DE69810553T2

DE69810553T2 - Einrichtung zum Halten der Position von zwei Bauteilen mit steigbügelartiger Befestigungsvorrichtung

Info

Publication number: DE69810553T2
Application number: DE69810553T
Authority: DE
Inventors: Jean-Christophe Bodin; Alain Carrer; Laurent Fevre
Original assignee: Nacam France SAS; Nacam SA
Current assignee: Robert Bosch Automotive Steering Vendome SAS
Priority date: 1997-09-05
Filing date: 1998-08-31
Publication date: 2003-10-02
Anticipated expiration: 2018-09-01
Also published as: AU704842B2; EP0900943B1; ES2186113T3; AU8310498A; US6092957A; FR2768205A1; BR9803320A; FR2768205B1; DE69810553D1; EP0900943A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Positionsbeibehaltung von zwei Elementen, die durch ein Spannsystem verbünden sind. Das Spannsystem weist eine Spannachse auf, die jedes der beiden Elemente durchquert. Diese Positionsbeibehaltungsvorrichtung kann insbesondere auf eine Kraftfahrzeuglenksäule angewendet werden, wobei die Lenksäule in der Höhe und/oder Tiefe in der vertikalen Ebene einstellbar ist.
Bei einer einstellbaren Lenksäule eines Kraftfahrzeugs erfordert das System zur Einstellung in der Höhe in der vertikalen Ebene oder in der Tiefe in der vertikalen Ebene ein Beibehalten der Position, die vom Fahrer gewählt wird. Bei den bekannten Vorrichtungen, wie der in der EP-A-0 755 842 beschriebenen Vorrichtung, ist es vorgesehen, zum Spannsystem des Positionseinstellsystems eine Vorrichtung mit Metallzähnen hinzuzufügen, die jeweils mit den beiden zu spannenden Elementen verbunden sind derart, daß die Metallzähne wieder miteinander in Kontakt treten, um so das Beibehalten der gewählten Position sicherzustellen. Diese Zähne sind zum einen auf einer festen Zahnstange angeordnet, die einen Teil des Halterungssystems bildet, und zum anderen auf einer Zahnstange, die auf dem beweglichen Einstellsystem angebracht ist. In bestimmten Höheneinstellpositionen kommt es zur Zeit der Verriegelung vor, daß die Köpfe der Zähne der beweglichen Zahnstange in Kontakt mit den Köpfen der Zähne der festen Zahnstange gelangen. Das Zahnstangensystem befindet sich dann in einer instabilen Gleichgewichtsposition, die zu zwei Situationen führt:
- Die Zahnköpfe bleiben im Gleichgewicht, das Verriegelungssystem kann nicht funktionieren und es ist unmöglich, das Einstellsystem der Säule zu verriegeln;
- mit der Vergrößerung der Beanspruchung des Betätigungshebels verlassen die Zahnköpfe diese instabile Position und ordnen sich in einer Position im Inneren der Zahnlücken an, das System kann sich nun verriegeln. Indessen erfolgt dieser Übergang des Gleichgewichtszustandes in den Verriegelungszustand mit einem leichten Schlag im Zahnstangensystem und dies bewirkt einerseits ein Ratschgeräusch und andererseits ein Empfinden eines "harten Punkts" im Betätigungshebel. Obwohl ohne Auswirkung auf die Funktion des Verriegelungssystems, werden diese Phänomene als unangenehm empfunden und können als nicht akzeptabel betrachtet werden. Derartige Phänomene sind nämlich nachteilig für das mechanische Verhalten der Vorrichtung und vermitteln dem Fahrer einen Eindruck der Unsicherheit.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Positionsbeibehaltungsvorrichtung zur Verfügung zu stellen, bei der die oben beschriebenen Unzulänglichkeiten vermieden werden und die sich leicht in die vorhandenen Lenksäulen integriert, wobei indessen die Positionsbeibehaltung des betrachteten Spannsystems garantiert wird.
Gemäß der Erfindung weist die Eingriffssicherheit der Positionsbeibehaltungsvorrichtung eines ersten Elements in bezug auf ein zweites Element gemäß der Erfindung einen Aufbau auf, in dem das erste Element und das als fest betrachtete zweite Element mit einem Spannsystem verbunden sind. Das Spannsystem hat eine Spannachse, die die beiden Elemente durchquert.
Die Beibehaltungsvorrichtung umfaßt eine Zahnstange, die gegen das zweite Element angebracht ist und als feste Zahnstange bezeichnet wird, und eine mit dem ersten Element verbundene und als beweglich bezeichnete Zahnstange derart, daß die feste und die bewegliche Zahnstange miteinander in der verriegelten Position des Spannsystems in Eingriff treten können. Die Spannachse durchquert die bewegliche Zahnstange und die feste Zahnstange. Eine Rückstellfeder ist zwischen der festen und der beweglichen Zahnstange angeordnet, um die Trennung der Zahnstangen in der entriegelten Position des Spannsystems herbei zuführen.
Die Beibehaltungsvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß sie umfaßt:
- ein zusätzliches elastisches Mittel, das auf der Spannachse angebracht ist, wobei das zusätzliche elastische Mittel gegen die bewegliche Zahnstange angeordnet ist, und auf der Seite eines Spannmittels, das an einem Ende der Spannachse angebracht ist; und
- einen Bügel, der auf der Spannachse zwischen dem zusätzlichen elastischen Mittel und dem Spannmittel angebracht ist;
- wobei das zusätzliche elastische Mittel und der Bügel so geformt und eingerichtet sind, daß in der verriegelten Position des Spannsystems:
- der Bügel gegen das zweite Element zur Anlage gelangt und
- das zusätzliche elastische Mittel zur Anlage gegen den gegen das Spannmittel angeordneten Bügel gelangt und auf die bewegliche Zahnstange einwirkt, um das vollständige Eindringen der beweglichen Zahnstange in die feste Zahnstange sicherzustellen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfaßt die Positionsbeibehaltungsvorrichtung mit Eingriffssicherheit vorteilhaft einen Bügel, der einen nachfolgend beschriebenen Aufbau aufweist.
Ein Sockelteil des Bügels weist Flügel auf, die sich zu Enden des Sockels erstrecken. Die beiden Flügel sind im wesentlichen senkrecht zu diesem Sockelteil, damit der Bügel einen U-förmigen Querschnitt aufweist. Der Sockelteil umfaßt ebenso ein Loch, durch das die Spannachse verläuft.
Die beiden Flügel des Bügels befinden sich in einem Abstand voneinander, der größer als die Breite jeder der festen und der beweglichen Zahnstange ist derart, daß die mit dem ersten Element verbundene bewegliche Zahnstange sich im Bügel einfü gen kann und daß in der verriegelten Position des Spannsystems die Flügel des Bügels die gegen das zweite Element angebrachte feste Zahnstange umgeben und sich gegen das zweite feste Element stützen, um ein positives Widerlager des Spannsystems zu erhalten.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfaßt das zusätzliche elastische Mittel eine Druckfeder in Tellerform. Diese zusätzliche Feder ist auf der Achse des Spannsystems angebracht und im Bügel zwischen dem Sockelteil des Bügels und der mit dem ersten Element verbundenen beweglichen Zahnstange untergebracht.
Bei der vorgesehenen Anordnung ist die zwischen den beiden Zahnstangen angeordnete Rückstellfeder eine Feder aus flexiblem Blech, die einen zentralen Abschnitt umfaßt, in dem ein Durchgangsloch ausgespart ist, durch das die Spannachse tritt, wobei der zentrale Abschnitt gegen die mit dem beweglichen Element verbundene bewegliche Zahnstange angeordnet ist. Die Feder aus flexiblem Blech umfaßt ebenso gebogene flexible Abschnitte auf den entsprechenden gegenüberliegenden Seiten des zentralen Abschnitts, wobei sich die flexiblen Abschnitte an der auf dem zweiten Element angebrachten festen Zahnstange abstützen. Die Feder aus flexiblem Blech umfaßt noch zwei Lappenansätze, die sich zu der mit dem ersten Element verbundenen beweglichen Zahnstange erstrecken, derart, daß die beiden Lappenansätze jeweils mit in der beweglichen Zahnstange ausgesparten Schlitzen in Eingriff treten derart, daß die Rückstellfeder mit der beweglichen Zahnstange drehverbunden wird.
Die Positionsbeibehaltungsvorrichtung mit Eingriffssicherheit gemäß der Erfindung kann insbesondere Anwendung finden bei einer Kraftfahrzeuglenksäule. Bei diesem Aufbau:
- ist das erste Element ein Lenksäulenrohrkörper für ein Kraftfahrzeug, wobei die Säule in wenigstens einer der Höhen- und/oder Tiefeneinstellrichtungen in der vertikalen Ebene einstellbar ist;
- ist eine Lenkwelle drehfrei im Rohrkörper angebracht;
- ist das zweite Element ein an der Fahrzeugkarosserie befestigtes Halterungselement; und
- ist in einem Einstellsystem für die Position der Lenksäule der Rohrkörper oder das erste Element im Halterungselement oder zweiten Element angeordnet, ist das Spannsystem in der entriegelten Position, ist das erste Element in einer gewünschten Position in bezug auf das zweite Element mittels des Einstellsystems angeordnet und ist das erste Element in bezug auf das zweite Element in der verriegelten Position durch das Spannsystem blockiert.
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung besteht die feste Zahnstange, die am zweiten Element oder Halterungselement befestigt ist, aus einer Platte, die umfaßt:
- eine Abstützfläche, die zur Positionierung im zweiten Element mit Positionsansätzen versehen ist;
- zwei Kontaktflächen, die in der Einstellrichtung orientiert sind und die entlang gegenüberliegender Seiten eines Langlochs angeordnet sind, durch das die Achse des Spannsystems durchtritt und was das Durchfedern der Spannachse zur Zeit der Positionseinstellung gestattet;
- zwei Bahnen, die mit Zähnen versehen sind, die in der Einstellrichtung orientiert sind und sich jeweils entlang der Kontakt flächen erstrecken.
Die bewegliche Zahnstange, die mit dem ersten Element verbunden ist, besteht aus einer Platte, die umfaßt:
- ein Loch, durch das die Spannachse durchtritt;
- eine Abstützfläche für das zusätzliche elastische Mittel;
- zwei Kontakt flächen der Rückstellfeder, die um das Durchgangs loch angeordnet sind;
- zwei Bahnen, die mit Zähnen versehen sind, die in der Einstellrichtung orientiert sind und sich entlang der Kontaktflächen jeweils erstrecken; und
- zwei einander gegenüberliegende zentrale Schlitze, die dazu bestimmt sind, die beiden Lappenansätze der Rückstellfeder jeweils aufzunehmen.
Eine besonders interessante Ausführung der Zahnstangen gemäß der Erfindung besteht darin, daß jede der festen und beweglichen Zahnstangen unsymmetrische Zähne umfaßt. Jeder der Zähne weist zwei in bezug auf eine zu den Zahnstangenkontaktflächen senkrechte Ebene sehr wenig geneigte Flanken auf. Die Flanken jedes Zahns bilden einen Flankenwinkel kleiner als der Winkel entsprechend einem Reibungskoeffizienten der beiden Zahnstangen in bezug aufeinander.
Außerdem ist es besonders interessant, daß die beiden Bahnen jeder Zahnstange Zähne auf weisen, deren Flankenwinkel entgegengesetzt sind, so daß sie sich jeglicher Vertikalbeanspruchung längs zu der Zahnstange, das heißt nach oben gerichtet oder nach unten gerichtet, entgegensetzen.
Die bewegliche Zahnstange und die feste Zahnstange können aus Sinterstahl sein. Die feste Zahnstange kann ebenso bei einer anderen Variante aus glasfaserverstärktem thermoplastischem Material sein.
Das zusätzliche elastische Mittel kann in verschiedenen Druckfederformen ausgeführt sein: einer Schale, wenigstens einer als "Belleville"-Scheibe bezeichneten Federscheibe, einer Feder mit zylindrischen Windungen, einer Feder mit konischen Windungen oder einer Druckfeder aus flexiblem Blech.
Die Eingriffssicherheit der Positionsbeibehaltungsvorrichtung eines Spannsystems mit zwei Elementen gemäß der Erfindung kann eine radiale und/oder axiale Einstellung sicherstellen, wobei die Zahn-auf-Zahn- und Ratschprobleme ausgeschaltet sind, die bei den gegenwärtigen Systemen vorhanden sind, sowie die Wahrnehmungen "harter Punkte", die beim Betätigungshebel auftreten.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung mehrerer bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen hervor, in denen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht der Positionsbeibehaltungsvorrichtung mit zwei Elementen gemäß der Erfindung ist, die zu einer Lenksäule für ein Kraftfahrzeug gehören;
Fig. 2 eine Schnittansicht ist, ausgeführt längs Linie II-II von Fig. 1 des Spannsystems in der verriegelten Position;
Fig. 3 eine Teilschnittansicht entsprechend Fig. 2 des Spannsystems in der entriegelten Position ist;
Fig. 4 eine Schnittansicht ist, die längs Linie IV-IV von Fig. 3 ausgeführt ist;
Fig. 5 eine Schnittansicht analog Fig. 3 des Spannsystems in der verriegelten Position ist;
Fig. 6 eine Schnittansicht ist, die längs Linie VI-VI von Fig. 5 ausgeführt ist;
Fig. 7 eine Schnittansicht analog zu Fig. 5 des Spannsystems in der verriegelten Position mit Zahnstangen ist, die sich mit den Zähnen in Kontakt befinden;
Fig. 8 eine Ansicht einer Rückstellfeder ist;
Fig. 9 eine Draufsicht der Rückstellfeder von Fig. 8 ist;
Fig. 10 eine Ansicht einer in Fig. 1 bis 7 dargestellten festen Zahnstange ist;
Fig. 11 eine Schnittansicht ist, die längs Linie XI-XI von Fig. 10 ausgeführt ist;
Fig. 12 eine Ansicht einer in Fig. 1 bis 7 dargestellten beweglichen Zahnstange ist;
Fig. 13 eine Schnittansicht ist, die längs Linie XIII- XIII von Fig. 12 ausgeführt ist;
Fig. 14 eine Detailansicht von Zähnen der Zahnstangen ist;
Fig. 15 eine Ansicht analog zu Fig. 10 einer weiteren Ausführungsform der festen Zahnstange ist;
Fig. 16 eine Schnittansicht einer ersten Ausführungsform eines zusätzlichen elastischen Mittels ist;
Fig. 17 eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform des zusätzlichen elastischen Mittels ist;
Fig. 18 eine Seitenansicht einer dritten Ausführungsform des zusätzlichen elastischen Mittels ist;
Fig. 19 eine Seitenansicht einer vierten Ausführungsform des zusätzlichen elastischen Mittels ist; und
Fig. 20 und 21 Seiten- und Vorderansichten einer fünften Ausführungsform des zusätzlichen elastischen Mittels aus flexiblem Blech sind.
Wie aus Fig. 1 bis 7 ersichtlich ist, hält die Positionsbeibehaltungsvorrichtung ein erstes Element 1 in der Position in bezug auf ein zweites als fest betrachtetes Element 2, wobei das Element 1 und das Element 2 durch ein Spannsystem 3 verbunden sind. Das Spannsystem 3 hat eine Spannachse 4, beispielsweise eine Gewindestange, die die Elemente 1 und 2 durchquert. Das eigentliche Positionsbeibehaltungssystem umfaßt eine Zahnstange 8, die gegen das als fest betrachtete Element 2 angebracht ist und als feste Zahnstange 8 bezeichnet wird, und eine Zahnstange 7, die mit dem Element 1 verbunden ist und als bewegliche Zahnstange 7 bezeichnet wird. Die Spannachse 4 durchquert die bewegliche Zahnstange 7 und die feste Zahnstange 8. Die Zahnstangen 7 und 8 sind so eingerichtet und angeordnet, daß sie in der verriegelten Position miteinander in Eingriff treten können. Eine Rückstellfeder 9 ist zwischen der beweglichen Zahnstange 7 und der festen Zahnstange 8 angeordnet, um die Trennung der Zahnstangen 7 und 8 in bezug aufeinander in der entriegelten Position herbeizuführen, wie in Fig. 3 und 4 dargestellt ist.
Die Eingriffssicherheit der Positionsbeibehaltungsvorrichtung ist durch ein zusätzliches elastisches Mittel 10 sichergestellt, das mit einem Bügel 12 zusammenwirkt. Das zusätzliche elastische Mittel 10 und der Bügel 12 sind beide auf der Achse 4 des Spannsystems 3 angebracht. Das zusätzliche elastische Mittel 10 ist gegen die bewegliche Zahnstange 7 angeordnet, die auf der Achse 4 des Spannsystems 3 angebracht ist, und auf der Seite eines Aufbaus mit Widerlager und Mutter 14-15, der am Gewinde versehenen Ende der Achse 4 des Spannsystems 3 angebracht ist. Der Bügel 12 ist zwischen dem zusätzlichen elastischen Mittel 10 und dem Aufbau mit Widerlager und Mutter 14-15 angeordnet. So erfolgt ein Ansetzen des zusätzlichen elastischen Elements 10 einerseits gegen den Bügel 12 und andererseits gegen die bewegliche Zahnstange 7. Das zusätzliche elastische Mittel 10 und der Bügel 12 sind gestaltet und angeordnet derart, daß in der verriegelten Position des Spannsystems 3, wie es in Fig. 2, 5 und 6 dargestellt ist,
- der Bügel 12 zur Auflage gegen das Halte rungselement 2 gelangt,
- daß sich das zusätzliche elastische Mittel 10 gegen den Bügel 12 abstützt, der gegen den Aufbau mit Mutter und Scheibe 14-15 angeordnet ist, und daß das zusätzliche elastische Mittel 10 auf die bewegliche Zahnstange 7 wirkt, um das vollständige Eindringen der beweglichen Zahnstange 7 in die feste Zahnstange 8 sicherzustellen.
Die Positionsbeibehaltungsvorrichtung gemäß der Erfindung findet insbesondere bei einer Kraftfahrzeuglenksäule Anwendung, die in Fig. 1 und 2 dargestellt ist und in der:
- das Element 1 ein Lenksäulenrohrkörper für ein Kraftfahrzeug ist, wobei die Säule in der Höhe und/oder in der Tiefe in der vertikalen Ebene einstellbar ist;
- eine Lenkwelle 5 drehfrei im Rohrkörper angebracht ist;
- das Element 2 ein an der Karosserie des Fahrzeugs 6 befestigtes Halterungselement ist;
- ein Einstellsystem zur Positionseinstellung der Lenksäule angeordnet ist derart, daß der Rohrkörper oder das Element 1 im Halterungselement 2 angeordnet ist, daß das Spannsystem in der entriegelten Position ist, daß das Element 1 in der gewünschten Position in bezug auf das Element 2 mittels des Einstellsystems angeordnet ist und daß das Element 1 in bezug auf das Element 2 in der verriegelten Position durch das Spannsystem 3 blockiert ist.
Wie insbesondere in Fig. 3 bis 6 dargestellt ist, umfaßt das Element 12 einen Sockelteil 21, in dem ein Durchgangsloch 24 für die Spannachse 4 ausgespart ist. Ein entsprechender Flügel 22, 23 ist an jedem Ende des Sockelteils 21 angeordnet. Die beiden Flügel 22 und 23 sind im wesentlichen senkrecht zum Sockelteil 21, damit der Bügel U-förmig ist. Die beiden Flügel 22 und 23 befinden sich in einem Abstand voneinander, der größer als die Breite jeder der beiden Zahnstangen 7 und 8 ist. Damit die mit dem Element 1 verbundene bewegliche Zahnstange 7 in der Aufnahme des Bügels 12 eingefügt werden kann und zur Zeit der Blockierung des Spannsystems 3 in der verriegelten Position umgeben dann die Flügel 22 und 23 des Bügels 12 die feste Zahnstange 8, die gegen das Element 2 angebracht ist, und gelangen zur Auflage gegen das Element 2, um ein positives Widerlager des Spannens zu erhalten, wie in Fig. 2, 5 und 6 dargestellt ist.
Das zusätzliche elastische Mittel 10 umfaßt eine Druckfeder, die eine Napfform hat. Diese zusätzliche Feder 10 ist auf der Achse 4 des Spannsystems 3 angebracht und ist im Bügel 12 untergebracht gegen den Sockelteil 21 des Bügels 12 und die bewegliche Zahnstange 7, die mit dem Element 1 verbunden ist und auf der Spannachse 3 angebracht ist. So legt sich die zusätzliche Feder 10 einerseits gegen den Sockelteil 21 des Bügels 12 und andererseits gegen die bewegliche Zahnstange 7 an.
Die Rückstellfeder 9 ist zwischen der festen Zahnstange 8 und der beweglichen Zahnstange 7 angeordnet, um die Trennung der beiden Zahnstangen 7 und 8 in bezug aufeinander zu gestatten und sicherzustellen, wenn sich das Spannsystem 3 in der entriegelten Position befindet. Wie in Fig. 8 und 9 zu sehen ist, ist die Rückstellfeder 9 eine Feder aus weichem Blech. Dieses weiche Blech umfaßt ein Loch 88, durch das die Spannachse 4 durchtritt. Das Loch 88 ist in einem zentralen Abschnitt 81 der Feder 9 ausgeführt, die gegen die mit dem Ele ment 1 verbundene bewegliche Zahnstange 7 angeordnet ist. Die Feder aus elastischem Blech 9 umfaßt um diesen zentralen Teil 81 gebogene flexible Abschnitte 82, 83, 84 und 85 und auf beiden Seiten des zentralen Abschnitts 81. Die gebogenen flexiblen Abschnitte 82, 83, 84 und 85 stützen sich auf der gegen das Element 2 angebrachten festen Zahnstange 8 ab. Die Rückstellfeder 9 umfaßt zwei Lappenansätze 86 und 87, die auf der Seite der mit dem Element 1 verbundenen beweglichen Zahnstange 7 angeordnet sind. Die Lappenansätze 86 und 87 befinden sich auf beiden Seiten der zentralen Position 81 und jeweils zwischen den gebogenen flexiblen Abschnitten 82 und 83 und den gebogenen flexiblen Abschnitten 84 und 85. Die Enden der Lappenansätze 86 und 87 greifen jeweils in Schlitze 49 und 50 ein, die in den Seiten der beweglichen Zahnstange 7 ausgespart sind derart, daß die Rückstellfeder 9 mit der beweglichen Zahnstange 7 drehverbunden ist.
Die Ausführung der festen Zahnstange 8 ist in Fig. 10 und 11 dargestellt. Die feste Zahnstange 8, die gegen das Halterungselement 2 angebracht ist, umfaßt eine Platte 59, die umfaßt:
- eine Abstützfläche 60, die mit Positionsansätzen 61 für die Positionierung am Element 2 versehen ist,
- zwei Kontaktflächen 63 und 64, die in der Einstellrichtung orientiert sind und die auf beiden Seiten eines Langlochs 62 angeordnet sind, durch das die Achse 4 des Spannsystems 3 durchtritt, und die das Durchfedern der Achse 4 zur Zeit der Positionseinstellung gestattet;
- zwei Bahnen 51 und 52, die mit Zähnen 53 und 54 versehen sind, wobei die Bahnen 51 und 52 jeweils in der Einstellrichtung orientiert sind und längs der entsprechenden Kontaktfläche 63, 64 angeordnet sind.
Die Ausführung der beweglichen Zahnstange 7 ist in Fig. 12 und 13 dargestellt. Die bewegliche Zahnstange 7, die mit dem Element 1 verbunden ist, umfaßt eine Platte 37, die ein Loch 36 umfaßt, durch das die Spannachse 4 durchtritt. Die Platte 37 weist einerseits eine Abstützfläche 38 für die zusätzliche Feder 10 und andererseits zwei Kontaktflächen 39 und 40 für die Rückstellfeder 9 auf. Die beiden Kontaktflächen 39 und 40 sind um das Durchgangs loch 36 angeordnet. Die eigentliche Zahnstange besteht aus zwei Bahnen 41 und 42, die mit entsprechenden Zähnen 43 und 44 versehen sind. Jede der Bahnen 41 und 42 ist in der Einstellrichtung orientiert und ist längs der entsprechenden Kontaktfläche 39 und 40 angeordnet. Die beiden einander gegenüberliegenden zentralen Schlitze 49 und 50 sind dazu bestimmt, die beiden Lappenansätze 86 und 87 der Rückstellfeder 9 aufzunehmen.
In der in Fig. 2, 5 und 6 dargestellten Verriegelungsposition wird eine Spannung in der Gewindestange ausgeübt, die aus der Spannachse 4 des Spannsystems 3 besteht. Diese Spannung kann durch eine Nockenvorrichtung aufgebracht werden. Die Spannung wird auf den Bügel 12 mittels des Aufbaus mit Widerlager und Mutter 14-15 rückübertragen, der am gewindeversehenen Ende der Spannachse 3 angebracht ist und der eine Mutter 15 und ein Nadelwiderlager 14 umfaßt. Diese Spannung druckbeaufschlagt nun den Bügel 12 gegen die Stütze des Halterungselements 2.
In der normalen verriegelten Position, die in Fig. 2, 5 und 6 dargestellt ist, und wenn der Bügel 12 gegen die Stütze des Halterungselements 2 druckbeaufschlagt ist, drückt die zusätzliche Feder 10 die bewegliche Zahnstange 7 gegen die feste Zahnstange 8. Da die durch die zusätzliche Feder 10 auf die bewegliche Zahnstange 7 herbeigeführte Beanspruchung größer als die durch die Rückstellfeder 9 erzeugte Beanspruchung ist, greift die bewegliche Zahnstange 7 vollständig in die feste Zahnstange 8 ein und dies stellt so die positive Verriegelung des Spannsystems sicher.
Fig. 7 stellt den Fall dar, in dem, wenn sich das System in der verriegelten Position befindet, sich die bewegliche Zahnstange 7 und die feste Zahnstange 8 im Zahn-auf-Zahn-Kontakt befinden. Wenn sich zur Zeit der Verriegelung die Zähne der Zahnstangen 7 und 8 in einer Position befinden so, daß sie im Gleichgewicht Zahnkopf auf Zahnkopf bleiben, ist es die zusätzliche Feder, die sich zusammengedrückt befindet. Der Bügel 12 gelangt nun zur Druckbeaufschlagung gegen die Stütze des Halterungselements 2, ohne auf die Zähne der Zahnstangen eine beträchtliche Beanspruchung auszuüben und ohne im Betätigungshebel ein Blockierempfinden zu übertragen. Eine geringe Bewegung des Bügels 12 am Stoßanfang zur Zeit beispielsweise eines Unfalls laßt dann die Zähne der Zahnstangen 7 und 8 von ihrer instabilen Gleichgewichtsposition zu einer stabilen Gleichgewichtsposition gelangen. Diese stabile Gleichgewichtsposition entspricht der Position der Zahnkopfe im Inneren der Zahnlücken. Diese Bewegung wird durch die Wirkung der zusätzlichen Feder 10 erhalten, die unter Druck bleibt. Das System befindet sich nun in der positiven Blockierposition.
Zur Zeit der Entriegelung des Spannsystems verstellt sich die Spanngewindestange 4, was die Mutter 15 der Stütze des Halterungselements 2 um einen ausreichenden Abstand trennt. Die Rückstellfeder 9 trennt die beiden Zahnstangen 7 und 8 in bezug aufeinander, um ihre Relativverstellung ohne Kontakt der Zähne zu gestatten. Die bewegliche Zahnstange 7 wird gegen die zusätzliche Feder 10 druckbeaufschlagt, die selbst gegen den Sockelteil 21 des Bügels 12 druckbeaufschlagt ist.
In der verriegelten Position wird die bewegliche Zahnstange 7 durch die zusätzliche Feder 10 gegen die feste Zahnstange 8 druckbeaufschlagt. Zur Zeit einer ausreichenden vertikalen Beanspruchung und wenn der Winkel der Zahnstangenzähne beträchtlich ist, kann das Spannsystem reversibel sein, das heißt die Blockierung wäre nicht mehr positiv. Hierzu ist es interessant, unsymmetrische Zahnstangenzähne vorzusehen, wie nachfolgend beschrieben wird.
Um eine positive Blockierung sicherzustellen, wobei ein Zahnprofil vorgesehen ist, das einen leichten Eingriff gestattet, wird ein Zahnwinkel gewählt so, daß die Reibung die Irreversibilität sicherstellt. Hierzu ist der Reibungskoeffizient der beweglichen Zahnstange 7 auf der festen Zahnstange 8 durch die Tangente eines Winkels dargestellt, der als φ bezeichnet wird. Mit α wird der Winkel der Flanken der Zähne bezeichnet, die sehr wenig in bezug auf die senkrechte Ebene zu den Kontaktflächen 39 und 40 oder 63 und 64 geneigt sind. Mit Vergegenwärtigung der Fig. 14 werden nun die nachfolgenden Gleichungen erhalten:
FF > FG = => tgφ.cosα.F > sinα.F
tgφ > tgα
φ > α,
mit
F: vertikale Druckbeanspruchung.
FG: mit dem Profil der Zähne verbundene Gleitbeanspruchung.
FG = sinα.F
FF: Reibungsbeanspruchung.
FF = tgα.Fp = tgφ.cosα.F.
Wenn der aktuelle Reibungskoeffizient enthalten ist zwischen 0,1 und 0,4, es sei φ enthalten zwischen 6º und 20º, wird dann ein Zahnwinkel von 5º gewählt.
Aus praktischen Gründen der Ausführung und Beständigkeit wird man es vermeiden, einen symmetrischen Zahn mit Halbwinkel am Kopf von 5º auszuführen und man wird einen unsymmetrischen Zahn wählen, z. B. denjenigen, der in Fig. 14 dargestellt ist.
Die Zähne sind orientiert derart, daß das Spannsystem eine positive Blockierung sicherstellt, wenn die Beanspruchung in einer vertikalen Richtung nach oben hin ist, was der Situation des Aufpralls entspricht.
Nach unten ist die Beständigkeit durch die kraftschlüssige Verbindung des Verstärkungsvierkants an der Stütze des Halterungselements sichergestellt, was normalerweise ausreichend ist.
Zur weiteren Verbesserung der Leistungen der Erfindung können ebenso die Zahnstangen angeordnet werden derart, daß die beiden Bahnen jeder der Zahnstangen Zähne 43 und 44, 53 und 54 aufweisen, deren Winkel der Flanken 45 und 46, 55 und 56 in der einen 41, 51 der Zahnstangenbahnen auf gegenüberliegende Weise zu den Winkeln der Flanken 47 und 48, 57 und 58 in der anderen Zahnstangenbahn 42, 52 angeordnet sind. Dies gestattet es, sich jeglicher Vertikalbeanspruchung entgegenzusetzen, das heißt in der Längsrichtung zu den Zahnstangen, ob sie nach oben gerichtet ist oder ob sie nach unten gerichtet ist. Ein Ausführungsbeispiel einer dieser Zahnstangen ist in Fig. 15 dargestellt.
Bei weiteren Ausführungsvarianten der Erfindung sind die bewegliche Zahnstange 7 und die feste Zahnstange 8 aus Sinterstahl. Die feste Zahnstange 8 kann ebenso aus glasfaserverstärktem oder analog verstärktem thermoplastischem Material sein.
Das zusätzliche flexible Mittel 10 kann in verschiedenen Formen der Druckfeder ausgeführt sein: einer Schale 91 mit Durchgangsloch 96, die in Fig. 16 dargestellt ist, elastischen Federscheiben, gebräuchlich bei den "Belleville"-Federscheiben 92 mit einem Achsendurchgangsloch 97, die in Fig. 17 dargestellt sind, einer Druckfeder mit zylindrischen Windungen 93, die in Fig. 18 dargestellt ist, einer Druckfeder mit konischen Windungen 94, die in Fig. 19 dargestellt ist, oder einer Druckfeder aus flexiblem Blech 95, die in Fig. 20 und 21 dargestellt ist. Die Feder 95 umfaßt:
- ein Durchgangsloch 98 der Spannachse 4 in einem zentralen Abschnitt 99,
- gebogene flexible Abschnitte 100 und 101, die sich auf jeder Seite des zentralen Abschnitts 99 befinden und jeweils einen Schlitz 102 oder 103 umfassen.

Claims

1. Vorrichtung zur Positionsbeibehaltung eines ersten Elements (1) in bezug auf ein als fest betrachtetes zweites Element (2), wobei das erste Element (1) und das zweite Element (2) durch ein Spannsystem (3) mit einer die beiden Elemente (1, 2) durchquerenden Spannachse (4) verbunden sind,

- wobei die Beibehaltungsvorrichtung eine feste Zahnstange (8), die gegen das zweite Element (2) angebracht ist, und eine mit dem ersten Element (1) verbundene bewegliche Zahnstange (7) umfaßt, derart, daß die bewegliche Zahnstange (7) und die feste Zahnstange (8) in der verriegelten Position miteinander in Eingriff treten können,

- wobei die Spannachse (4) die bewegliche Zahnstange (7) und die feste Zahnstange (8) durchquert,

- wobei eine Rückstellfeder (9) zwischen den Zahnstangen (7, 8) angeordnet ist, um die Trennung der Zahnstangen (7, 8) in der entriegelten Position herbeizuführen,

- dadurch gekennzeichnet, daß sie umfaßt:

- ein zusätzliches elastisches Mittel (10), das auf der Spannachse (4) angebracht ist, wobei das zusätzliche elastische Mittel (10) gegen die bewegliche Zahnstange (7) angeordnet ist, und auf der Seite eines Spannmittels (15), das an einem Ende der Spannachse (4) angebracht ist, und

- einen Bügel (12), der auf der Spannachse (4) zwischen dem zusätzlichen elastischen Mittel (10) und dem Spannmittel (15) angebracht ist;

- wobei das zusätzliche elastische Mittel (10) und der Bügel (12) geformt und eingerichtet sind derart, daß der Bügel (12) in der verriegelten Position des Spannsystems (3) zur Anlage gegen das zweite Element (2) gelangt, und

das zusätzliche elastische Mittel (10) zur Anlage gegen den gegen das Spannmittel (15) angeordneten Bügel (12) kommt und auf die bewegliche Zahnstange (7) einwirkt, um das vollständige Eindringen der beweglichen Zahnstange (7) in die feste Zahnstange (8) sicherzustellen.

2. Positionsbeibehaltungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der einen U- förmigen Querschnitt aufweisende Bügel (12) umfaßt:

- einen Sockelteil (21),

- ein Loch (24), durch das die Spannachse (4) verläuft,

- sich von den Enden des Sockelteils (21) aus erstreckende und zum Sockelteil etwa senkrechte Flügel (22, 23), wobei die Flügel (22, 23) in einem Abstand voneinander größer als die Breite jeder der Zahnstangen (7, 8) sind derart, daß sich die bewegliche Zahnstange (7) im Bügel (12) anbringen läßt, und

- wobei die Flügel (22, 23) des Bügels (12) in der verriegelten Position des Spannsystems (3) die feste Zahnstange (8) umgeben, um ein positives Widerlager des Spannsystems (3) zu erhalten.

3. Positionsbeibehaltungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zusätzliche elastische Mittel (10) eine Druckfeder in Tellerform (91), die auf der Spannachse (4) angebracht ist und die im Bügel (12) untergebracht ist, zwischen dem Sockelteil (21) des Bügels (12) und der beweglichen Zahnstange (7) umfaßt.

4. Positionsbeibehaltungsvorrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den Zahnstangen (7, 8) angeordnete Rückstellfeder (9) eine Feder aus flexiblem Blech ist, die umfaßt:

- einen zentralen Abschnitt (81), in dem ein Durchgangsloch (88) ausgespart ist, durch das die Spannachse (4) verläuft, wobei der zentrale Abschnitt (81) gegen die bewegliche Zahnstange (7) angeordnet ist,

- gebogene flexible Abschnitte (82, 83, 84, 85), die auf beiden Selten des zentralen Abschnitts (81) angeordnet sind, wobei sich die gebogenen flexiblen Abschnitte (82, 83, 84, 85) an der festen Zahnstange (8) abstützen, und

- wobei sich zwei Lappenansätze (86, 87) zur beweglichen Zahnstange (7) erstrecken derart, daß die beiden Lappenansätze (86, 87) jeweils in in der beweglichen Zahnstange (7) ausgesparten Schlitzen (49, 50) in Eingriff treten derart, daß die Rückstellfeder (9) mit der beweglichen Zahnstange (7) drehverbunden wird.

5. Positionsbeibehaltungsvorrichtung nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß:

- das erste Element (1) ein Lenksäulenrohrkörper für ein Kraftfahrzeug ist, wobei die Säule in wenigstens einer der Höhen- und Tiefeneinstellrichtungen in der vertikalen Ebene einstellbar ist;

- eine Lenkwelle (5) drehfrei im Rohrkörper angebracht ist;

- das zweite Element (2) ein an der Fahrzeugkarosserie (6) befestigtes Halterungselement ist; und

- das erste Element (1) in einem Einstellsystem für die Position der Lenksäule im zweiten Element (2) angeordnet ist, das Spannsystem in der entriegelten Position ist, das erste Element (1) an einer gewünschten Position in bezug auf das zweite Element (2) mittels des Einstellsystems angeordnet ist und das erste Element (1) in bezug auf das zweite Element (2) in der verriegelten Position durch das Spannsystem (3) blockiert ist.

6. Positionsbeibehaltungsvorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die feste Zahnstange (8), die gegen das zweite Element (2) angebracht ist, aus einer Platte (59) besteht, die umfaßt:

- eine Abstützfläche (60), die mit Positionsansätzen (61) im zweiten Element (2) versehen ist,

- zwei Kontaktflächen (63, 64), die in der Einstellrichtung orientiert sind und die entlang gegenüberliegender Seiten eines Langlochs (62) angeordnet sind, was die Durchführung der Spannachse (4) und das Durchfedern der Spannachse (4) zur Zeit der Positionseinstellung gestattet; und

- zwei Bahnen (51, 52), die mit Zähnen (53, 54) versehen sind, die in der Einstellrichtung orientiert sind und sich jeweils entlang der Kontaktflächen (63, 64) erstrecken.

7. Positionsbeibehaltungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Zahnstange (7), die mit dem ersten Element (1) verbunden ist, aus einer Platte (37) besteht, die umfaßt:

- ein Loch (36), durch das die Spannachse (4) verläuft,

- eine Abstützfläche (38) für das zusätzliche elastische Mittel (10),

- zwei Kontaktflächen (39) und (40) der Rückstellfeder (9), die um das Durchgangsloch (36) angeordnet sind,

- zwei Bahnen (41, 42), die mit Zähnen (43, 44) versehen sind, die in der Einstellrichtung orientiert sind und sich entlang der Kontakt flächen (39, 40) jeweils erstrecken, und

- zwei zentrale Schlitze (49, 50), die einander gegenüberliegen, jeweils bestimmt zur Aufnahme der beiden Lappenansätze (86, 87) der Rückstellfeder (9).

8. Positionsbeibehaltungsvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Zahnstangen (7, 8) unsymmetrische Zähne (43, 44; 53, 54) umfaßt, die jeweils Flanken (45, 47; 55, 57) aufweisen, die sehr wenig in bezug auf eine Ebene senkrecht zu den Zahnstangenkontaktflächen (39, 40; 63, 64) geneigt sind und die einen Flankenwinkel α kleiner als der Winkel entsprechend einem Reibungskoeffizienten der beiden Zahnstangen (7, 8) in bezug aufeinander bilden.

9. Positionsbeibehaltungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Bahnen (41, 42; 51, 52) jeder der Zahnstangen (7, 8) Zähne (43, 44; 53, 54) aufweisen, die Flankenwinkel (45 bis 48; 55 bis 58) aufweisen, die auf gegenüberliegende Weise angeordnet sind, so daß sie sich jeglicher Vertikalbeanspruchung längs zu den Zahnstangen entgegensetzen.

10. Positionsbeibehaltungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Zahnstange (7) und die feste Zahnstange (8) aus Sinterstahl sind.

11. Positionsbeibehaltungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die feste Zahnstange (8) aus glasfaserverstärktem thermoplastischem Material ist.

12. Positionsbeibehaltungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zusätzliche elastische Mittel (10) eine Druckfeder in Form einer Belleville-Federscheibe (92) ist.

13. Positionsbeibehaltungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zusätzliche elastische Mittel (10) eine Druckfeder mit zylindrischen Windungen (93) ist.

14. Positionsbeibehaltungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zusätzliche elastische Mittel (10) eine Druckfeder mit konischen Windungen (94) ist.

15. Positionsbeibehaltungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zusätzliche elastische Mittel (10) eine Druckfeder ist, die aus einem flexiblen Blech (95) besteht, das zwei gebogene flexible Abschnitte (100, 101) umfaßt.