DE10015888C2

DE10015888C2 - Vorrichtung zur Verriegelung eines mit einem Zahnkranz versehenen Teiles, insbesondere der Lenkspindel eines Kraftfahrzeuges

Info

Publication number: DE10015888C2
Application number: DE2000115888
Authority: DE
Inventors: Harald Starken
Original assignee: Valeo Deutschland GmbH and Co Sicherheitssysteme
Current assignee: Valeo Deutschland GmbH and Co Sicherheitssysteme
Priority date: 2000-03-30
Filing date: 2000-03-30
Publication date: 2002-03-07
Anticipated expiration: 2020-03-31
Also published as: DE10015888A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verriegelung eines drehbaren mit einem Zahnkranz versehenen Teiles, insbesondere der Lenkspindel eines Kraftfahrzeuges, mit Hilfe eines zahn förmig ausgebildeten Sperrelementes, welches mittels eines Antriebes um eine Achse von einer Ent- in eine Verriegelungsstellung und zurück verschwenkbar angeordnet ist und welches in sei ner Verriegelungsstellung in die durch benachbarte Zähne des Zahnkranzes gebildete Ausneh mungen eingreift.

Derartige Vorrichtungen sind beispielsweise aus den Druckschriften DE 196 21 327 C1, DE 196 21 326 C1 und EP 846 602 A2 bekannt. Dabei ist das jeweilige Sperrelement am äuße ren Umfang des Trägerteiles befestigt, welches in der Verriegelungsstellung des Sperrele mentes senkrecht zur Schwenkachse des Zahnkranzes - von einer mittleren Ruhestellung aus - gegen den Druck entsprechender Federn nach beiden Seiten verschiebbar angeordnet ist.

Bei Kraftfahrzeug-Lenkungsverriegelungen, bei denen ein als Sperrnocken ausgebildetes Sperr element in der Verriegelungsstellung in die umfangseitig durch benachbarte Zähne eines Zahn kranzes gebildeten Ausnehmungen (Sperrnuten) eingreift, tritt häufig das Problem auf, daß das Sperrelement erst nach einer leichten Drehung der Lenkspindel in die entsprechende Ausneh mung des Zahnkranzes eingreifen kann, weil es zunächst auf die Spitze eines Zahnes trifft. Steht das Fahrzeug beispielsweise nahe an dem Bürgersteig einer Straße und werden die Lenkräder bei der Verdrehung der Lenkspindel gegen diesen gedrückt, so wird beim Entriegeln des Sperrelementes aufgrund der Verspannung der Lenkeinrichtung die Lenkspindel nach Freigabe durch das Sperrelement schlagartig etwas verdreht, was in Extremfällen sogar zu Verletzungen des Fahrers führen kann. Außerdem ist bei einer verspannten Lenkeinrichtung zum Herausziehen des Sperr elementes aus der Ausnehmung des Zahnkranzes häufig ein erheblicher Kraftaufwand erforder lich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art derart weiter zu entwickeln, daß die in der Verriegelungsstellung des Sperrelementes auf tretende Verspannung beim Entriegelungsvorgang nicht schlagartig, sondern so langsam abgebaut wird, daß eine Verletzung der in der Nähe der Vorrichtung befindlichen Personen und Sachen ausgeschlossen werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weite re, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die Unteransprüche. Die Erfindung beruht im wesentlichen auf dem Gedanken, das Sperrelement an einem Trä gerteil zu befestigen, welches in der Verriegelungsstellung des Sperrelementes senkrecht zur Schwenkachse des Zahnkranzes - von einer mittleren Ruhestellung aus - gegen den Druck entsprechender Federn nach beiden Seiten verschiebbar angeordnet ist und welches in vorgegebenen Abständen von dem Sperrelement beidseitig jeweils eine Schnecke um faßt.

In der Verriegelungsstellung des Sperrelementes wird daher bei einem Verdrehen des zu verriegelnden Teiles, z. B. der Lenkspindel eines Kraftfahrzeuges, jeweils einer der beiden die Ausnehmung begrenzenden Zähne des Zahnkranzes seitlich gegen das Sperrelement gedrückt und verschiebt das Trägerteil gegen den Druck der entsprechenden Feder so lange in Richtung der Längsachse des Trägerteiles, bis mindestens ein an die Zähne der Aus nehmung anschließender Zahn des Zahnkranzes in die entsprechende Schnecke des Trä gerteiles eingreift. Eine weitere Verschiebung des Trägerteiles wird dann z. B. durch einen gehäusefesten Anschlag unterbunden.

Soll anschließend das Sperrelement von der Ver- in die Entriegelungsstellung verschwenkt werden, so wird durch Zurückdrehen des Trägerteiles sowohl das Sperrelement ver schwenkt als auch eine kontrollierte Drehung des Zahnkranzes in Richtung des Verspann momentes durch Eingriff in die Schneckenkontur des Trägerteiles erlaubt. Sobald die Ver spannung vollständig abgebaut ist, bleibt der Zahnkranz stehen und die noch immer rotie rende Schnecke verschiebt sich bedingt durch den Eingriff in den Zahnkranz und unter stützt durch die Druckfeder in die mittlere Stellung. In dieser Stellung fällt vorzugsweise ein Steuerstift in eine im Gehäuse eingearbeitete Nut und schlägt in der entriegelten Lage an.

Der in der Nut befindliche Steuerstift verhindert die Verschiebung des Trägerteiles aus seiner mittleren Ruhelage, so daß in der entriegelten Stellung des Sperrelementes die Zäh ne des Zahnkranzes nicht in die Verzahnung der Schnecken eingreifen und zu einer unbe absichtigten Blockierung der Lenkspindel während der Fahrt des entsprechenden Fahrzeu ges führen.

Bei Vorrichtungen, die einen elektrischen Antrieb zur Betätigung des Sperrelementes be sitzen, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Entriegelungsstellung des Sperrelementes mit Hilfe eines die Lage des Steuerstiftes kontrollierenden Sensors zu überwachen.

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

Fig. 1 die Explosionsdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Verrie gelung der Lenkspindel eines Kraftfahrzeuges, wobei ein das Sperrelement auf nehmendes Trägerteil und der den Zahnkranz tragende Bereich der Lenkspindel gemeinsam von einem Gehäuse umschlossen sind;

Fig. 2-5 jeweils schematisch eine Seitenansicht des Trägerteiles mit Sperrelement und der Lenkspindel mit Zahnkranz in der entriegelten Stellung (Fig. 2), in der ver riegelten Stellung (Fig. 3) und in den beiden möglichen verspannten Stellungen (Fig. 4 und 5) des Sperrelementes und

Fig. 6 eine vergrößerte Ansicht der in Fig. 1 dargestellten Lenkspindel mit Zahn kranz.

In Fig. 1 ist mit 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung bezeichnet, die ein mehrteiliges Ge häuse 2 umfaßt. In dem Gehäuse 2 befindet sich ein Elektromotor 3 mit umkehrbarer Dreh richtung, welcher über ein Getriebe 4 mit einem Mitnehmer 5 verbunden ist. Der Mitneh mer umfaßt eine Welle 6, auf der ein Trägerteil 7 drehfest angeordnet ist, welches ein zahnförmig ausgebildetes Sperrelement 8 trägt. Auf dem Trägerteil 7 ist ferner in vorgege benen Abständen von dem Sperrelement 8 jeweils eine Schnecke 9, 10 mit entgegengesetzter Steigung angeordnet.

Das Trägerteil 7 ist in Richtung seiner Längsachse 11 auf der Welle 6 verschiebbar ange ordnet und stützt sich an seinen beiden Enden 12, 13 über Druckfedern 14, 15 an dem Ge häuse 2 bzw. dem Mitnehmer 5 ab. In den in Fig. 2 und 3 dargestellten Lagen des Träger teiles 7 befindet sich dieses in einer mittleren Ruhestellung.

An dem Trägerteil 7 ist ferner ein durch eine Feder 16 beaufschlagter Steuerstift 17 ange ordnet, dessen Funktion nachfolgend noch näher erläutert wird.

Die Vorrichtung 1 umfaßt auch eine elektronische Schaltungsvorrichtung, die auf einer Leiterplatte 18 angeordnet ist und mit einem Sensor 19 als auch mit einer an dem Gehäuse 2 angeordneten Steckverbindung (nicht dargestellt) verbunden ist.

Das Gehäuse 2 der Vorrichtung 1 umschließt ferner den Bereich einer Lenkspindel 20 ei nes entsprechenden Kraftfahrzeuges, in dem ein Zahnkranz 21 befestigt ist.

Nachfolgend wird die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 näher erläu tert. Dabei wird von der in Fig. 2 dargestellten Entriegelungsstellung des Sperrelementes 8 ausgegangen, in der sich das Trägerteil 7 in seiner mittleren Ruhestellung und das Sperr element 8 auf seiner dem Zahnkranz 21 abgewandten Seite befindet.

Soll die Lenkspindel 20 verriegelt werden, so wird der Elektromotor 3 (Fig. 1), z. B. mit Hilfe eines Transponders, aktiviert und dreht über das Getriebe 4 und den Mitnehmer 5 das Trägerteil 7 so lange, bis das Sperrelement 8 in die durch die beiden Zähne 22, 23 des Zahnkranzes 21 gebildete Ausnehmung 24 eingreift (Fig. 3). In dieser Stellung des Sperr elementes 8, die z. B. durch einen nicht dargestellten Sensor detektiert wird, schaltet der Elektromotor 3 ab. Die Lenkspindel 20 ist verriegelt.

Wird in der Verriegelungsstellung des Sperrelementes 8 die Lenkspindel 20 z. B. nach links verdreht, so drückt der Zahn 23 des Zahnkranzes 21 seitlich gegen das Sperrelement 8 und verschiebt das Trägerteil 7 gegen den Druck der Druckfeder 14 nach links, bis der mit 25 bezeichnete Zahn des Zahnkranzes 21 in die Verzahnung 26 der Schnecke 10 hineingedreht wird (Fig. 4). Anschließend wird das Ende 12 des Trägerteiles gegen einen gehäuse festen Anschlag (nicht dargestellt) gedrückt, so daß ein weiteres Verdrehen der Lenkspin del 20 nicht möglich ist.

Soll aus dieser verspannten Lage die Lenkspindel 20 wieder entriegelt werden, so wird der Elektromotor 3 erneut aktiviert und dreht über das Getriebe 4 und den Mitnehmer 5 das Trägerteil 7 zurück. Dabei wird das Sperrelement 8 aus der Ausnehmung 24 herausge schwenkt, wobei allerdings nicht eine schlagartige Freigabe der Lenkspindel 20 erfolgt, weil die Verzahnung des Zahnkranzes 21 das Trägerteil 7 so lange gegen den gehäusefe sten Anschlag drückt und damit in Eingriff mit der Schneckenverzahnung 26 des Träger teiles 7 bleibt, bis die Verspannung durch Drehung des Trägerteiles und damit durch Dre hung des Zahnkranzes 21 in Richtung des Verspannmomentes aufgehoben ist. Sobald die Verspannung aufgehoben ist, steht der Zahnkranz 21 still und das rotierende Trägerteil 7 verschiebt sich durch den Eingriff der Schneckenkontur mit dem Zahnkranz 21 und unter stützt durch die Feder 14 in seine Mittelstellung. Dort fällt der Steuerstift 17 in eine ent sprechende Nut 32' (Fig. 1) und schlägt in der Entriegelungsstellung an einem gehäusefe sten Anschlag an.

Um zu vermeiden, daß bei dem Entriegelungsvorgang das Sperrelement 8 durch die seit lich sich verschiebenden Zähne des Zahnkranzes 21 behindert wird, hat es sich als vorteil haft erwiesen, sowohl das zahnförmige Sperrelement 8 als auch die Zähne des Zahnkran zes 21 mit schräg ausgebildeten Flanken 27, 28 (Fig. 6) zu versehen, derart, daß das Sperr element 8 und die Zähne 22, 23, 25 des Zahnkranzes 21 jeweils pyramidenförmig ausge bildet sind, wobei die Grundfläche der jeweiligen Pyramide die Form eines Parallelo grammes aufweist. Durch eine derartige Formgebung der Zahnflanken ist sichergestellt, daß die Zähne des Zahnkranzes 21 und das zahnförmige Sperrelement 8 bei dem Entrie gelungsvorgang aneinander abgleiten, ohne daß es zu einem Verhaken dieser Teile mitein ander kommen kann.

Wird die Lenkspindel 20 in der Verriegelungsstellung des Sperrelementes 8 nach rechts verdreht, so wird das Trägerteil 7 ebenfalls nach rechts verschoben und der mit 29 be zeichnete Zahn des Zahnkranzes 21 greift in die Verzahnung 30 der linken Schnecke 9 des Trägerteiles 7 ein (Fig. 5). Das Trägerteil 7 wird anschließend gegen einen in dem Mitnehmer 5 angeordneten Anschlag 31 verschoben, so daß keine weitere Drehung der Lenkspin del 20 möglich ist. Im übrigen entsprechen die Vorgänge bei der Entriegelung der Lenk spindel 20 den vorstehend im Zusammenhang mit der linksverspannten Lenkspindel be schriebenen Vorgängen sinngemäß.

Um sicherzustellen, daß in der Entriegelungsstellung des Sperrelementes 8 die Zähne des Zahnkranzes 21 nicht in die Verzahnungen 26, 30 der Schnecken 9, 10 eingreifen können und zu einer unbeabsichtigten Blockierung der Lenkspindel 20 während der Fahrt des ent sprechenden Fahrzeuges führen, ist ein in Fig. 1 gestrichelt angedeuteter gehäusefester An schlag 32 vorgesehen, mit dem der an dem Trägerteil 7 angeordnete Steuerstift 17 zusam menwirkt, sobald sich das Sperrelement 8 in seiner Entriegelungsstellung befindet. Da durch wird eine axiale Verschiebung des Trägerteiles 7 unterbunden. Diese Stellung des Steuerstiftes 17 wird durch den Sensor 19 (z. B. einem Hallsensor, sofern der Steuerstift 17 einen Magneten trägt) detektiert und z. B. über die elektrische Schaltungsvorrichtung 18 der Elektromotor 3 abgeschaltet.

Bei dem Verschwenken des Sperrelementes 8 von der Ent- in die Verriegelungsstellung wird der federbeaufschlagte Steuerstift 17 durch die Gehäusekontur in eine Aufnahme 33 des Trägerteiles 7 hineingedrückt, so daß in der Verriegelungsstellung eine Verschiebung des Trägerteiles 7 durch den Steuerstift 17 nicht behindert wird.

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf das konkrete Ausführungsbeispiel be schränkt. So kann die erfindungsgemäße Vorrichtung beispielsweise nicht nur bei Lenkein richtungen von Fahrzeugen verwendet werden, sondern überall dort, wo es Probleme mit der Verspannung drehbarer Teile gibt.

Bezugszeichenliste

1

Vorrichtung

2

Gehäuse

3

Antrieb, Elektromotor

4

Getriebe
S Mitnehmer

6

Welle

7

Trägerteil

8

Sperrelement

9

,

10

Schnecken

11

Längsachse (Trägerteil)

12

,

13

Enden (Trägerteil)

14

,

15

Druckfedern, Federn

16

Feder

17

Steuerstift

18

Leiterplatte, Schaltungsvorrichtung

19

Sensor

20

Lenkspindel, Teil

21

Zahnkranz

22

,

23

Zahn

24

Ausnehmung

25

Zahn

26

Verzahnung

27

,

28

Flanken

29

Zahn

30

Verzahnung

31

Anschlag

32

gehäusefester Anschlag

32

' Nut

33

Aufnahme

Claims

1. Vorrichtung zur Verriegelung eines drehbaren mit einem Zahnkranz (21) versehenen Teiles (20), insbesondere der Lenkspindel eines Kraftfahrzeuges, mit Hilfe eines zahnförmig ausgebildeten Sperrelementes (8), welches mittels eines Antriebes (3) um eine Achse von einer Ent- in eine Verriegelungsstellung und zurück verschwenk bar angeordnet ist und welches in seiner Verriegelungsstellung in die durch benach barte Zähne (22, 23) des Zahnkranzes (21) gebildete Ausnehmungen (24) eingreift, mit den Merkmalen:

a) das Sperrelement (8) ist an dem äußeren Umfang eines Trägerteiles (7) befestigt, welches in der Verriegelungsstellung des Sperrelementes (8) senkrecht zur Schwenkachse des Zahnkranzes (21) - von einer mittleren Ruhestellung aus - gegen den Druck entsprechender Federn (14, 15) nach beiden Seiten verschiebbar ange ordnet ist;
b) auf dem Trägerteil (7) sind in vorgegebenen Abständen von dem Sperrelement (8) beidseitig jeweils eine Schnecke (9, 10) angeordnet, derart,

daß in der Verriegelungsstellung des Sperrelementes (8) bei einem Verdrehen des zu verriegelnden Teiles (20) jeweils einer der beiden die Ausnehmung (24) begren zenden Zähne (22, 23) des Zahnkranzes (21) seitlich gegen das Sperrelement (8) drückt und dieses so lange in Richtung der Längsachse (11) des Trägerteiles (7) verschiebt, bis mindestens ein an die Zähne (22, 23) der Ausnehmung (24) anschlie ßender Zahn (25, 29) des Zahnkranzes (21) in die Verzahnung (26, 30) der entspre chenden Schnecke (9, 10) eingreift und
daß bei der Drehung des Trägerteiles (7) zum Verschwenken des Sperrelementes (8) von der Verriegelungs- in die Entriegelungsstellung sowohl das Sperrelement (8) verschwenkt wird als auch durch den Eingriff in die entsprechende Schnecken verzahnung (26, 30) des Trägerteiles (7) eine Drehung des Zahnkranzes (21) in Richtung des Verspannmomentes erfolgt, wobei nach dem Abbau der Verspannung der Zahnkranz (21) stehenbleibt und das Trägerteil (7) durch die sich weiter dre hende, in Eingriff mit dem Zahnkranz (21) stehende Schnecke (9, 10) sowie durch die entsprechende Druckfeder (14, 15) wieder in seine mittlere Ruhestellung zu rückverschoben wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (1) einen an dem Trägerteil (7) vorgesehenen Steuerstift (17) und einen an einem die Vorrichtung mindestens teilweise umschließenden Gehäuse (2) angeordneten An schlag (32) umfaßt, welcher derart angeordnet ist, daß in der Entriegelungsstellung des Sperrelementes (8) der Steuerstift (17) an dem Anschlag (32) anschlägt und das Trägerteil (7) gegen Verschieben sichert.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem An trieb (3) um einen Elektromotor mit umkehrbarer Drehrichtung handelt, welcher über ein Getriebe (4) auf einen mit dem Trägerteil (7) drehfest verbundenen Mitnehmer (5) wirkt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerteil (7) drehfest, aber in Richtung seiner Längsachse (11) verschiebbar auf einer mit dem Mitnehmer (5) drehfest verbundenen Welle (6) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gehäuse (2) eine Leiterplatte (18) mit einer elektronischen Schaltungsvorrich tung angeordnet ist, welche elektrisch mit einem Sensor (19) verbunden ist, welcher die Lage des Steuerstiftes (17) in der entriegelten, aber gesicherten Stellung des Sperrelementes (8) detektiert.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zahnförmige Sperrelement (8) und die Zähne (22, 23, 25, 29) des Zahnkranzes (21) jeweils pyramidenförmig ausgebildet sind und die Grundfläche der jeweiligen Pyrami de die Form eines Parallelogrammes bildet.