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Technisches Umfeld:
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Die Erfindung betrifft eine Lenksäulenbaueinheit für ein Kraftfahrzeug mit einem eine Lenkwelle lagernden Führungsrohr, welches in einer karosserieseitig festgelegten Haltevorrichtung in Längsrichtung der Lenkwelle verschieblich ist.
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Stand der Technik:
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Die eingangs geschilderten Lenksäulenbaueinheiten erhöhen durch ihre Längsverstellbarkeit den Fahrkomfort für den Nutzer eines Kraftfahrzeuges, da die Lenkradposition auf diese Weise individuell an die Körpermaße des Fahrers anpassbar sind.
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Im Falle eines Unfalls muss allerdings sichergestellt sein, dass die Lenksäule in ihrer längs eingestellten Position verbleibt, so dass die am Lenkrad befindlichen Sicherheitssysteme, wie beispielsweise ein in die Lenkradnabe eingebauter Airbag zuverlässig funktionieren. Gleichzeitig hat es sich aber im Rahmen aktueller Unfallforschungen ergeben, eine definierte Verschiebung zwischen Führungsrohr und karosserieseitiger Haltevorrichtung zuzulassen, um so durch zusätzliche Energieabsorption das Verletzungsrisiko für den Fahrer weiter herabzusetzen.
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Da die üblicherweise unter normalen Betriebsbedingungen eingesetzten Klemmvorrichtungen, die eine Festlegung des verschieblichen Führungsrohres an der karosserieseitigen Haltevorrichtung sicherstellen, nicht für die Bereitstellung definierter Widerstandskräfte gegen eine Verschiebung des Führungsrohres relativ zur karosserieseitigen Haltevorrichtung im Falle eines Unfalls geeignet sind, ist eine Kombination zwischen axialer Verschieblichkeit des Führungsrohres in Verbindung mit der kontrollierten Verschiebung des Führungsrohres im Crashfalle bislang aus dem Stand der Technik nicht bekannt.
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Aus der
EP 1 955 921 A2 ist eine Lenksäulenbaueinheit bekannt, welche ein eine Lenkwelle lagerndes Führungsrohr aufweist, welches in einer karosserieseitig festgelegten Haltevorrichtung in Längsrichtung der Lenksäule verschiebbar ist. Darüber hinaus ist am Führungsrohr ein Formschlusselement vorgesehen, wobei zwischen Formschlusselement und Haltevorrichtung eine Blockiereinheit zur Aufhebung der Längsverschieblichkeit des Formschlusselementes bei Einwirken von Axialkräften vorhanden ist.
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Ferner zeigt die
DE 695 02 398 T2 eine Lenksäulenbaueinheit, die ebenfalls ein eine Lenkwelle lagerndes Führungsrohr umfasst, welches in einer karoserieseitig festgelegten Haltvorrichtung in Längsrichtung der Lenkwelle verschieblich ist. Darüber hinaus ist am Führungsrohr ein Formschlusselement angeordnet, welches in diesem Fall der Festlegung des Führungsrohres in der Haltevorrichtung dient.
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Aufgabe:
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Ausgehend vom dem geschilderten Stand der Technik ist es daher Aufgabe der Erfindung, eine Lenksäulenbaueinheit der eingangs geschilderten gattungsgemäßen Art so weiter zu entwickeln, dass zum einen eine relative Verschieblichkeit des die Lenksäule aufnehmenden Führungsrohres innerhalb der karosserieseitigen Haltevorrichtung der Lenksäulenbaueinheit im üblichen betrieblichen Rahmen möglich ist und gleichzeitig eine kontrolliert gegen eine definierte Widerstandskraft wirkende Verschieblichkeit des Führungsrohres in der karosserieseitigen Haltevorrichtung im Falle eines Unfalls gewährleistet werden kann. Darüber hinaus soll die Lenksäulenbaueinheit sowohl für mechanisch als auch elektrisch verstellbare Lenksäulen geeignet sein, wobei gleichzeitig eine im Hinblick auf die notwendigen Bauabmaße sowie die eingesetzten Bauelemente kostengünstige Konstruktion verwirklicht werden soll.
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Lösung der Aufgabe:
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Die Lösung der gestellten Aufgaben wird erfindungsgemäß in Zusammenschau mit den gattungsbildenden Merkmalen durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 offenbarte technische Lehre gelöst.
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Erfindungswesentlich ist dabei, dass am Führungsrohr der Lenksäulenbaueinheit ein Formschlusselement angeordnet ist, welches mit dem Führungsrohr über ein Deformationselement verbunden ist und dass zwischen Formschlusselement und Haltevorrichtung eine Blockiereinheit zur Aufhebung der Längsverschieblichkeit des Formschlusselementes bei Einwirkung von Crashkräften befindlich ist, so dass das zwischen Führungsrohr und Formschlusselement angeordnete Deformationselement bei einer Verschiebung des Führungsrohres in die Haltevorrichtung in Folge von durch einen Unfall hervorgerufenen Crashkräften durch seine Verformung definierte Widerstandskräfte gegen eine Verschiebung des Führungsrohres in die Haltevorrichtung bereitstellt.
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Die neuartige konstruktive Gestaltung der Lenksäulenbaueinheit ermöglicht es, dass das innerhalb der Haltevorrichtung verschiebliche Führungsrohr zusammen mit dem Formschlusselement und dem zwischen Formschlusselement und Führungsrohr angeordneten Deformationselement unter normalen Betriebsbedingungen durch den Fahrer in unterschiedliche axiale Positionen in Längsrichtung der Lenkwelle gebracht werden kann.
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Die zusätzlich zwischen Formschlusselement und Haltevorrichtung befindliche Blockiereinheit stellt dabei sicher, dass die Verschieblichkeit des Formschlusselementes gegenüber der Haltevorrichtung im Falle eines Unfalles aufgehoben wird, so dass dann eine Relativbewegung zwischen dem Führungsrohr und der Haltevorrichtung ohne Bewegung des Formschlusselementes möglich ist. Diese Relativbewegung wird in Einschubrichtung des Führungsrohres in die Haltevorrichtung durch das Deformationselement und seine in Folge der Verformung bereitgestellten Widerstandskräfte behindert. Durch entsprechende Berechnung des Querschnittes und der Länge des Deformationselementes können die Widerstandskräfte gegen das Einschieben des Führungsrohres in die Haltevorrichtung der Lenksäulenbaueinheit vorgewählt werden. Die Verschiebung des Führungsrohres in die karosserieseitig festgelegte Haltvorrichtung unterstützt dabei die Wirkung üblicher Airbagsicherheitsvorrichtungen, da das Lenkrad in definiertem Maße durch entsprechende Aufprallkräfte des Fahrzeuginsassen verschoben wird.
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Besondere Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich zusätzlich aus den auf den Hauptanspruch rückbezogenen Unteransprüchen.
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Es hat sich im Rahmen der konstruktiven Gestaltung als vorteilhaft erwiesen, das Formschlusselement als Zahnleiste auszubilden, da durch diese Ausgestaltung eine zuverlässige Kraftübertragung zwischen Formschlusselement und Blockiereinheit im Falle eines Crashes gewährleistet werden kann.
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Darüber hinaus ist erfindungsgemäß die Blockiereinheit dergestalt auszubilden, dass sie ein in der Haltevorrichtung drehbar und in Lenkwellenachsrichtung verschieblich gelagertes Eingriffselement aufweist, welches einen ersten Teilbereich, der mit dem Formschlusselement zusammenwirkt und einen zweiten Teilbereich aufweist, welcher im Falle eines Unfalles mit einem karosserieseitig festgelegten Blockierstein formschlüssig in Eingriff kommt. Das Eingriffselement kann dabei als Ritzel ausgestaltet sein.
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Die Ausbildung der Blockiereinheit besteht somit im Wesentlichen aus einem einzigen kostengünstig herzustellenden Baustein, wobei die Teilbereiche des Eingriffselementes entsprechend ihrer Funktionalität mit Verzahnungen unterschiedlicher Größe versehen werden können. Der zweite Teilbereich des als Ritzel ausgebildeten Formschlusselementes befindet sich dabei unter normalen Betriebsbedingungen mit dem Blockierstein der Blockiereinheit durch eine Feder in Außereingriffsstellung und wird nur im Falle eines Unfalls gegen die Federkräfte mit dem Blockierstein in Eingriff gebracht. Der Blockierstein weist eine hierzu dem zweiten Teilbereich entsprechende korrespondierende Verzahnung auf.
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Es hat sich darüber hinaus als vorteilhaft erwiesen, die Verzahnung desjenigen mit dem Formschlusselement des Führungsrohres zusammenwirkenden ersten Teilbereich mit einer größeren Verzahnung auszustatten als den anderen Teilbereich des als Ritzel gestalteten Eingriffselementes. Durch die unterschiedliche Gestaltung der Verzahnungsgrößen lässt sich zum einen bei der großen Verzahnung des ersten Teilbereiches ein weiter Verstellbereich des Führungsrohres relativ zur Haltevorrichtung seitens des Fahrzeugsnutzers realisieren. Die kleine Verzahnung des zweiten Teilbereiches gewährleistet im Falle eines Unfalls durch die geringe Zahnhöhe einen kleinen Verstellweg zwischen Eingriffselement und Blockierstein, so dass bereits eine durch die im Falle eines Unfalls wirkenden Beschleunigungen und die sich daraus ergebenden Massenträgheitsmomente des Eingriffselementes hervorgerufene kleine Verschiebung des Eingriffselementes relativ zum Blockierstein eine unmittelbare Verhinderung der Bewegungsmöglichkeit der Führungselemente relativ zur Haltevorrichtung mit sich bringt. Durch diese Blockierung wird anschließend die Verformung des Deformationselementes und somit das definierte Einschieben des Führungsrohres in die Haltevorrichtung ermöglicht.
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Um eine übersichtliche und in den Bauabmaßen konstruktive Gestaltung zu realisieren, hat es sich darüber hinaus als vorteilhaft erwiesen, wenn der erste Teilbereich des als Ritzel ausgestalteten Eingriffselementes, welcher mit dem Formschlusselement des Führungsrohres zusammenwirkt, axial mittig am Eingriffselement angeordnet ist. Derjenige zweite Teilbereich des Ritzels, welcher mit dem Blockierstein zusammenwirkt, wird an den beiden Außenseiten des mittig angeordneten ersten Teilbereiches angeordnet. Auf diese Weise ist durch die Aufteilung des zweiten Teilbereiches in zwei getrennte Zonen trotz der hier befindlichen kleineren Verzahnung eine ausreichende Kraftübertragung und somit Wirkungsweise der Blockiereinheit gewährleistet.
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Figurenbeschreibung:
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Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigt:
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1 eine perspektivische Darstellung des wesentlichen Bereiches der erfindungsgemäßen Lenkungsbaueinheit,
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2 eine vergrößerte Teildarstellung wesentlicher Elemente der Lenkungsbaueinheit aus 1
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3 eine Schnittdarstellung entlang der Linie B aus 2.
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Bei der in 1 dargestellten erfindungsgemäßen Lenkungsbaueinheit wurde nur den für die neue technische Lehre erfindungswesentlichen Bauteilen Beachtung geschenkt, so dass auf alle sonst allgemein zu Lenkungsbaueinheiten gehörigen Bauteile, insbesondere im Hinblick auch auf unterschiedliche Verstellmöglichkeiten der Lenksäulen und ihre entsprechenden Feststellmechanismen für die üblichen Betriebsbedingungen verzichtet wird.
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Die in der 1 dargestellte Lenkungsbaueinheit besitzt ein Führungsrohr 2, in dessen Innern drehbar die Lenkwelle 1 aufgenommen ist. Das Führungsrohr 2 wiederum ist in einer Haltevorrichtung 3 eingeschoben und dort axial in Längsrichtung der Lenkwelle 1 bzw. des Führungsrohres 2 verstellbar, so dass die Länge der Lenksäule bzw. der Abstand zwischen Fahrer und dem an der Lenkwelle befestigtem Lenkrad variiert werden kann.
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Auf der Oberseite des Führungsrohres befindet sich ein Formschlusselement 4 in Ausgestaltung einer Zahnleiste, die in einem Schlitz 12 der Haltevorrichtung 3 verschieblich angeordnet ist. Das Formschlusselement 4 ist an einem freien Ende mit einer Halterung 13 für das Ende eines Deformationselementes 5 versehen. Das abgebildete Deformationselement wird in der Fachliteratur auch als Crash-Trap bezeichnet. Das Deformationselement 5 ist als streifenförmiges längliches Blechteil ausgeführt und weist eine im Wesentlichen U-förmige Gestalt auf. Das nicht in der Halterung 13 aufgenommene andere Ende des Deformationselementes 5 ist in einer Ausnehmung 14 des Führungsrohres 2 mittels einer hakenförmigen Umbiegung 15 festgelegt. Durch die Zwischenschaltung des Deformationselementes 5 wird das Formschlusselement 4 bei einer Verschiebung des Führungsrohres 2 gleichzeitig aus der Haltevorrichtung heraus oder in diese hinein mit bewegt.
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An der dem Führungsrohr 2 abgewandten Oberseite des Formschlusselementes 4 ist eine insgesamt mit 6 bezeichnete Blockiereinheit angeordnet, deren eines wesentliches Element ein in Form eines Ritzels ausgebildetes Eingriffselement 7 ist. Das Eingriffselement 7 ist in der Haltevorrichtung mittels der Zapfen 16 drehbar gelagert, wobei der Durchbruch in der Haltevorrichtung 3 zur Aufnahme der Zapfen 16 als Langloch ausgestaltet ist, deren Längsachse parallel zur Mittellängsachse der Lenkwelle 1 verläuft. Durch diese Maßnahme ist das Eingriffselement 7 geringfügig axial verschiebbar. Benachbart des Eingriffselementes 7 ist ebenfalls zur Blockiereinheit 6 gehörig ein Blockierstein 10 angeordnet. Der Blockierstein 10 besteht im Wesentlichen aus einer durchgehenden Achse 17 und zwei auf dieser Achse nebeneinander angeordneten im Wesentlichen würfelförmigen Gegenhaltern.
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Aus den Figuren ist erkennbar, dass das Eingriffselement 7 als Ritzel zwei unterschiedliche Teilbereiche 8 und 9 aufweist. Der Teilbereich 8 ist dabei in der Mitte des Eingriffselementes 7 zentral über dem Formschlusselement 4 befindlich und weist eine entsprechend dem Formschlusselement ausgebildete Verzahnung auf. Seitlich des zentralen Teilbereiches 8 befinden sich zwei Teilbereiche 9, die eine kleinere Verzahnung als der zentrale Teilbereich aufweisen. Die Verzahnung der Teilbereiche 9 entspricht derjenigen Verzahnung, die an der zum Eingriffselement gerichteten Seitenfläche der Gegenhalter 18 vorgesehen ist. Die Seitenfläche der Gegenhalter 18 weist darüber hinaus im Bereich der Verzahnung eine konkave Rundung auf, die dem Außendurchmesser der Teilbereiche 9 des Eingriffselementes 7 entspricht.
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Zur Blockiereinheit 6 gehört darüber hinaus eine Feder 11, die dazu dient, unter normalen Betriebsbedingungen das Eingriffselement 7 in Richtung des Pfeiles P zu drücken und dadurch eine Außereingriffsstellung zwischen den Teilbereichen 9 des Eingriffselementes 7 und den Gegenhaltern 18 herbeizuführen. Die Verzahnung der Teilbereiche 9 und der Gegenhalter 18 ist, wie dies aus der Zeichnung ersichtlich ist, relativ klein gewählt, so dass nur ein geringer Zwischenraum S ausreicht, um die benachbarten Bauteile außer Eingriff zu bringen.
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Unter normalen Betriebsbedingungen führt ein Hereinschieben bzw. ein Herausziehen des Führungsrohres 2 aus der zentralen Bohrung der Haltevorrichtung 2 zu einer entsprechenden Verschiebebewegung des Formschlusselementes 4 und gleichzeitig zu einer Drehung des Eingriffselementes 7 in Folge der sich miteinander in Eingriff befindlichen Verzahnungen des zentralen Teilbereiches 8 des Eingriffselementes 7 mit dem als Zahnleiste ausgebildeten Formschlusselement 4. Die Verzahnung der genannten Bauteile ist dabei entsprechend der Darstellung der Zeichnungen größer gewählt, um eine entsprechende Verstellmöglichkeit des Führungsrohres 2 zu gewährleisten.
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Treten bei der beschriebenen erfindungsgemäßen Lenkungsbaueinheit in Folge eines Unfalls erhöhte Crashkräfte auf, so wirken diese in Richtung des Pfeiles C in den 1 und 3. Die mit einem Unfall verbundenen Beschleunigungen führen dazu, dass das Eingriffselement 7 auf Grund seiner Massenträgheitskräfte in Richtung des Pfeiles C verschoben wird, so dass der Zwischenraum S zwischen dem Teilbereich 9 des Eingriffselementes 7 und den Gegenhaltern 18 nicht mehr gegeben ist.
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Die an den Bauteilen befindlichen Verzahnungen gelangen somit in Eingriff, so dass eine Drehung des Eingriffselementes 7 unterbunden wird. Durch die Verzahnung im Teilbereich 8, die mit dem Formschlusselement 4 in Eingriff steht, wird gleichzeitig eine Verschiebebewegung des Formschlusselementes 4 in Richtung des Pfeiles C unterbunden. Damit kann eine Bewegung des Führungsrohres 2 in Richtung des Pfeiles C nur unter Überwindung der Widerstandskräfte erfolgen, die durch eine Verformung des Deformationselementes 5 hervorgerufen werden. Die Verformung des Deformationselementes 5 erfolgt dabei in der Art, dass die beiden parallel übereinander liegenden Schenkel sich relativ zueinander verschieben. Der an der Halterung 13 festgelegte Schenkel des Deformationselementes 5 wird sich somit verkürzen, wohingegen sich der in der Ausnehmung 14 befestigte andere Schenkel des Deformationselementes 5 verlängern wird. Je nach Ausgestaltung des Deformationselementes 5 hinsichtlich seines Querschnittes und seiner Länge lassen sich unterschiedliche Widerstandskräfte definieren, die vom Führungsrohr 2 bei seinem Weg entsprechend dem Pfeil C in die Haltevorrichtung überwunden werden müssen.
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Aus den Zeichnungen ist ersichtlich, dass die erfindungsgemäße Lenkungsbaueinheit zum einen eine problemlose Axialverstellung des Führungsrohres und der damit verbundenen Lenkwelle 1 unter normalen Betriebsbedingungen ermöglicht. Gleichzeitig ist sichergestellt, dass in Folge der im Crashfalle auftretenden Massenträgheitskräfte durch die Blockiereinheit 6 eine Relativbewegung des Formschlusselementes 4, welches über das Deformationselement 5 mit dem Führungsrohr 2 verbunden ist, ausgeschlossen wird, so dass danach das die Funktionsweise der anderen Sicherheitssysteme unterstützende Relativbewegung des Führungsrohres 2 in die Haltevorrichtung 3 unter Verformung des Deformationselementes 5 erfolgen kann. Aus den Zeichnungen wird darüber hinaus deutlich, dass die erfindungswesentlichen Elementes eine kompakte Bauteilgeometrie bilden und unabhängig von mechanischen oder elektronischen Verstellungsmöglichkeiten für die Lenksäule sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lenkwelle
- 2
- Führungsrohr
- 3
- Haltevorrichtung
- 4
- Formschlusselement (Zahnleiste)
- 5
- Deformationselement (Crash-Trap)
- 6
- Blockiereinheit
- 7
- Eingriffselement (Ritzel)
- 8
- Teilbereich
- 9
- Teilbereich
- 10
- Blockierstein
- 11
- Feder
- 12
- Schlitz
- 13
- Halterung
- 14
- Ausnehmung
- 15
- Umbiegung
- 16
- Zapfen
- 17
- Achse
- 18
- Gegenhalter