DE69824071T2

DE69824071T2 - Lenksäulenverriegelung

Info

Publication number: DE69824071T2
Application number: DE1998624071
Authority: DE
Inventors: Yasunori Miyazaki-gun Naganuma
Original assignee: Honda Lock Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Minebea AccessSolutions Inc
Priority date: 1997-03-28
Filing date: 1998-03-26
Publication date: 2005-06-23
Anticipated expiration: 2018-03-27
Also published as: EP1386798A3; DE69832114T2; EP1386798A2; EP1386798B1; DE69832113T2; US5974841A; EP1386799A2; DE69832114D1; DE69824071D1; EP1386799A3; EP0867348B1; EP0867348A3; EP1386799B1; US6076382A; DE69832113D1; EP0867348A2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lenkradschloss, bei dem ein Rotor durch Einstecken eines Schlüssels gedreht werden kann und in einem feststehenden Zylinder angeordnet ist, ein Gehäuse mit einem Führungsvorsprung, das in eine Einführöffnung eines Lenksäulenrohrs greift, an dem Lenksäulenrohr angebracht ist, und bei dem ein Schließmechanismus mit einem Schließzapfen mit einem viereckigen Querschnitt, der mit einer Verriegelungsausnehmung einer Lenksäule verriegelbar ist, ausgebildet ist, um eine Verriegelung und Entriegelung des Schließzapfens mit beziehungsweise von der Verriegelungsausnehmung entsprechend der Drehung des Rotors zu ermöglichen.
Beschreibung des Stands der Technik
Das oben-genannte Lenkradschloss ist beispielsweise bekannt aus den Veröffentlichungen der japanischen Gebrauchsmustern 15080/1988 und 27891/1991. Des Weiteren ist ein Lenkradschloss nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 in der US 4 400 954 A offenbart.
Ein Schließzapfen ist durch ein Drehmoment einer Lenksäule einer Biegebelastung ausgesetzt, wenn der Schließzapfen in eine Verriegelungsausnehmung greift. Bei dem Schließzapfen des Schließmechanismus beträgt das Widerstandsmoment Z = 1/6*H*B², wobei H die Länge einer ersten Seite entlang einer axialen Linie der Lenksäule ist und B die Länge einer zweiten Seite ist, die senkrecht zur ersten Seite ist. Um die Biegefestigkeit des Schließzapfens durch Steigerung des Widerstandsmoments zu erhöhen, wurde der Länge B vergleichsweise groß dimensioniert, beispielsweise wurden die Längen B, H gesetzt zu 1 >= B/H >= 0,5.
Wenn jedoch die Biegefestigkeit des Schließzapfens sehr groß ist, wird die Festigkeit des Kontaktbereiches zwischen einem Führungsvorsprung und einer in dem Lenksäulenrohr vorgesehenen Einführöffnung, in das der Führungsvorsprung eingesetzt ist, im Vergleich zu der oben genannten Biegefestigkeit kleiner und, daraus resultierend, wird der Kontaktbereich des Führungsvorsprungs und der Einführöffnung deformiert, bevor der Schließzapfen deformiert wird. Daher müssen die Biegesteifigkeit des Schließzapfens und die Festigkeit des Kontaktbereichs zwischen dem Führungsvorsprung und der Einführöffnung zum Verbessern der Festigkeitsgrenze des Schließmechanismus aufeinander abgestimmt werden.
Des weiteren wird in einem Aufbau, bei dem der in dem Gehäuse vorgesehene Führungsvorsprung in die in dem Lenksäulenrohr vorgesehene Einführöffnung eingeschoben wird und bei dem der Schließzapfen, der aus dem Führungsvorsprung herausragt, mit der Verriegelungsausnehmung in der Lenksäule in Eingriff gebracht wird, eine Biegebelastung von dem Schließzapfen auf den Führungsvorsprung des Gehäuses im Verriegelungszustand des Schließzapfens in der Verriegelungsausnehmung ausgeübt, und eine Reaktionskraft wird von dem Kontaktbereich der Einführöffnung und des Führungsvorsprungs auf den Führungsvorsprung übertragen. Nach den Ergebnissen der Untersuchungen des hiesigen Erfinders hat es sich herausgestellt, dass die Festigkeit des Führungsvorsprungs in Abhängigkeit von dem Versatz zwischen dem wirksamen Ansatzpunkt der Biegebelastung und dem wirksamen Ansatzpunkt der Reaktionskraft reduziert wird. Daher ist es notwendig, in günstiger Weise den Versatz bei jedem Lenkradschloss festzulegen, um die Festigkeit des Führungsvorsprungs zu erhalten. In diesem Fall, wenn ein geeigneter Versatz gemäß der Ausmaße der Teile, die die Lenkradschlösser bilden, festgelegt werden kann, kann es zu einer Rationalisierung der Produktion beitragen.
Zusätzlich kann, wenn der Schließmechanismus mit einer vergleichsweise hohen Anzahl von Teilen vereinfacht werden und die Anzahl der Teile kann reduziert werden, der Zusammenbau des Schließmechanismus ebenfalls vereinfacht werden.
ZIEL DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf die obigen Umstände durchgeführt worden, und es ist ein Ziel der Erfindung, ein Lenkrasschloss bereitzustellen, das eine Erhöhung der Festigkeitsgrenze eines Schließmechanismus durch Herstellen eines Ausgleichs zwischen der Biegefestigkeit des Schließzapfens und der Festigkeit eines Kontaktbereiches zwischen einem Führungsvorsprung und einer Einführöffnung ermöglicht.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß eines ersten Gesichtspunkts der Erfindung kann das obige Ziel in einem Lenkradschloss erreicht werden, das umfasst:
eine Lenksäule mit einer Verriegelungsausnehmung an einem Teil einer Umfangsfläche,
ein Lenksäulenrohr, das an dem Außenumfang der Lenksäule angeordnet ist und eine Einführöffnung an einem Teil aufweist, der mit der Verriegelungsausnehmung korrespondiert,
ein an dem Lenksäulenrohr angebrachtes Gehäuse mit einem Führungsvorsprung, der in der Einführöffnung eingesetzt ist und mit einer Schieberöffnung das Kopfende definiert, das an dem Führungsvorsprung offen ist,
ein Zylindergehäuse, das in dem Gehäuse untergebracht ist, einen Rotor, der in dem Zylindergehäuse angeordnet ist und durch einen eingesteckten Schlüssel gedreht wird,
einen Schließzapfen, der verschiebbar in der Schieberöffnung des Gehäuses eingesetzt ist und an dem Kopfende des Zapfens mit der Verriegelungsausnehmung verriegelbar ist, und
einen Schließmechanismus, der durch die Drehung des Rotors zum Ausführen der Verriegelung und Entriegelung des Schließzapfens mit beziehungsweise von der Verriegelungsausnehmung schaltbar betätigt wird, wobei der Schließzapfen einen rechteckigen Querschnitt mit einer ersten Seite entlang der Achse der Lenksäule und einer zweiten Seite senkrecht zu der ersten Seite aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die folgenden Gleichungen erfüllt sind: H >= 16 6 >= B >= [13050/(D*H)]1/2 wobei H die Länge (mm) der ersten Seite des Schließzapfens ist, B die Länge (mm) der zweiten Seite des Schließzapfens ist und D der Durchmesser (mm) der Lenksäule ist.
Gemäß des ersten Gesichtspunkts der vorliegenden Erfindung ist es, da die Länge H der ersten Seite, die Länge B der zweiten Seite des Schließzapfens und der Durchmesser D der Lenksäule so festgelegt sind, um den vorbestimmten Gleichungen zu genügen, möglich, die Biegesteifigkeit des Schließzapfens und die Festigkeit des Kontaktbereiches zwischen dem Führungsvorsprung und der Einführöffnung abzugleichen, um die Festigkeitsgrenze des Schließmechanismus zu erhöhen.
Des Weiteren kann der Schließzapfen in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, da der Schließzapfen aus einer flachen Platte gepresst wird, sehr leicht hergestellt werden im Vergleich zu einem Schließzapfen, der spannend geformt wird.
Da der mit dem Schließzapfen einstückig ausgebildete Nockenantriebsabschnitt als herkömmlicher Schieber arbeitet, ist gemäß des obigen Aufbaus, wie sonst gewöhnlich notwendig, kein Schieber notwendig, wodurch die Anzahl von Bauteilen reduziert werden kann und der Zusammenbau des Schließmechanismus entsprechend der Anzahl der reduzierten Bauteile vereinfacht werden kann.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die oben genannten und anderen Ziele und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen deutlicher, wobei
1 eine Vertikal-Querschnittsansicht ist, die ein Lenkradschloss eines Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 eine vergrößerte Querschnittansicht entlang der Linie II-II der 1 ist;
3 eine Querschnittsansicht entlang der Linie III-III der 2 ist;
4 eine vergrößerte Querschnittsansicht entlang der Linie IV-IV der 2 ist;
5 eine vereinfachte Ansicht entsprechend 3 zur Erklärung einer Beziehung zwischen einer Spannung und den Ausmaßen ist;
6 ein Graph ist, der ein Spannungsverhältnis in Abhängigkeit der Maße des Schließzapfens entlang einer axialen Richtung der Lenksäule zeigt;
7 ein Graph ist, der ein Spannungsverhältnis eines Schließzapfens in Abhängigkeit eines Abstands von der Mitte des Schließzapfens in einer Ebene senkrecht zu einer axialen Linie der Lenksäule zu einer Seitenfläche der Einführöffnung zeigt;
8 ein Graph ist, der den Abstand von der Mitte des Schließbolzens in einer Ebene senkrecht zu einer axialen Linie der Lenksäule zu einer Seitenfläche der Einführöffnung zeigt, wobei der Abstand in Abhängigkeit des Durchmessers eines Lenksäulenrohrs bestimmt ist;
9 eine Ansicht entlang der Linie IX-IX der 3 ist;
10 eine Ansicht entsprechend 9 ist, die den Stand der Technik zeigt;
11 eine Ansicht entsprechend 2 ist, die ein Lenkradschloss eines anderen Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
12 eine vergrößerte Querschnittsansicht entlang der Linie XII-XII der 11 ist; und
13 eine vergrößerte Querschnittsfläche entlang der Linie XIII-XIII der 11 ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Im Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme der 1 bis 9 genauer beschrieben.
Die 1 bis 9 zeigen ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 1 ist eine vertikale Querschnittansicht eines Lenkradschlosses eines Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung; 2 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht entlang der Linie II-II der 1; 3 ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie III-III der 2; 4 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht entlang einer Linie IV-IV der 2; 5 ist eine vereinfachte Ansicht entsprechend 3 zur Erklärung einer Beziehung zwischen einer Spannung und den Ausmaßen; 6 ist ein Graph, der ein Spannungsverhältnis in Abhängigkeit der Ausmaße des Fließbolzens entlang einer axialen Richtung der Lenksäule zeigt; 7 ist ein Graph, der ein Spannungsverhältnis eines Schließzapfens in Abhängigkeit eines Abstands von der Mitte des Schließzapfens in einer Ebene senkrecht zu der axialen Linie der Lenksäule zu einer Seitenfläche einer Einführöffnung zeigt; 8 ist ein Graph, der den Abstand von der Mitte des Schließzapfens in einer Ebene senkrecht zu der axialen Linie der Lenksäule zu einer Seitenfläche einer Einführöffnung zeigt, wobei der Abstand in Abhängigkeit des Durchmessers eines Lenksäulenrohrs bestimmt ist; und 9 ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie IX-IX der 3.
Zunächst umfasst in 1 ein Lenkradschloss gemäß dieses Ausführungsbeispiel ein Gehäuse 11, ein Zylindergehäuse 12, das fest an dem Gehäuse angebracht ist, einen Rotor 14, der durch einen eingestückten Schlüssel 13 drehbar ist und in dem Zylindergehäuse 12 angeordnet ist, eine Verbindung 15, die mit dem Rotor 14 in einer zueinander nicht drehbaren Art in Eingriff steht, koaxial an einer Rückseite des Rotors 14 angeordnet ist und drehbar durch das Gehäuse 11 gelagert ist, und einen Schließmechanismus 16, der einen Geschlossen-Zustand, bei dem die Rotation einer Lenksäule 17 (siehe 2 und 3) blockiert ist, und ein Offen-Zustand ermöglicht, bei dem die Rotation der Lenksäule 17 möglich ist, wobei die beiden Zustände entsprechend der Drehung des Rotors 14 und der Verbindung 15 herbeigeführt werden.
Bezug nehmend auf 2 und 3 wird die Lenksäule 17 koaxial durch ein feststehendes Lenksäulenrohr 18 umschlossen. Eine im Querschnitt bogenförmige Aufnahmefläche 19, die an einem äußeren Umfang des Lenksäulenrohrs 18 anliegt, ist an einem Befestigungsteil 11a angeordnet, das einstückig an dem Gehäuse 11 angeformt ist. Eine Säulenhalterung 21 mit einer im Querschnitt bogenförmigen Ausnahmefläche 20, welche an dem Außenumfang des Lenksäulenrohrs 18 anliegt, ist mit einem Schraubenpaar 22 an einer Seite, die der Aufnahmefläche 19 entgegensteht, an dem Befestigungsteil 11a befestigt. Mit anderen Worten: Das Gehäuse 11 ist an dem Lenksäulenrohr 18 befestigt.
Nun wieder Bezug nehmend auf 1 ist das Zylindergehäuse 12 so gestaltet, dass es in eine vordere Hälfte eines Innenraums 23 passt, der durch das Gehäuse 11 definiert wird, und ein elastisches Verriegelungselement 24, das an einen Außenumfang des Zylindergehäuses 12 angebracht ist, steht elastisch mit einer Verriegelungsnut 25 in Eingriff, die in einer Innenfläche des Innenraumes 23 definiert ist, um dadurch eine axiale Bewegung des Zylindergehäuses 12 innerhalb des Innenraums 23 zu blockieren.
Der Rotor 14 weist ein Schlüsselloch 26 auf, dessen vorderes Ende geöffnet ist und in einem Riegel eingeformt ist, dessen Querschnitt kreisförmig ist. Der Rotor 14 ist drehbar und in einem beschränkten Bereich entlang der axialen Richtung bewegbar und in einem Zylinderloch 27 des Zylindergehäuses 12 angeordnet. Eine Vielzahl von Nuten, die sich entlang des Zylinderlochs 27 erstrecken, sind an mehreren Teilbereichen der Innenfläche des Zylinder 27 jeweils an einem Umfangsintervall angeordnet, und eine Mehrzahl von Greifern 29, die entlang einer Richtung gehalten werden, entlang derer sie mit den Nuten 28 in Eingriff stehen, sind an dem Rotor 14 befestigt. Bei diesem Aufbau stehen die entsprechenden Greifern 29 mit den Nuten 28 derart in Eingriff, dass sie eine Drehung des Rotors verhindern, wenn der Schlüssel 13 nicht in das Schlüsselloch 26 eingesteckt ist, aber aus den Nuten 28 bewegt werden, wenn der Schlüssel 13 in das Schlüsselloch 26 gesteckt wird, und in eine Position gelangt, in der die Drehung des Rotors ermöglicht wird.
Ein vorderes Endteil des Rotors 14 ist mit einem Schlüsselschieber 30 ausgestattet, der entlang einer diametrischen Richtung des Rotors 14 verschiebbar ist, wenn der Schlüssel 13 in den Rotor 14 gesteckt wird oder wenn der Schlüssel 13 aus dem Rotor 14 gezogen wird. Ein unteres Ende des Schlüsselschiebers 13 stößt gegen ein vorderes Ende eines Betätigungshebels 32, der von dem Gehäuse 11 durch eine Lagerwelle 31 gehalten wird. Zwischen dem Betätigungshebel 32 und dem Gehäuse 11 ist eine Feder 33 vorgesehen, die durch ein vorderes Ende des Betätigungshebels 32 eine Federkraft in Druckrichtung des Schlüsselschiebers 30 ausübt. Wenn der Schlüssel 13 aus dem Schlüsselloch 26 gezogen wird, um den Rotor 14 in eine Geschlossen-Position zu bringen, wird der Schlüsselschieber 30 bis zu einer Position gedrückt, bei der das obere Ende des Schlüsselschiebers 30 von einer Außenumfangsfläche des Rotors 40 hervorsteht. Wenn der Schlüssel 13 in das Schlüsselloch 26 und den Schlüsselschieber 30 wie in 1 gezeigt gesteckt wird, wird der Schlüsselschieber 30 in eine Position bewegt, bei der gegen eine elastische Kraft, die von dem Betätigungshebel 32 ausgeübt wird, die Außenumfangsfläche des Schlüsselschiebers 30 mit der Außenumfangsfläche des Rotors 40 zusammenfällt. Wenn dann der Rotor 14 in diesem Zustand gedreht wird, gleitet das vordere Ende des Betätigungshebels 32 über die Außenumfangsfläche des Schlüsselschiebers 30. Auch ist ein Schlüsselerkennungsschalter 35 in dem Gehäuse 11 vorgesehen, der eine Erkennung in Abhängigkeit der Betätigung des Betätigungshebels 32 durchführt, um festzustellen, ob der Schlüssel 13 in dem Rotor 14 steckt.
An einer hinteren Seite des Rotors 14 wird die Verbindung 15 durch das Gehäuse derart gehalten, dass die Verbindung 15 entlang ihrer axialen Richtung sich nicht bewegen und um eine axiale Achse drehen kann, und der vordere Endteil der Verbindung 15 steht im Eingriff mit dem hinteren Ende des Rotors 14, so dass sie zueinander nicht verdreht werden können. In anderen Worten: Die Verbindung 15 rotiert zusammen mit dem Rotor 15. Eine Feder 36 ist zwischen der Verbindung 15 und dem Rotor 14 angeordnet und der Rotor 14 wird durch eine Federkraft der Feder 36 nach vorne gedrückt.
An einem hinteren Ende des Gehäuses 11 ist ein Zündschalter 37 angebracht und der hintere Endteil der Verbindung 15 ist mit dem Zündschalter 37 gekoppelt.
Wie in 2 und in 3 gezeigt, kann der Schließmechanismus 16 ein Geschlossen-Zustand, bei dem er mit der Verriegelungsausnehmung 38 in Eingriff steht, die an dem Außenumfang der Lenksäule 17 angebracht ist, um eine Drehung der Lenksäule 17 zu blockieren, und einen Offen-Zustand wählen, bei dem der Eingriff mit der Verriegelungsausnehmung 38 gelöst ist, um eine Drehung der Lenksäule 17 zuzulassen. Der Schließmechanismus 16 umfasst einen Schließzapfen 39, der in Richtung des Herbeiführens der Verriegelung und der Entriegelung mit bzw. von der Verriegelungsausnehmung 38 verschiebbar ist und durch das Gehäuse 11 gehalten wird, und einen Schieber 40, der mit dem Schließzapfen 39 zusammenwirkt und verbunden ist sowie verschiebbar durch das Gehäuse 11 gehalten wird.
Wie in 3 gezeigt, weist der Befestigungsteil 11a des Gehäuses 11 einen Führungsvorsprung 11b auf, der einstückig aus der Aufnahmefläche 19 an einer Position hervorsteht, die entlang der axialen Richtung der Lenksäule 17 mit der Verriegelungsausnehmung 38 korrespondiert, und der Führungsvorsprung 11b greift in eine Einführöffnung 41, die in dem Lenksäulenrohr 18 definiert ist. Eine obere Endfläche des Führungsvorsprungs 11b ist seitlich im Querschnitt bogenförmig ausgebildet, so dass sie sich flach und ohne Übergang an der Innenfläche des Lenksäulenrohrs 18 anschließt. Der Führungsvorsprung 11b ist so ausgestaltet, dass er effektiv eine Biegefestigkeit des Schließzapfens 39 in dem Geschlossen-Zustand sicherstellt, so dass die Verriegelung nicht missbräuchlich durch Drehen der Längssäule 17 durch eine exzessive Kraft gelöst wird, wenn sich der Schließmechanismus 16 in den Geschlossen-Zustand befindet.
Weiter Bezug nehmend auf die 2 und 3 sind in dem Gehäuse 11 eine erste Schieberöffnung 22, deren erstes Ende an dem oberen Ende des Führungsvorsprungs 11b offen ist, und eine zweite Schieberöffnung 43 vorgesehen, die mehr erweitert ist als die erste Schieberöffnung 22 und sich an dem anderen Ende der zweiten Schieberöffnung 42 anschließt, um eine Stufe 44 zwischen der ersten und zweiten Schieberöffnung 42 und 43 zu bilden. Zwischen einen Deckel 45, der an dem Gehäuse 11 angebracht ist, so dass das andere Ende der zweiten Schieberöffnung 43 geschlossen ist, und dem Schließzapfen 39 ist eine Feder 46 vorgesehen, die eine Federkraft in eine Richtung ausübt, entlang der Schließzapfen 39 mit der Verriegelungsausnehmung 38 in Eingriff steht.
Der Schließzapfen 39 weist einen rechteckigen Querschnitt mit einer ersten Seite entlang der axialen Linie der Lenksäule 17 und mit einer zweiten Seite senkrecht zu der ersten Seite auf, lässt sich mit der Verriegelungsausnehmung 38 der Lenksäule 17 in Eingriff bringen und ist verschiebbar in der ersten Schieberöffnung 42 angeordnet. Der Schieber 40 steht in Eingriff mit dem Schließzapfen 39 und ist mit diesem verbunden. Wie in der 1 und 2 gezeigt, ist der Schieber 40 mit einem Durchgangsloch 47, durch das die Verbindung 15 greift, und einer Anlagefläche 49 ausgestattet, die eine Anlage gegen einen Nocken 48 ermöglicht, der in der Verbindung 15 vorgesehen ist, und an einer Innenfläche des Durchgangsloch 47 angeformt ist.
Der Schließzapfen 39 ist beispielsweise aus unlegiertem Karbonstahl für eine mechanische Struktur wie beispielsweise JIS S 45c und wird durch Stanzen in eine flache Platte geformt. Die Rockwell-Härte des Schließzapfens 39 wird durch Durchführung eines Härteprozesses oder ähnlichem nach dem Stanzen auf beispielsweise 40 HRC oder mehr gesetzt. Andererseits ist das Gehäuse 11 beispielsweise ein Druckguss aus einer Zinklegierung oder einer Magnesiumlegierung, und das Lenksäulenrohr 18 ist beispielsweise aus Rohrstahl hergestellt.
In einem derart zusammengesetzten Schließmechanismus 16 wird, wenn der Rotor 14 sich in einer Position befindet, die von der Schließposition abweicht, dies wäre eine ACC-Position, eine ON-Position oder eine START-Position, der Schließzapfen 39 und der Verriegelungsausnehmung 38 entriegelt, um eine Drehung der Lenksäule 17 zu ermöglichen. Im Gegensatz dazu, wenn der Rotor 14, sich in der Schließposition befindet, ist der Nocken 48 so gedreht, dass der Schließzapfen 39 durch die Kraft der Feder 46 in Eingriff steht mit der Verriegelungsauslähmung 38. Auf der anderen Hand wird mit der Bewegung des Schlüsselschiebers 30 gemäß des Einsteckens des Schlüssels 13 in das Schlüsselloch 26 des Rotors 14 der Betätigungshebel 32 in eine Richtung gedreht, so dass das hintere Ende des Betätigungshebels 32 sich dem Schließzapfen 39 nähert. An der Außenumfangsfläche des Schiebers 40 ist eine Regulationsvertiefung 50 zum Halten des Entriegelungszustands des Schließmechanismus 16 durch Eingreifen des hinteren Endes des Betätigungshebels 32 vorgesehen, wenn der Schließmechanismus 16 den Entriegelungszustand entsprechend einer Position des Rotors 14 abweichend von der Schließposition einnimmt. Dies bedeutet, dass, auch wenn sich der Rotor 14 in der Schließposition befindet, der Schließmechanismus 16 durch Herausziehen des Schlüssels 13 aus dem Schlüsselloch 26 nicht den Verriegelungszustand annimmt, wenn nicht der Betätigungshebel 32 in eine Richtung dreht, bei der das hintere Ende aus der Regulationsvertiefung 15 herausgenommen wird.
Im Übrigen, wie in 4 gezeigt, bilden sich Grate 51 unweigerlich an den Außenumfangskanten des Schließzapfens 39 (und an den Umfangskanten des Durchgangsloch 47) nach Beendigung des Stanzens des Schließzapfens 39 aus. Es ist jedoch wünschenswert, dass die Arbeit zum Entfernen der Grate 51 vermieden werden kann, weil dies zu einem Anstieg der Arbeitsschritte führt, und es sind, um den Schließzapfen 39, obwohl er die Grate 51 aufweist, verschiebbar mittels des Gehäuses 11 zu lagern, vier Ecken der ersten Schieberöffnung 42 mit Ausweichteilen 53, 53 ausgebildet, welche im Querschnitt im wesentlichen kreisförmig sind und sich in Richtung der Außenseite erstrecken. Bei diesem Ausbau sind die Grate 51 in zwei der vier Ausweichteile 53, 53 angeordnet, so dass der Schließzapfen 39 ungehindert durch die erste Schieberöffnung 42 geführt wird.
Da der Schließzapfen 39 in eine Platte gestanzt wird, kann der Schließzapfen 39 im Vergleich zu dem Fall, bei dem der Schließzapfen 39 durch Schneiden geformt wird, viel einfacher hergestellt werden.
Der Schließzapfen 39 muss eine Biegefestigkeit aufweisen, die einer Biegebelastung widersteht, die von der Längssäule 17 in dem Verriegelungszustand mit der Verriegelungsvertiefung 38 ausgeübt wird. Wenn jedoch die Biegefestigkeit des Schließzapfen 39 sehr hoch gewählt worden ist, wird die Festigkeit des Kontaktbereiches zwischen dem Führungsvorsprung 11b, der in dem Gehäuse 11 vorgesehen ist, und der Einführöffnung 41, die in dem Lenksäulenrohr 18 vorgesehen ist, in dem der Führungsvorsprung 11b eingesetzt ist, vergleichsweise kleiner als die oben genannte Biegefestigkeit sein, und daraus resultierend wird der Kontaktbereich des Führungsvorsprungs 11b und der Einführöffnung 41 deformiert, bevor der Schließzapfen 39 deformiert wird.
Die Biegefestigkeit des Schließzapfens 39 und die Festigkeit des Kontaktbereiches zwischen dem Führungsvorsprung 11b und der Einführöffnung 41 sind aufeinander abgestimmt, wodurch die Bruchfestigkeit des Schließmechanismus 16 erhöht werden kann. Ein Weg zur Bestimmung der Ausmaße des Querschnitts des Schließzapfens 39, um einen derartigen Festigkeitsausgleich zu erreichen, wird im Folgenden beschrieben.
In 5 wird davon ausgegangen, dass eine Länge einer ersten Seite des Querschnitts des Schließzapfens 39 entlang der axialen Richtung der Lenksäule 17 H ist, dass die Länge einer zweiten Seite senkrecht zu der ersten Seite in dem Querschnitt B ist, was der Dicke des Schließzapfens 39 entspricht, dass der Durchmesser der Lenksäule 17 D ist, dass das Drehmoment der Lenksäule 17 T ist, dass eine Länge von der Öffnungskante der ersten Schiebeöffnung 42 bis zu einem Kontaktpunkt P₁ zwischen der Kante der Verriegelungsausnehmung 38 und dem Schließzapfen 39 L_L ist, dass eine Länge von dem Kontaktpunkt P₁ zu einer Mitte der Lenksäule 17 entlang der Längsrichtung des Schließzapfens 39 L_S ist und das eine Reaktionskraft von dem Schließzapfen 39 auf die Lenksäule 17 im Kontaktpunkt P₁ R₁ ist.
In diesem Beispiel kann das in 6 gezeigte Resultat erreicht werden, wenn eine Spannung des Kontaktbereiches zwischen dem Führungsvorsprung 11b des Gehäuses 11 und der Einführöffnung 41 des Lenksäulenrohrs 18 mit der Länge H des Spießzapfens 39 als Parameter durch die Finite-Element-Methode berechnet wird. Wie aus 6 ersichtlich wird die Spannung stärker reduziert als die Länge H erhöht wird. Bei H = 16 mm konvergiert die Spannung im Wesentlichen gegen eine untere Grenze. Im Ergebnis kann die Spannung des Kontaktbereiches des Führungsvorsprungs 11b und der Einführöffnung 41 im wesentlichen durch den unteren Grenzwert ersetzt werden. Daher wird gefordert, das folgende Beziehung eingehalten wird: H > = 16 mm.
Auf der anderen Seite kann die Biegespannung σ, die auf den Schließzapfen 39 wirkt, durch folgende Gleichung (1) beschrieben werden: σ = M/Z (1) wobei M ein Biegemoment ist, Z ein Widerstandmoment des Schließzapfens 39 ist und es gilt M = R1*LL (2) Z = (H*B2)/6 (3)ist. Im Hinblick auf den Ausgleich des Drehmoments in der Lenksäule 17 gilt: T = LS*R1 (4)
Aus den Gleichungen (2) und (4) lässt sich ableiten: M = (LL/LS)*T (5)
Wenn die Gleichungen (3) und (5) durch die Gleichung (1) ersetzt werden, kann folgende Gleichung (6) aufgestellt werden. σ = 6*(LL/LS)*T(H*B2) (6)
Im übrigen haben die Erfinder durch Experimente herausgefunden, dass wenn der Durchmesser der Lenksäule 17 29 mm beträgt, eine ausreichende Biegesteifigkeit für den Schließzapfen erreicht werden kann, wenn B = 5 mm und H = 18 mm ist. Die Biegespannung σ₀ des Schließzapfens 39 in Abhängigkeit eines beliebigen Drehmomentes kann wie wiedergegeben werden: σ0 = 6*(LL0/LS0)*T(18*52) = (1/75)*(LL0/LS0)*T (7)
Für beliebige Werte für B und H muss gelten: σ <= σ0; und aus den Gleichungen (6) und (7) lässt sich folgende Gleichung ableiten. 6*(LL/LS)*T(H*B2) <= (1/75)*(LL0/LS0)*T
Daraus folgt H*B2 >= 450(LL/LL0)*(LS0/LS) (8)
Wenn L_L konstant gesetzt wird, gilt LL/LL0 = 1 (9)
Da L_S im Wesentlichen proportional zu dem Durchmesser D der Lenksäule 17 ist, gilt LS0/LS = 29/D (10)
Wenn die Gleichungen (10) und (9) in die Gleichung (8) eingesetzt werden, ergibt sich H*B2 >= (450*29)/D (11)und B >= (13050/(D*H))1/2 (12)
Des Weiteren wird der Schließzapfen 39 gestanzt und, da der obere Grenzwert der Plattendicke, die durch Stanzen in der Massenproduktion hergestellt werden kann, rund 6 mm beträgt, kann der Bereich der oben genannten Länge B letztlich wie folgt festgelegt werden. 6 >= B >= (13050/(D*H))1/2 (13)
Wieder Bezug nehmend auf 5, wirkt, wenn das Drehmoment der Lenksäule 17 auf dem Schließzapfen 39 in dem Verriegelungszustand des Schließzapfens 39 in der Verriegelungsvertiefung 38 lastet, die Biegekraft R₂ auf den Führungsvorsprung 11b des Gehäuses 11 von dem Schließzapfen 39 an dem Kontaktpunkt P₂ mit der offenen Kante der ersten Schieberöffnung 42, und es wirkt auch eine Reaktionskraft R₃ entlang der Richtung der Plattendicke des Lenksäulenrohrs 18 von dem Kontaktbereich zwischen der Einführöffnung 41 und dem Führungsvorsprung 11b. Wenn der Einfachheit halber eine konzentrierte Kraft in der Mittelposition P₃ des Kontaktbereiches als Reaktionskraft R₃ gesetzt wird, tritt lokal in dem Führungsvorsprung 11b eine Scher- oder Biegekraft auf, wenn ein Versatz sowohl für die Position P₂ als auch für die Position P₃ in einer Ebene senkrecht zu der Achse der Lenksäule 17 ansteigt, woraus im Hinblick der Festigkeit ein Nachteil resultiert. Auf der anderen Hand, wenn der Versatz zu klein ist, wird die Dicke des Führungsvorsprungs 11b so dünn, dass im Hinblick der Festigkeit daraus ein Nachteil erwächst. Daher ist es erforderlich, entsprechend den Versatz in Abhängigkeit des Durchmessers Dc des Lenksäulenrohrs 18 festzulegen, um die Festigkeit des Führungsvorsprungs 11b zu erhalten. In diesem Fall kann dies, wenn ein entsprechender Wert des Versatzes automatisch in Abhängigkeit des Durchmessers Dc des Lenksäulenrohrs 18 festgesetzt werden kann, zu einer Rationalisierung der Produktion beitragen. Für solch einen Zweck wird die Herleitung der Festsetzung des Versatzes α nun beschrieben.
Da der Führungsvorsprung 11b in die Einführöffnung 41, die in dem Lenksäulenrohr 18 vorgesehen ist, welches im Querschnitt kreisförmig ist, eingesetzt ist, ist der Versatz α in Abhängigkeit eines Abstands b von der Mitte des Schließzapfens 39 innerhalb einer Ebene senkrecht zu der Achse der Lenksäule 17 bis zu der Außenfläche des Führungsvorsprungs 11b, dies entspricht der Innenfläche der Einführöffnung 41 verschieden, wobei der Versatz α als ein entsprechender Wert durch entsprechende Festlegung des Abstandes b in Abhängigkeit des Durchmessers Dc des Lenksäulenrohrs 18 bestimmt werden kann.
Drei Lenksäulenrohre 18 mit einem Durchmesser Dc von 32 mm, 36 mm bzw. 40 mm wurden ausgewählt und dabei konnten die in 8 gezeigten Ergebnisse erzielt werden, wenn der Maximalwert der Spannung, die auf den Führungsvorsprung 11b wirkt, kalkuliert wird, während der Abstand b im Bereich von 3 mm bis 10 mm variiert wird. Der 8 kann entnommen werden, dass bei einem Durchmesser Dc von 32 mm die Spannung ein Minimumm bei b gleich 6 mm erreicht, bei einem Durchmesser Dc von 36 mm die Spannung ein Minimumm bei b gleich 6,3 mm erreicht und das bei einem Durchmesser Dc von 40 mm die Spannung ein Minimumm bei b gleich 6,7 mm erreicht.
Wenn bei den drei verschiedenen Lenksäulenrohre mit einem Durchmesser D_C von 32 mm, 36 mm beziehungsweise 40 mm der Abstand b, bei dem die Spannung des Führungsvorsprungs 11b minimal ist, in einem Koordinatensystem ausgedruckt wird, in dem die X-Achse der Durchmesser des Lenksäulenrohrs 18 und die Y-Achse den Abstand b darstellt, ergibt sich das in der 9 gezeigte Bild. Eine Kurve, die durch Verbinden der entsprechenden Punkte gebildet wird, ist eine Kurve zweiter Ordnung, die durch folgende Gleichung beschrieben wird. b = 0,0031*DC 2 – 0,1375Dc + 7,2 (14)
Dies bedeutet, wenn der Abstand b entsprechend der Kurve zweiter Ordnung gewählt wird, dass die auf den Führungsvorsprung einwirkende Spannung minimiert werden kann und die Festigkeit des Führungsvorsprungs 11b entsprechend festgelegt werden kann. Eine Marge von 0,5 mm wird für jede Seite, das heißt für die Plus-Seite beziehungsweise für die Minus-Seite, vorgesehen. Daher wird die obige Gleichung (14) durch die folgende Gleichung ersetzt: f(DC) = 0,0031*DC 2 – 0,1375Dc + 7,2 (15)und der Abstand b wird gesetzt, so dass er in einem Bereich liegt, der die folgende Gleichung erfüllt: f(DC) – 0,3 <= b <= f(DC) + 0,5 (16)
Um die Biegefestigkeit des Schließzapfens 39 mit der Festigkeit des Kontaktbereiches des Führungsvorsprungs 11b und der Einführöffnung 41 abzugleichen, werden die Länge H der ersten Seite des Schließzapfens 39 entlang der Achse der Lenksäule 17 und die Länge B der zweiten Seite des Schließzapfens 39 entlang der Umfangsrichtung der Lenksäule 17 wie folgt festgelegt. H >= 16 mm 6 >= B >= (13050/(D*H))1/2
Wie in 9 gezeigt ist das Querschnittsprofil des Schließzapfens 39 entsprechend ein Rechteck, das sich entlang der Achse der Lenksäule 17 erstreckt. Wenn beispielsweise der Durchmesser D der Lenksäule 17 29 mm beträgt, H = 18 mm und B = 5 mm ist und der Schließzapfen 39 ein derartiges Querschnittprofil aufweist, sind die Biegefestigkeit des Schließzapfens 39 und die Festigkeit des Einführkontaktbereiches zwischen dem Führungsvorsprung b und der Einführöffnung 41 ausgeglichen, wodurch ermöglicht wird, die Bruchfestigkeit des Schließmechanismus 16 zu erhöhen. Im Gegensatz dazu beträgt bei einem Querschnittsprofil eines herkömmlichen Verriegelungszapfens 39', wie in 10 gezeigt, beispielsweise der Durchmesser D der Lenksäule 17 29 mm, H entspricht 10 mm und B entspricht 8 mm. Im Vergleich zu einem Schließmechanismus mit einem Verriegelungszapfen 39' mit einem wie oben genannten Querschnittsprofil kann ein Schließmechanismus 16 mit dem Schließzapfen 39 des Querschnittsprofils der 10 die Festigkeit um 50% oder mehr erhöhen.
Des Weiteren, wenn der Abstand b von der Mitte des Schließzapfens 39 innerhalb einer Ebene senkrecht zu der Achse der Lenksäule 17 bis zu der Außenfläche des Führungsvorsprungs 11b, die der Innenfläche der Einführöffnung 41 entspricht, gemäß Gleichung (16) festgelegt wird, wird der Abstand b, der es ermöglicht, die Festigkeit des Führungsvorsprungs 11b zu maximieren, während die in dem Führungsvorsprung 11b wirkende Spannung minimiert wird, entsprechend des Durchmessers Dc des Lenksäulenrohrs 18 vereinheitlicht, wobei die Konfiguration der Einführöffnung 41 in dem Lenksäulenrohr 18 gleich bleibend ohne Rücksicht auf die Ausgestaltung des Lenkradschlosses ausgeführt werden kann, um eine Rationalisierung der Produktion zu ermöglichen. In diesem Fall ist das Querschnittprofil des Führungsvorsprungs 11b vorzugsweise ein Langloch, wie es in 9 dargestellt ist.
Die 11 und 13 zeigen ein anderes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, in der der Schließzapfen 39 und der Schieber 40 in dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel durch ein Schließzapfen 139 ersetzt werden.
Wie in den 11 bis 13 dargestellt, umfasst der Schließzapfen 39 einen Verriegelungszapfenteil 139a, der in Eingriff gebracht werden kann mit einer Verriegelungsausnehmung 38 und gleitend in einer ersten Schieberöffnung 42 eingesetzt ist, und einen Nockenantriebsteil 139b, der gleitend in einer zweiten Schieberöffnung 43 eingesetzt ist, wobei die Teile 139a und 139b ohne jegliche Verbindungsstelle einstückig ausgeformt sind und in Form einer Platte ausgestanzt sind.
In der gleichen Weise wie der Schließzapfen 39 des vorhergehenden Ausführungsbeispiels ist beispielsweise der Schließzapfen 139 aus unlegiertem Stahl mit einer mechanischen Struktur wie beispielsweise JIS S45c. Die Rockwellhärte des Schließzapfens 39 wird beispielsweise auf 40 HRC oder mehr durch einen Härteprozess oder ähnlichem nach dem Stanzen gesetzt. Das Gehäuse 11 hingegen ist beispielsweise ein Druckguss aus einer Zinklegierung oder einer Magnesiumlegierung, und das Lenksäulenrohr 18 wird beispielsweise aus Stahlrohr ebenso in der gleichen Art wie in dem vorgehenden Ausführungsbeispiel hergestellt.
Ein Durchgangsloch 47 zum Durchstecken der Verbindung 15 ist in dem Nockenantriebsteil 139 des Schließzapfens 139 ähnlich wie in dem Schieber 40 des vorhergehenden Ausführungsbeispiel vorgesehen, und eine Anlagefläche 49, die eine Anlage gegen den Nocken 48 ermöglicht und an der Verbindung 15 angeordnet ist, ist an der Innenfläche des Durchgangslochs 47 ausgebildet.
Im Übrigen, wie in den 12 und 13 gezeigt, werden Grate 151, 152 unweigerlich an den Außenumfangskanten des Schließzapfens 139 durch Stanzen für den Schließzapfen 139 und an den Umfangskanten des Durchgangslochs 147 nach Beendigung des Stanzen ausgebildet. Es ist jedoch wünschenswert, dass der Arbeitsgang des Entfernens der Grate 151, 152 vermieden wird, weil dies zu einem Anstieg der Anzahl der Arbeitsschritte führen würde, und, um den Schließzapfen 139 mit den Graten 151, 152 durch das Gehäuse verschiebbar zu lagern, werden die Richtung des Stanzens des Schließzapfens 139 und der Aufbau der Gleitlagerung des Schließzapfens 39 beispielsweise wie folgt festgelegt:
Wie in den 12 und 13 gezeigt wird der Schließzapfen 139 derart gepresst, dass der Grat 151, der an der Außenumfangskante entsteht, und der Grat 152, der an der Umfangskante des Durchgangslochs 47 entsteht, zueinander entgegengesetzt sind. Andererseits ist die erste Schieberöffnung 42, in welcher der Verriegelungszapfenteil 139a des Schließzapfens 139 gleitend eingesetzt ist, im Querschnitt im wesentlichen rechteckig entsprechend der Querschnittsform des Verriegelungszapfenteils 139a ausgebildet. Wie in dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel sind vier Ecken der ersten Schieberöffnung 42 mit Ausweichteilen 53, 53 ausgeformt, von denen jeder im wesentlichen im Querschnitt kreisförmig ist und sich entsprechend nach außen erstreckt. Bei diesem Aufbau sind die Grate 151 in zwei der vier Ausweichteilen 53, 53 angeordnet, so dass der Verriegelungszapfenteil 139a gleitend durch die erste Schieberöffnung 42 geführt wird.
Auch sind beide der Seitenflächen der zweiten Schiebeöffnung 43, in die der Nockenantriebsteil 139b des Schießzapfens 139 verschiebbar eingesetzt ist, derart geformt, dass sie erste Seitenflächen 43a, 43a, die entgegengesetzt zu den Außenflächen des Nockenantriebsteil 139b angeordnet sind, zweite Seitenflächen 43b, 43b, die an den Innenseiten der zweiten Seitenflächen 43a, 43a angeordnet sind, und Stufen 43c, 43c aufweisen, die zwischen den ersten und zweiten Seitenflächen 43a beziehungsweise 43b ausgebildet sind. Des Weiteren ist die Länge der ersten Seitenfläche 43a, 43a entlang der axialen Richtung der Verbindung 15 länger gewählt als die Dicke des Nockenantriebsteils 139b und die Länge der zweiten Seitenfläche 43b entlang der axialen Richtung der Verbindung 15 ist länger gewählt als ein angenommener Vorsprung des Grats 152, und die innere Umfangskante der Stufen 43c, 43c sind außerhalb der äußeren Umfangskante des Durchgangslochs angeordnet Des weiteren ist eine Regulationsbacke 54, welche in Kontakt steht mit der gesamten Fläche des Nockenantriebsteils 139b an einer Umfangskante des Durchgangslochs 139b an einer Seite, wo der Grat 51 auftritt, einstückig an der Verbindung 15 angeformt, und die andere Fläche des Nockenantriebsteils 139b wird an einer Seite, wo der Grat 52 auftritt, durch die Stufen 43c der zweiten Schiebeöffnung aufgenommen. Als Ergebnis ist es möglich, den Nockenantriebsteil 139b durch die zweite Schiebeöffnung 43 gleitend zu führen, während ein Aufeinandertreffen der Grate 51 und 52 mit dem Gehäuse 11 vermieden wird.
In dem oben beschriebenen Schleißmechanismus 16 ist der Schieber wie in dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel notwendig, da der Nockenantriebsteil 139b, der einstückig mit dem Schließzapfen 139 ausgeführt ist, als Schieber arbeitet, wie er in herkömmlichen Schließmechanismus vorgesehen ist, nicht mehr notwendig, wodurch die Anzahl der Teile reduziert werden kann und der Zusammenbau des Schließmechanismus 16 vereinfacht wird, das die Anzahl der Teile reduziert ist. Zusätzlich, da der Schließzapfen 139 wird in der Plattenform gestanzt wird, kann der Schließzapfen im Vergleich zu einem Schließzapfen, der herkömmlich durch Drehen hergestellt wird, wesentlich einfache hergestellt werden.
Die obige Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung erfolgt zum Zwecke der Illustration und Beschreibung. Es wird nicht beabsichtigt, die Erfindung auf die genaue offenbarte Form zu begrenzen, und Modifikationen und Änderungen sind im Lichte der obigen Lehre möglich oder können aus der Verwendung der Erfindung abgeleitet werden. Der Schutzbereich der Erfindung wird nur durch die beiliegenden Ansprüche definiert.

Claims

Lenkradschloss umfassend: eine Lenksäule (17) mit einer Verriegelungsausnehmung (38) an einem Teil einer Umfangsfläche, ein Lenksäulenrohr (18), das an dem Außenumfang der Lenksäule (17) angeordnet ist und eine Einführöffnung (41) an einem Teil aufweist, der mit der Verriegelungsausnehmung (38) korrespondiert, ein an dem Lenksäulenrohr (18) angebrachtes Gehäuse (11) mit einem Führungsvorsprung (11b), der in der Einführöffnung (41) eingesetzt ist und mit einer Schieberöffnung (42) das Kopfende definiert, das an dem Führungsvorsprung (11b) offen ist, ein Zylindergehäuse (12), das in dem Gehäuse (11) untergebracht ist, einen Rotor (14), der in dem Zylindergehäuse (12) angeordnet ist und durch einen eingesteckten Schlüssel (13) gedreht wird, einen Schließzapfen (39), der verschiebbar in der Schieberöffnung (42) des Gehäuses (11) eingesetzt ist und an dem Kopfende des Zapfens (39) mit der Verriegelungsausnehmung (38) verriegelbar ist, und einen Schließmechanismus (16), der durch die Drehung des Rotors (14) zum Ausführen der Verriegelung und Entriegelung des Schließzapfens (39) mit beziehungsweise von der Verriegelungsausnehmung (38) schaltbar betätigt wird, wobei der Schließzapfen (39) einen rechteckigen Querschnitt mit einer ersten Seite entlang der Achse der Lenksäule (17) und einer zweiten Seite senkrecht zu der ersten Seite aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die folgende Gleichung erfüllt ist: H >= 16 6 >= B >= [13050/(D*H)]1/2 wobei H die Länge (mm) der ersten Seite des Schließzapfens ist, B die Länge (mm) der zweiten Seite des Schließzapfens ist und D der Durchmesser (mm) der Lenksäule ist.