksäulenanordnung bereit, die eine einstellbare Verkleidung, die eine Lenksäulenwelle stützt, eine Stützhalterung, die in dem Fahrzeug in Position fixiert ist, und einen Klemmmechanismus umfasst, der die Verkleidung selektiv an der Stützhalterung sichert, wobei der Klemmmechanismus eine feststehende Zahnstange, die an der Verkleidung oder der Halterung befestigt ist, und eine sich bewegende Zahnstange umfasst, die während des Betriebs des Klemmmechanismus zur feststehenden Zahnstange hin und davon weg beweglich ist, wobei die Zähne der sich bewegenden Zahnstange in einer ersten Nichtklemmstellung von den Zähnen der feststehenden Zahnstange beabstandet sind und die Zähne der sich bewegenden Zahnstange beim Bewegen in eine zweite Klemmstellung zur feststehenden Zahnstange hin bewegt werden, so dass in einem normalen Nicht-Zahn-auf-Zahn-Zustand die Zähne der feststehenden Zahnstange mit den Zähnen der sich bewegenden Zahnstange in Eingriff stehen, wodurch wahlweise eine gewisse Relativbewegung zwischen der Verkleidung und der Halterung gestattet wird, die während einer Höhen- und/oder Neigungseinstellung der Lenksäulenanordnung erforderlich ist, wobei:
- die feststehende Zahnstange einen Stützabschnitt und mindestens eine Reihe Zähne, die von dem Stützabschnitt in voneinander beabstandeter Anordnung getragen werden, umfasst,
- die bewegliche Zahnstange einen Stützabschnitt und mindestens eine Reihe Zähne, die von dem Stützabschnitt getragen werden, umfasst;
- und dadurch gekennzeichnet, dass der Stützabschnitt und/oder die Zähne der feststehenden Zahnstange elastisch flexibel sind, so dass im Falle des Bewegens von der ersten in die zweite Stellung, wobei es zu einer Zahn-auf-Zahn-Situation kommt, die Zähne des sich bewegenden Blocks die Zähne des festen Blocks in der Bewegungsrichtung der sich bewegenden Zahnstange verschieben, so dass die Zähne der sich bewegenden Zahnstange den Bereich einnehmen können, der ansonsten von den Zähnen der feststehenden Zahnstange eingenommen würde, wobei die Zähne der feststehenden Zahnstange bis zu einer nachfolgenden Verschiebung der Verkleidung relativ zur Halterung in dieser Stellung gehalten werden, wobei die Zähne der feststehenden Zahnstange zu diesem Zeitpunkt die Zähne der sich bewegenden Zahnstange weg bewegen und sich in Eingriff mit den Zähnen der sich bewegenden Zahnstange bewegen.
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Weil sich die feststehende Zahnstange in einem Zahn-auf-Zahn-Zustand elastisch und flexibel aus dem Weg bewegen kann, können die sich bewegenden Zähne immer die richtige zweite Position erreichen, wenn der Klemmmechanismus verriegelt ist, selbst wenn ein Zahn-auf-Zahn-Zustand vorliegt. Wenn sich die Zähne der feststehenden Zahnstange nicht auf diese Weise bewegen könnten, würde der Fahrer daran gehindert werden, den Mechanismus vollständig zu klemmen, oder es könnte ein dauerhafter Schaden an der Lenkanordnung bewirkt werden.
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Unter Zahn-auf-Zahn-Zustand ist eine Situation zu verstehen, in der die Zähne der feststehenden Zahnstange und die Zähne der sich bewegenden Zahnstange so ausgerichtet sind, dass sie nicht miteinander in Eingriff gelangen, sondern stattdessen kollidieren, üblicherweise Spitze auf Spitze. Ein Nicht-Zahn-auf-Zahn-Zustand wiederum ist ein Zustand, in dem die Zähne der sich bewegenden Zahnstange sich in Eingriff mit den Zähnen der feststehenden Zahnstange bewegen, weil die Spitzen der Zähne nicht miteinander fluchten.
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Die feststehende Zahnstange kann auf einer Basisplatte gestützt werden, die an der Verkleidung oder der Halterung fixiert ist, und die feststehende Zahnstange kann einen Stützabschnitt, der mit der Basisplatte in Eingriff steht, und einen Eingriffsteil, der die Zahnstange trägt, umfassen. Die Basisplatte kann integral mit der Stützhalterung oder der Verkleidung ausgebildet sein.
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Die Basisplatte kann ein Positionierungsmerkmal umfassen, das einen Teil der feststehenden Zahnstange bezüglich der Basisplatte sicher positioniert.
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Die feststehende Zahnstange kann einen Stützabschnitt umfassen, der mit mindestens einer Reihe von Zähnen durch einen oder mehrere flexible Arme verbunden sein kann, wobei die Flexibilität der feststehenden Zahnstange hauptsächlich durch die Flexibilität des Arms oder jedes der Arme bereitgestellt wird. Das Verformen der Arme beim Biegen ermöglicht den Zähnen, sich in einem Zahn-auf-Zahn-Zustand gemeinsam als eine Einheit zu bewegen.
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Jeder Arm kann als eine Blattfeder wirken, die beim Biegen Energie speichert, welche nachfolgend freigesetzt wird, um zu bewirken, dass die feste und die sich bewegende Zahnstange miteinander in Eingriff gelangen, während sich die Verkleidung aus dem Zahn-auf-Zahn-Zustand bewegt, beispielsweise im Falle eines Unfalls.
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Der Stützabschnitt, der Eingriffsabschnitt und die Zähne der feststehenden Zahnstange können aus einem einzigen Bauteil gebildet sein, wobei die Zähne im Ruhezustand vom Stützteil beabstandet und in der Lage sind, sich elastisch zum Stützteil hin zu verbiegen.
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Die Basisplatte kann eine allgemein ebene Fläche aufweisen und die feststehende Zahnstange kann die Zähne in einer von der Basisplatte beabstandeten Stellung stützen, wenn sich der Klemmmechanismus in der ersten Stellung befindet. Dies kann durch geeignete Wahl der Form des Eingriffsteils der feststehenden Zahnstange oder der Form der Zähne erzielt werden. In jedem Fall müssen sich die Zähne zum Basisteil hin, wenn eine Zahn-auf-Zahn-Situation auftritt, um ein ausreichendes Maß verbiegen können, um den Zähnen der sich bewegenden Zahnstange zu ermöglichen, die zweite Stellung einzunehmen.
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Beispielsweise kann in einer Anordnung die feststehende Zahnstange Zähne umfassen, die in einer entspannten Stellung aus der Ebene eines Stützteils versetzt sind, das sich in Eingriff mit der Basisplatte befindet.
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Gemäß einer Alternative kann die Basisplatte nicht planar, beispielsweise bogenförmig, sein, um den erforderlichen Abstand zwischen der Basisplatte und den Zähnen der feststehenden Zahnstange zu gewährleisten.
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Die Zahnreihe kann sich somit bezüglich des Basisteils als ein Stück bewegen, beispielsweise aufgrund des Biegens der Arme, die sie stützen.
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Gemäß einer Alternative kann jeder Zahn der mindestens einen Zahnreihe frei sein, sich unabhängig bezüglich des Basisteils zu bewegen. Sie können jeweils unabhängig durch einen flexiblen Fuß an einer Stelle mit Abstand zur Basisplatte abgestützt sein, wenn sich der Klemmmechanismus in der ersten, nicht geklemmten Stellung befindet.
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In einer praktischen Anordnung können die feststehende Zahnstange und die sich bewegende Zahnstange jeweils zwei Längszahnreihen umfassen, die einen Abstand zueinander aufweisen und vorzugsweise parallel zueinander verlaufen. Ein Längsschlitz kann zwischen den zwei Reihen angeordnet sein und der Klemmmechanismus kann einen Klemmstift umfassen, der durch den Schlitz ragt. Ein ähnlicher Schlitz kann in der Stützhalterung und/oder der Verkleidung angeordnet sein, durch den der Klemmstift ragt.
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Wenn ein Klemmstift vorhanden ist, kann sich die sich bewegende Zahnstange längs bezüglich der Achse des Klemmstifts bewegen. Sie kann am Klemmstift befestigt sein und sich mit dem Klemmstift zwischen erster und zweiter Stellung bewegen. Alternativ kann sie frei längs dem Klemmstift zur Bewegung zwischen erster und zweiter Stellung gleiten.
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Die zwei Reihen Zähne der feststehenden Zahnstange können durch zwei flexible Arme, einer an jedem Ende der Reihen, miteinander verbunden sein, wobei der Schlitz, wenn vorhanden, zwischen den Reihen und den Armen positioniert ist.
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Die Arme können bogenförmig sein und ein mittiger Abschnitt kann mittig zwischen den Reihen an der Basisplatte der Stützhalterung oder der Verkleidung fixiert sein, so dass die Zähne von der Basisplatte beabstandet gehalten werden.
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Die flexiblen Arme können zum Bewirken einer kleinen Bewegung parallel zur Achse der Zahnstange, wenn die Arme gebogen werden, ausgebildet sein.
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Die feststehende Zahnstange kann eine Metallplatte mit dem Schlitz in der Mitte der Platte ausgebildet umfassen, wobei zwei gegenüberliegende Seiten des Schlitzes zum Bilden der Zahnreihen geformt sind und die Enden der Platte, welche die Seiten mit den Zähnen verbinden, die Verbindungsarme bilden.
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Die Zahnreihen von feststehender und sich bewegender Zahnstange können sich in einer Richtung parallel zu einer Richtung der gewünschten Bewegung der Verkleidung erstrecken, wenn der Klemmmechanismus der Lenksäulenanordnung gelöst ist. Wenn die Verkleidung tiefenverstellbar ist, können sich die Zahnreihen somit im Wesentlichen parallel zur Achse der Lenkwelle erstrecken. Wenn sie höhenverstellbar ist, können sich die Zahnreihen im Wesentlichen parallel zur Ortskurve der Bewegung der Klemme erstrecken und können sich im Wesentlichen senkrecht zur Achse der Lenkwelle und im Wesentlichen vertikal erstrecken.
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Wenn die Verkleidung in der Höhe verstellt wird, bewegt sich die sich bewegende Zahnstange in einer Richtung parallel zu den Zahnreihen. Wenn die Verkleidung in der Tiefe verstellt wird, bewegen sich die Zähne der sich bewegenden Zahnstange (falls an der Verkleidung befestigt) in einer Richtung parallel zu den Zahnreihen.
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Die Spitzen der Zähne der feststehenden Zahnstange können im Wesentlichen zu den Spitzen der Zähne der sich bewegenden Zahnstange zeigen, wobei sie in einem Zahn-auf-Zahn-Zustand genau fluchten und andernfalls versetzt sind.
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Alternativ können, wenn jede Zahnstange zwei zueinander beabstandete Reihen umfasst, die Spitzen der Zähne einer Reihe der festen oder sich bewegenden Zahnstange der gegenüberliegenden Reihe zugewandt sein, während die Spitzen der Zähne der anderen, festen oder sich bewegenden Zahnstange von der gegenüberliegenden Reihe abgewandt sein können. In dieser Anordnung sind die Seiten der Zähne der feststehenden Zahnstange im Zahn-auf-Zahn-Zustand genau den Seiten der Zähne der sich bewegenden Zahnstange zugewandt und andernfalls versetzt.
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In jedem Fall stehen im zweiten Zustand und Eingriff die Flanken der festen und sich bewegenden Zahnstange in Wechselwirkung, um die erforderliche Formschlüssigkeit zu erzielen.
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Am besten liegt wenigstens in der ersten nicht geklemmten Stellung jede der feststehenden Zahnreihen in einer gemeinsamen Ebene und die sich bewegenden Zahnreihen liegen ebenfalls in einer gemeinsamen Ebene.
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Die Zähne der Zahnreihen können alle die gleiche Teilung aufweisen (Abstand von der Spitze eines Zahns zur Spitze eines angrenzenden Zahns). Sie können alle die gleiche Zahnhöhe aufweisen (gemessen vom Hals zur Spitze), so dass sie voll ineinander eingreifen können.
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Die sich bewegende Zahnstange kann einen Block umfassen, der einen Längsschlitz umfasst, durch den eine Klemmschraube ragt, wobei die Klemmschraube ebenfalls durch einen Längsschlitz in der feststehenden Zahnstange ragt. Der Schlitz im Klemmblock kann langgestreckt in einer Richtung 90 Grad zur Richtung sein, in der sich der Schlitz in der feststehenden Zahnstange erstreckt. Die Länge des Längsschlitzes im Klemmblock kann so ausgewählt werden, dass sie der maximal erforderlichen seitlichen Bewegung des sich bewegenden Abschnitts zum Ermöglichen des Verhinderns einer Zahn-auf-Zahn-Situation entspricht. Diese kann der Zahnhöhe entsprechen, wenn der Abstand wie zuvor beschrieben gegeben ist.
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Der Schlitz in der feststehenden Zahnstange kann mindestens so lang sein wie die erforderliche Bewegung von erstem und zweitem Abschnitt zueinander bei einer Höhen- und/oder Tiefeneinstellung.
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Der Schlitz in der feststehenden Zahnstange kann zwischen den zwei feststehenden Zahnreihen der feststehenden Zahnstange liegen.
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Jede der Zahnreihen kann eine lineare Zahnstange mit 2, 3, 4 oder mehr Zähnen umfassen. Die Zahnreihen der sich bewegenden Zahnstange müssen aber nicht linear sein. Beispielsweise können die zwei Zahnreihen des sich bewegenden Abschnitts Zähne auf gegenüberliegenden Seiten eines Zahnrads umfassen, dessen Durchmesser den Abstand zwischen den sich bewegenden Reihen bestimmt.
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Die Zähne können sägezahnförmige Zähne oder dreieckförmige Zähne oder kreisbogenförmige Zähne oder eine Mischung umfassen.
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Die sich bewegende Zahnstange kann zwischen erster und zweiter Stellung durch einen Nockenmechanismus, der an der Klemmschraube (falls vorhanden) angeordnet sein kann, einen festen Kopf an einem Ende der Schraube, der eine Reaktionsfläche bereitstellt, und eine Rückholfeder, die den Nockenmechanismus zur Stützhalterung hin spannt, bewegt werden.
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Die feststehende Zahnstange kann an der Stützhalterung befestigt sein oder ein Teil derselben sein, die bezüglich eines Verkleidungsabschnitts der Lenksäulenanordnung befestigt ist. Der Klemmstift, falls vorhanden, kann einen Teil einer Stützhalterung umfassen oder an dieser befestigt sein, die in einer Stellung bezüglich des Körpers des Fahrzeugs, in das die Lenkanordnung eingebaut ist, befestigt ist. Da der Klemmstift die Bewegung der sich bewegenden Zahnstange steuert, kann die sich bewegende Zahnstange daher als in einer Richtung bezüglich der Stützhalterung befestigt betrachtet werden.
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Der Verkleidungsabschnitt kann eine Tiefenverriegelungshalterung oder Schiene umfassen und kann einen Längsschlitz umfassen, durch den die Klemmschraube (falls vorhanden) ragt, der mit den Zähnen der feststehenden Zahnstange ausgerichtet ist und ebenfalls mit einer Bewegungsrichtung des Verkleidungsabschnitts zur Tiefeneinstellung ausgerichtet ist.
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Die Stützhalterung kann eine Höhenverriegelungshalterung umfassen und kann einen Schlitz umfassen, durch die Klemmschraube (falls vorhanden) ragt, der mit der Bewegungsrichtung des Verkleidungsabschnitts zur Höheneinstellung ausgerichtet ist.
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Die Verkleidung kann einen im Wesentlichen horizontalen Schlitz umfassen und die Höhenhalterung einen im Wesentlichen vertikalen Schlitz.
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Die Erfindung kann zwei feststehende Zahnstangen und zwei sich bewegende Zahnstange bereitstellen, wobei eine feststehende Zahnstange an der Verkleidung befestigt ist und die andere an der Stützhalterung.
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Wenn ein Klemmstift vorhanden ist, können beide sich bewegende Zahnstangen einen Längsschlitz umfassen, durch den der Klemmstift ragt, wobei der Längsschlitz die erforderliche seitliche Bewegung der zwei sich bewegenden Zahnstangen ermöglicht.
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Die Verkleidung kann eine obere rohrförmige Verkleidung umfassen, die sich teleskopisch bezüglich eines unteren Rohrabschnitts bewegen kann. Die feststehende Zahnstange kann an dem oberen rohrförmigen Abschnitt befestigt sein. In diesem Fall verriegelt die Klemmanordnung den oberen und unteren Abschnitt miteinander, um die Tiefeneinstellung zu steuern. Alternativ kann die feststehende Zahnstange an der unteren rohrförmigen Verkleidung befestigt sein.
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Wenn die Lenkanordnung zwei feststehende Zahnstangen und zwei sich bewegende Zahnstangen umfasst, können feste und sich bewegende Zahnstangen wie vorstehend definiert ausgebildet sein, wobei eine oder beide feststehende Zahnstangen flexibel sind, um Schäden in einem Zahn-auf-Zahn-Zustand zu vermeiden.
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Eine der feststehenden und sich bewegenden Zahnstangen kann Formschlüssigkeit von erstem und zweitem Abschnitt der Lenkanordnung (beispielsweise für die Höhe) herstellen, wobei die andere feststehende Zahnstange und sich bewegende Zahnstange Formschlüssigkeit des ersten Abschnitts zum dritten Abschnitt der Lenkanordnung herstellt (beispielsweise für die Tiefe).
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Die Zahnstangen an jeder der zwei sich bewegenden Zahnstangen können in einem Winkel von etwa 90 Grad zueinander angeordnet sein. Die Zähne der zwei feststehenden Zahnstangen können ebenfalls einen Winkel von 90 Grad zueinander aufweisen, um sich an die entsprechenden sich bewegenden Zahnstangen anzupassen. Wenn beispielsweise die Bewegungsrichtung für die Tiefe horizontal und für die Neigung vertikal ist, können sich die Zähne von einem feststehenden / sich bewegenden Zahnstangenpaar vertikal und die anderen horizontal erstrecken.
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Nachfolgend ist rein beispielhaft eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
- 1 zeigt eine isometrische Ansicht eines Teils einer Ausführungsform einer Lenkanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung.
- 2 zeigt eine Ansicht des gestuften Blocks, der die erste und zweite sich bewegende Zahnstange des Klemmmechanismus der Lenkanordnung aus 1 definiert.
- 3 zeigt eine Draufsicht und eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform einer feststehenden Zahnstange.
- 4 zeigt die Zahnstange aus 3 in entsprechender Stellung.
- 5 zeigt eine Draufsicht und eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform einer feststehenden Zahnstange.
- 6 zeigt eine alternative, dritte Anordnung einer feststehenden Zahnstange.
- 7 zeigt die zweite Ausführungsform der feststehenden Zahnstange in ihrer Benutzungsstellung.
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Wie in 1 der beigefügten Zeichnungen dargestellt umfasst eine Säulenanordnung 100 der Doppeleinstellausführung eine rohrförmige Verkleidung mit einem unteren Abschnitt 1 und einem oberen Abschnitt 2, die zueinander teleskopierbar sind, um eine Tiefeneinstellung zu ermöglichen, und die beide in einem Bogen um eine Drehpunktachse (nicht dargestellt, aber links von der Anordnung angeordnet wie in 1 dargestellt) bewegt werden können, um eine Höheneinstellung zu ermöglichen. Der Teleskopmechanismus ermöglicht das Einstellen der Tiefenstellung durch den Fahrer und ermöglicht ebenfalls der Verkleidung, sich kontrolliert vorwärts zu bewegen, wenn der Fahrer bei einem Unfall auf das Lenkrad (nicht dargestellt) prallt. Die rohrförmige Verkleidung stützt eine Lenkradwelle 3 mittels einer Lagerbaugruppe. Das in der Figur rechts dargestellte Ende kann mit einem Lenkrad des Fahrzeugs verbunden sein.
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Oberer und unterer Verkleidungsabschnitt 2, 1 sind in Position durch einen lösbaren Klemmmechanismus fixiert, der von einem Verriegelungshebel 4 betätigt wird, der von einem Fahrer ergriffen werden kann. In einer gelösten (entriegelten, nicht geklemmten) Stellung kann sich der obere Verkleidungsabschnitt 2 teleskopisch frei entlang des unteren Verkleidungsabschnitts 1 bewegen. In der voll in Eingriff befindlichen (verriegelten, geklemmten) Stellung fixiert der Klemmmechanismus den oberen Verkleidungsabschnitt 2 an einer Stützhalterung 5 durch Formschlüssigkeit von in Eingriff befindlichen Zähnen, so dass sich die Verkleidungsabschnitte nicht mehr teleskopisch bewegen können. Dieser teleskopische Gleitvorgang ermöglicht das Ändern der Axial- oder Tiefenstellung des Lenkrads.
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Der untere Verkleidungsabschnitt 1 wird vom Fahrzeug um eine Querachse gedreht (als Höhendrehachse bezeichnet). Die Drehung der Anordnung umfassend beide Verkleidungen auf einer vertikalen Ebene bewirkt eine Änderung der Höheneinstellung des Lenkrads. Alternativ kann sie an einer elektrischen Servolenkvorrichtung befestigt sein, die selbst zur Fahrzeugstruktur an der Höhendrehachse gedreht wird.
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Die Stützhalterung 5 ist an einem festen Teil des Fahrzeugs befestigt, typischerweise an einem hinter dem Armaturenbrett des Fahrzeugs angeordneten Querträger. In dieser Ausführungsform umfasst die Stützhalterung 5 eine Halterung in umgekehrter U-Form, die zwei Arme 5a, 5b aufweist, die sich an beiden Seiten der Verkleidung in dem Bereich erstrecken, in dem obere und untere rohrförmige Verkleidung 2, 1 überlappen. Die Stützhalterung 5 trägt dazu bei, dass ein seitliches Bewegen der Lenksäule unter Last verhindert wird. In der verriegelten Stellung verriegelt die Klemmanordnung oberen und unteren Verkleidungsabschnitt in Stellung zwischen den Armen dieser Halterung, um eine Änderung der Höhe zu verhindern.
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Die Stützhalterung 5 ist mit einer Montagehalterung (nicht dargestellt) und anschließend mit einem Teil der Fahrzeugkarosserie verschraubt, optional mit zusätzlichen Schmelzverbindungen (ebenfalls nicht dargestellt), die zwischen Montagehalterung und Stützhalterung 5 wirken und sich bei einem Unfall durch die Aufprallkraft des auf das Lenkrad prallenden Fahrers lösen. Die Stützhalterung gleitet dann im Fahrzeug bezüglich der Montagehalterung nach vorne.
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Der Klemmmechanismus ist so gestaltet, dass der eine Hebel 4 gleichzeitig den oberen Verkleidungsabschnitt 2 zum unteren Verkleidungsabschnitt 1 und die Stützhalterung 5 bezüglich Höhen- und Tiefenrichtung löst oder verriegelt. Das Klemmsystem umfasst einen Klemmstift 6, der durch einen vertikalen Schlitz 7 in jedem Arm der festen Stützhalterung (die wie zuvor beschrieben über die Montagehalterung an der Fahrzeugstruktur befestigt ist) und einen horizontalen Schlitz 8 in einem Flansch einer Schiene 9 ragt, die am oberen Verkleidungsabschnitt 2 befestigt ist oder anderweitig einen integralen Teil desselben bildet.
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Eine Stellmutter 10 ist an einem Ende des Klemmstifts angeordnet und ein rautenförmiger oder sechseckiger Abschnittskopf 10a am anderen. Obgleich dies in allen betrachteten Ausführungsformen nicht wesentlich ist, ist es ebenfalls zweckmäßig, das Drehen des Klemmstifts 6 zu verhindern, um die Stellmutter 10 während der Herstellung einzustellen, ohne den Klemmstift vorübergehend klemmen zu müssen.
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Ein Nockenmechanismus 11, 12 ist am Klemmstift 6 zwischen der Mutter 9 und der Außenfläche eines der Arme der Stützhalterung 5 angeordnet. Der Nockenmechanismus umfasst ein Paar zugewandter Kurven oder ähnliches, wobei 11 eine von diesen am Drehen gehindert ist, während die andere 12 an einem Klemmhebel 4 befestigt ist. Die Länge des Nockenmechanismus (entlang der Achse der Schraube) kann durch Drehen des Hebels 4 eingestellt werden. Während die Nockenanordnung länger wird, wenn der Hebel in die verriegelte Stellung gedreht wird, übt sie Zugspannung auf die Klemmschraube aus, wodurch die Abdeckung 9a zu den Armen gezogen wird und die Arme der Stützhalterung auf die Seiten der Schiene gedrückt werden.
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Zwischen dem anderen Arm der Halterung (gegenüberliegend dem Nockenmechanismus) und der Abdeckung 10a des Klemmstifts 6 ist ein Paar sich bewegender Zahnstangen angeordnet. Dieses umfasst einen Block 13, der mit einem Loch 14 versehen ist, durch das der Klemmstift ragt. Er kann frei entlang des Klemmstifts gleiten. In anderen Anordnungen kann dieser Block am gleichen Ende des Klemmstifts 6 wie die Nocke angeordnet sein und kann integral mit einem Teil der Nocke ausgebildet sein.
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Der Block ist deutlicher in 2 dargestellt und trägt zwei sich bewegende Zahnstangen 15, 16, wobei jede Zahnstange zwei Zahnreihen 15a, 15b, 16a, 16b parallel zueinander angeordnet umfasst und jede Reihe Zähne aufweist, deren Spitzen nach außen von der anderen Reihe der Zahnstange weg und vom Klemmstift weg gewandt sind. In dieser Anordnung zeigen die Seiten von jedem der Zähne (nicht zu verwechseln mit den Flanken) zum Stützhalterungsarm, das heißt sie sind von der Abdeckung 10a abgewandt. In einer anderen Anordnung im Umfang der Erfindung können sie so angeordnet sein, dass die Spitzen der Zähne der Stützhalterung zugewandt sind. Die zwei Zahnreihen sind in verschiedenen Höhen am Block durch Bilden eines gestuften Profils zu den Seiten des Blocks angeordnet.
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Diese gestufte Blockanordnung kann einen Block aus Metall-, Metallverbundmaterial- oder glasfaserverstärkten Verbundmaterial umfassen, der geschnitten, gestanzt, gepresst oder andersartig geformt wird, um die erforderlichen Zahnformen zu erzeugen. Er ist relativ steif, so dass sich im Gebrauch die Zähne nicht bezüglich des Rests des Blocks verformen.
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Die zwei Zahnstangen wirken mit zugehörigen vom Stützhalterungsarm 7a und der Schiene 9, die an der Verkleidung befestigt ist, gestützten feststehenden Zahnstangen 17, 18 zusammen. Eine erste feststehende Zahnstange 19 sitzt auf einer auf der Schiene um den Längsschlitz 8, der sich entlang der Verkleidung erstreckt, angeordneten Basisplatte. Der Klemmstift 6 ragt durch diesen Schlitz 8 und durch die feststehende Zahnstange.
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Die erste feststehende Zahnstange 17 umfasst einen Stützteil, der die Basisplatte berührt, und zwei an beiden Seiten eines Schlitzes, durch den der Klemmstift ragt, angeordnete Zahnreihen. Jede der Zahnreihen erstreckt sich in Linie mit der Achse des Schlitzes, eine an jeder Seite des Schlitzes, und weist Zähne auf, deren Spitzen zu den Spitzen der Zähne der anderen Reihe zeigen. In dieser Ausrichtung zeigen die Endflächen (das heißt die Flächen orthogonal zu den Flanken und Spitzen der Zähne) nach außen zum Klemmblock. Diese Zahnstange wirkt mit der ersten sich bewegenden Zahnstange 15 zusammen. Zusätzlich zur ersten feststehenden Zahnstange 17 ist eine zweite feststehende Zahnstange 18 vorhanden. Diese ähnelt insofern der ersten feststehenden Zahnstange 17, als sie zwei Zahnreihen, die nach außen voneinander zeigen, und einen Längsschlitz aufweist, durch den der Klemmstift 6 ragt. Allerdings ist alles um 90 Grad gedreht, so dass die Zahnreihen orthogonal zu denen der ersten feststehenden Zahnstange sind. Die Zähne dieser zweiten feststehenden Zahnstange wirken mit der zweiten sich bewegenden Zahnstange zusammen. Die zweite feststehende Zahnstange wird von einer Basisplatte auf dem Stützhalterungsarm 7a gestützt und umfasst einen Stützteil und zwei Zahnreihen, einen auf jeder Seite des Schlitzes in der Stützhalterung.
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Der gestufte Block, der die zwei sich bewegenden Zahnstangen definiert, ist bezüglich des Schlitzes in der Halterung 7a so bemessen, dass die Zähne der ersten sich bewegenden Zahnstange 15 durch den Schlitz ragen, um die erste feststehende Zahnstange 17 berühren zu können, während die Zähne der zweiten sich bewegenden Zahnstange 16 mit den Zähnen der zweiten feststehenden Zahnstange 18 an beiden Seiten des Schlitzes in der Halterung überlappen.
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Jede der feststehenden Zahnstangen 17, 18 weist eine gewisse Flexibilität auf, wodurch sich die festen Zähne relativ zu der entsprechenden Basisplatte in einer Richtung entlang der Achse des Klemmstifts bewegen können, obgleich eine Bewegung orthogonal zu dieser Richtung beschränkt werden sollte. Die Zähne sind tatsächlich federgespannt, so dass sie sich bewegen können, aber zurückfedern, wenn eine auf sie ausgeübte Kraft nachlässt. Das Maß an zulässiger Bewegung und Kraft muss klein genug sein, um von einem den Hebel betätigenden Benutzer überwunden werden zu können. Das Bewegungsmaß muss mindestens der Tiefe der Zähne der feststehenden Zahnstange der sich bewegenden Zahnstange entsprechen oder im Wesentlichen dem Bewegungsmaß der sich bewegenden Zahnstange beim Betätigen des Klemmmechanismus entsprechen.
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Die Zähne der sich bewegenden Zahnstangen 15, 16 wiederum sollen in einer bevorzugten Anordnung nicht flexibel sein. Beispielsweise können die sich bewegenden Zahnstangen Blöcke umfassen, die zum Ausbilden der Zähne spanend bearbeitet sind.
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Eine Lösefeder (nicht dargestellt) ist so auf den Klemmstift 6 geschoben, dass sie teilweise zwischen dem gestuften Block 13 und dem Stützhalterungsarm eingeklemmt ist. Die Funktion der Lösefeder besteht darin, den rautenförmigen/- sechseckigen Abschnitt 10a des Klemmstifts 6 von der Stützhalterung 5 weg zu drücken und damit auch den Block von den feststehenden Zahnstangen weg zu drücken.
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Der Klemmmechanismus funktioniert wie nachfolgend beschrieben. Wenn die Nocke durch Bewegen des Hebels in die nicht geklemmte Stellung gedreht wird, werden alle Zähne der zwei sich bewegenden Zahnstangen 15, 16 von den Zähnen der feststehenden Zahnstangen 17, 18 (befestigt an Montagehalterung und Tiefenhalterung) entfernt gehalten. Der erste Abschnitt (obere Säulenverkleidung 3) kann somit in der Höhe (Bewegen der Klemmschraube nach oben und unten im vertikalen Schlitz in der Höhenhalterung) und Tiefe (Bewegen der Klemmschraube rückwärts und vorwärts entlang des horizontalen Schlitzes in der Tiefenhalterung) eingestellt werden. Dies ist die erste Stellung des Klemmmechanismus.
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Wenn die Nocke aus der nicht geklemmten Stellung in eine zweite, geklemmte Stellung gedreht wird, beginnt sie sich aufgrund ihrer Wechselwirkung mit der profilierten Fläche der festen Nocke vom Stützhalterungsarm weg zu bewegen und die Abdeckung 10a der Klemmschraube 6 wird zur Stützhalterung 5 hin bewegt. Dies bewirkt, dass sich der gestufte Block, der die Zähne der sich bewegenden Zahnstangen 15, 16 trägt, den Zähnen der feststehenden Zahnstangen 17, 18 nähert.
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Wenn die Zähne der festen und sich bewegenden Zahnstangen versetzt sind, so dass die Spitzen nicht fluchten, bewegt sich die sich bewegende Zahnstange in die Stellung zwischen den Zähnen der feststehenden Zahnstange, was Formschlüssigkeit erzeugt, sowie der Klemmmechanismus die zweite geklemmte Stellung einnimmt.
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Wenn die Zähne einer feststehenden Zahnstange 17, 18 mit den Zähnen der entsprechenden sich bewegenden Zahnstange 15, 16 fluchten und ein sogenannter Zahn-auf-Zahn-Zustand vorliegt, übt die sich bewegende Zahnstange eine Kraft auf die feststehende Zahnstange aus, die diese zum Biegen und die Zähne der feststehenden Zahnstange zum Bewegen zur Basisplatte der Stützhalterung oder Schiene hin (je nachdem, ob sich die feststehende Zahnstange im Zahn-auf-Zahn-Zustand befindet) veranlasst. Dies kann ohne Schäden erfolgen, weil die feststehende Zahnstange flexibel ist. Die Anordnung bleibt in der vollständig verriegelten Stellung ohne Eingriff der Zähne von feststehender und sich bewegender Zahnstange und statt aneinander anzustoßen.
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Wenn ein Crash erfolgt, der die Verkleidung zum Bewegen veranlasst, bewegen sich die Zähne aus dem Zahn-auf-Zahn-Zustand heraus. Die Zähne der feststehenden Zahnstange 17, 18 biegen sich anschließend zurück in eine Stellung, in der sie mit den Zähnen der sich bewegenden Zahnstange 15, 16 ineinandergreifen. Diese Bewegung erfolgt entlang der axialen Richtung des Klemmstifts. Im Eingriff wird eine Formschlüssigkeit wiederhergestellt.
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Zum Erzielen der Flexibilität der Zähne der feststehenden Zahnstange kann eine Reihe von verschiedenen Anordnungen gewählt werden. Diese sind in 3 und 4 der beigefügten Zeichnungen dargestellt.
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In einer in 3 dargestellten ersten Anordnung 18 umfasst eine feststehende Zahnstange eine geformte Metallplatte, die einen mittigen Ausschnitt 21 zum Definieren des Längsschlitzes aufweist. Zwei gegenüberliegende Ränder des Schlitzes sind so ausgebildet, dass sie die zwei Zahnreihen 22, 23 definieren, wobei jede Reihe Zähne gleicher Teilung und Höhe umfasst. Die Enden des Schlitzes, welche die Seiten mit den zwei Zahnreihen verbinden, bilden bogenförmige Arme 24. Der Mittelteil jedes bogenförmigen Arms bildet den Stützteil der feststehenden Zahnstange und sitzt auf der auf der Stützhalterung oder Verkleidungsschiene ausgebildeten Basisplatte. Da die Arme 24 gebogen sind, werden die zwei Zahnreihen oberhalb des Basisteils gehalten. Beim Biegen im Zahn-auf-Zahn-Zustand biegen sich die Arme, so dass die Biegung verringert oder beseitigt wird. Da die feststehende Zahnstange aus einer Metallplatte besteht, sind die Arme elastisch und können sich biegen, ohne dass eine plastische Verformung eintritt, was ihnen ein Zurückfedern ermöglicht. Eine ähnliche Wirkung kann durch das Verwenden anderer nicht metallischer Materialien oder Metallverbundmaterialien erzielt werden.
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Wie dargestellt ist der Bogen durch eine Reihe von Stufen in jedem Arm gebildet, obgleich, falls bevorzugt, eine stufenlos gekrümmte Bogenform vorgesehen werden kann.
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Die feststehende Zahnstange ist auf einer flachen Basisplatte 25 der Stützhalterung angeordnet wie in 4 dargestellt, wobei die gebogenen Arme 24 die Zahnreihen von der Basisplatte weg halten. Wie dargestellt bildet diese Basisplatte einen Teil der Stützhalterung, kann aber auch einen Teil der Schiene auf der Verkleidung bilden. Der Abstand ermöglicht es, die Zahnreihen der feststehenden Zahnstange aus der Stellung zu schieben, wenn ein Zahn-auf-Zahn-Zustand eintritt, im Wesentlich durch eine Verformung der gebogenen Arme.
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Eine alternative feststehende Zahnstange 17 ist in 5 dargestellt. Diese feststehende Zahnstange 30 umfasst ebenfalls eine Metallplatte mit einem mittigen Ausschnitt zum Bilden eines Schlitzes 31 und zwei in den Seiten des Schlitzes ausgebildeten Zahnreihen 32, 33. Die Arme 34 am Ende des Schlitzes in dieser Anordnung sind nicht gebogen und die gesamte Platte liegt auf einer einzigen Ebene. Um das Beabstanden der Zähne von der Basisplatte zu ermöglichen, ist das gesamte Basisteil gebogen oder gestuft, so dass es in der Mitte der Arme höher und an den Seiten niedriger ist. Somit hält die flache feststehende Zahnstange, wenn vom Basisteil gestützt, die vom Basisteil beabstandeten Zahnreihen. Dies ist in 7 der Zeichnungen dargestellt, die einen Querschnitt durch die Basisplatte 35 und die feststehende Zahnstange 30 zeigt. Wenn sich die sich bewegende Zahnstange in die zweite, geklemmte Stellung unter Zahn-auf-Zahn-Bedingungen bewegt, kann diese die zwei Zahnreihen nach unten zur Basisplatte hin schieben. Die feststehende Zahnstange ist elastisch und kann daher zurückfedern, sobald der Zahn-auf-Zahn-Zustand nicht mehr besteht.
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Natürlich ist eine Hybridform der zwei Anordnungen möglich, bei der die Arme gekrümmt sind und auch die Basisplatte bogenförmig oder gestuft ist.
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In jedem Fall entspricht der Abstand der Zahnreihen vom Basisteil wenigstens der Dicke der Zähne der feststehenden Zahnstange, so dass sie sich aus ihrer normalen Stellung während eines Zahn-auf-Zahn-Zustands verbiegen können, um den Zähnen der entsprechenden sich bewegenden Zahnstange zu ermöglichen, sich in ihre normale geklemmte Stellung zu bewegen.
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Wie ebenfalls in 4 und 7 dargestellt ist einer der Arme mit einem kleinen sich nach außen erstreckenden Keil 36 ausgestattet, der in einen entsprechend geformten Ausschnitt in einer hochgezogenen Wand passt, welche die Basisplatte umgibt. Die Anordnung des Keils im Ausschnitt ordnet die feststehende Zahnstange 30 formschlüssig an und verhindert eine unerwünschte seitliche Bewegung. Ein ähnlicher Ausschnitt im anderen Arm wirkt mit einem Keil an der hochgezogenen Wand zusammen. Diese zwei Merkmale stellen sicher, dass die feststehende Zahnstange nur in einer Orientierung angeordnet sein kann.
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In einer weiteren alternativen Anordnung kann, statt dass sich die Zahnreihen durch Biegen der diese verbindenden Arme bewegen, jeder Zahn so ausgebildet sein, dass er sich einzeln biegen kann. Dies ist beispielsweise in der Anordnung von 6 dargestellt. Hier umfasst die feststehende Zahnstange 40 eine flache Platte, wiederum typischerweise aus Metall, die einen Mittelschlitz aufweist, wobei die Seiten der Schlitze wiederum zum Bilden von Zähnen ausgestaltet sind. Jeder Zahn 41 ist aber derart gebogen, dass die Spitze des Zahns zu der Ebene der Fußes des Zahns an der Stelle versetzt ist, an der sie mit dem Rest der Platte verbunden ist. Das heißt die Spitze des Zahns 41 weist einen Abstand zur Basisplatte auf, auf der sich die feststehende Zahnstange abstützt. Im Zahn-auf-Zahn-Zustand kann jeder der Zähne, die die Zähne der sich bewegenden Zahnstange berühren, nach unten zur Basisplatte gebogen sein, wobei die anderen Zähne nicht so gebogen sind.
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Die Zähne 41 müssen nicht nur gebogen sein, sondern auch flexibel und elastisch sein, so dass sie sich in ihre Ausgangsstellung zurückkehren, wenn der Zahn-auf-Zahn-Zustand nicht mehr besteht.