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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 gattungsgemäß 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 gattungsbildende
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
kann es zweckmäßig sein, 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
und
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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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- 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