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Die Erfindung betrifft eine Feststellvorrichtung für eine verstellbare Kraftfahrzeuglenksäule, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Zur Anpassung an die Sitzposition des Fahrers sind Kraftfahrzeuge zumeist mit verstellbaren Lenkrädern bzw. verstellbaren Lenksäulen ausgestattet. Derartige verstellbare Lenksäulen sind in der Regel sowohl in der Vertikalen als auch entlang der Lenksäulenachse vor und zurück verstellbar. Der Fahrzeugführer kann das Lenkrad bei diesen Lenksäulen somit in eine für ihn bequeme Höhen- und Abstandposition bringen, wobei die Lenksäule nach der entsprechenden Verstellung mit einer Feststellvorrichtung arretiert wird. Dabei muss die Arretierung zuverlässig sowohl bezüglich der vertikalen Verstellung des Lenkrades als auch gleichzeitig für dessen Längsverstellung erfolgen.
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Eine gattungsgemäße Feststellvorrichtung ist beispielsweise aus der Druckschrift
DE 10 2004 051 060 B3 bekannt.
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Derartige aus dem Stand der Technik bekannte Feststellvorrichtungen für verstellbare Lenksäulen umfassen üblicherweise eine mit der Lenksäule verbundene Stelleinheit und eine mit der Karosseriestruktur des Kraftfahrzeugs gekoppelte Trageinheit. Dabei sind Stelleinheit und Trageinheit zum Zweck der Verstellung der Lenksäule - nach dem Lösen einer entsprechenden Klemmvorrichtung - gegeneinander verschiebbar, um auf diese Weise die Einstellung der Lenkradposition durch den Nutzer im Hinblick auf dessen persönliche Präferenzen zu ermöglichen.
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Nachdem der Nutzer die persönlich präferierte Lenkradposition gefunden und eingestellt hat, wird die eingestellte Position durch Schließen der Klemmvorrichtung wieder fixiert. Hierbei werden konstruktiv hohe Ansprüche insbesondere an die Klemmvorrichtung gestellt.
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So soll einerseits die Öffnungs- ebenso wie die Schließbewegung der Klemmvorrichtung möglichst leichtgängig erfolgen können, um bei der Betätigung durch den Nutzer einen möglichst geringen Kraftaufwand zu verursachen. Andererseits ist es erforderlich, dass die beim Schließen der Klemmvorrichtung aufgebauten Haltekräfte ausreichend groß sind, um nicht nur den während des normalen Betriebs des Kraftfahrzeugs am Lenkrad auftretenden Kräften standzuhalten. Vielmehr müssen die Haltekräfte der Klemmvorrichtung auch im Crashfall genügend groß sein, um unerwünschten, crashinduzierten Bewegungen der Lenksäule bzw. des Lenkrads entgegenzuwirken, die andernfalls zu Verletzungen des Fahrers führen könnten. Diese Anforderung bedeutet mit anderen Worten, dass die Klemmvorrichtung (bei möglichst geringen Betätigungskräften) ggf. extrem hohe, bei einem Crash auftretende Haltekräfte entwickeln muss.
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Zu diesem Zweck sind einerseits Klemmvorrichtungen bekannt, die nach dem Prinzip der Lamellenkupplung arbeiten, bei denen somit mehrere parallele Kontaktflächenpaare zwischen der karosserieseitigen Aufhängung der Lenksäule (Trageinheit), und dem verstellbaren Teil der Lenksäule (Stelleinheit) angeordnet sind, wobei die Lamellen bzw. Kontaktflächenpaare beim Schließen der Klemmvorrichtung aufeinander gepresst werden.
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Zwar lassen sich mit einer derartigen Konstruktion für die Klemmvorrichtung vergleichsweise geringe Betätigungskräfte beim Öffnen und Schließen der Klemmvorrichtung erreichen, die jedoch durch wiederum vergleichsweise große Betätigungswege zur Trennung der Lamellen voneinander erkauft werden. Mit anderen Worten wird bei derartigen Lamellenklemmvorrichtungen zwar die Betätigungskraft verringert, dabei jedoch gleichzeitig der Betätigungsweg erhöht, wodurch die zur Betätigung erforderliche Arbeit im Wesentlichen auf dem gleichen Niveau bleibt.
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Ähnliches gilt, wenn lamellenlose kraftschlüssige Klemmmechanismen mit entsprechend erhöhten Klemmkräften zum Einsatz kommen. Hierbei sind zwar die Betätigungswege reduziert, dafür erhöhen sich jedoch die Betätigungskräfte entsprechend. Zudem ergibt sich durch die hohen Klemmkräfte eine hohe Bauteilbeanspruchung sowie ein potenziell hoher Verschleiß im Bereich der Klemmbauteile.
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Ein aus dem Stand der Technik ebenfalls bekannter alternativer Ansatz zur Verriegelung verstellbarer Lenksäulen gegenüber der Karosserie besteht darin, dass ineinandergreifende Verzahnungen, beispielsweise in Form von Zahnleisten, Zahnstangen bzw. Krallen verwendet werden, die beim Öffnen der Klemmvorrichtung voneinander getrennt werden, wodurch das Lenkrad verstellt werden kann. Beim Schließen der Klemmvorrichtung greifen die jeweils lenksäulenseitig und karosserieseitig angeordneten Verzahnungen wieder ineinander, wodurch eine formschlüssige Verriegelung der Lenksäule gegenüber der Karosserie hergestellt wird.
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Der Nachteil derartiger formschlüssig wirkender Verriegelungen besteht einerseits darin, dass diese aufgrund der formschlüssig ineinandergreifenden Verzahnungen keine stufenlose Verstellbarkeit der Lenksäule und damit des Lenkrads ermöglichen. Andererseits ist bei derartigen formschlüssig wirkenden Verriegelungen für verstellbare Lenksäulen nicht ohne weiteres sichergestellt, dass die lenksäulenseitigen und die karosserieseitigen Verzahnungselemente bei der Verriegelung der Feststellvorrichtung durch den Nutzer tatsächlich formschlüssig ineinandergreifen, sondern es können insbesondere auch Zahn-auf-Zahn-Stellungen der Verzahnungselemente vorkommen, bei denen die formschlüssige Verriegelung zwischen Lenksäule und Karosserieträger somit nicht gewährleistet ist. Dies kann einerseits zu stark erhöhten Betätigungskräften beim Schließen der Klemmvorrichtung, und andererseits zum unkontrollierten Durchrutschen der Verriegelung im Crashfall führen.
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Die
DE 10 2007 003 091 B3 offenbart eine Feststelleinrichtung, bei der eine elastisch biegbare Zahnplatte angeordnet ist, wobei die Zahnplatte bei einer Zahn auf Zahn Stellung durchgebogen wird.
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Mit diesem Hintergrund ist es somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Feststellvorrichtung für eine Kraftfahrzeuglenksäule zu schaffen, mit der sich die genannten, im Stand der Technik vorhandenen Nachteile überwinden lassen. Die Erfindung soll dabei insbesondere ein leichtgängiges Öffnen und Schließen der Feststellvorrichtung erlauben, wobei gleichzeitig sowohl eine stufenlose Verstellbarkeit als auch - insbesondere für den Crashfall - eine sichere formschlüssige Verriegelung der Lenksäule gegenüber der Karosserie gewährleistet werden soll. Ferner soll weder die Leichtgängigkeit der Betätigung der Feststellvorrichtung, noch die Sicherheit der formschlüssigen Verriegelung durch etwaige Zahn-auf-Zahn-Stellungen der Verriegelungselemente beeinträchtigt werden.
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Diese Aufgabe wird durch eine Feststellvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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In für sich genommen zunächst bekannter Weise dient die Feststellvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung der Fixierung einer verstellbaren Kraftfahrzeuglenksäule in einer bestimmten Verstellposition. Die Feststellvorrichtung umfasst hierzu eine mit der Kraftfahrzeuglenksäule verbindbare Stelleinheit mit einer Klemmbolzenvorrichtung und mit einem Reibschuh, sowie eine mit der Karosseriestruktur des Kraftfahrzeugs (bzw. mit einem an der Karosseriestruktur angeordneten Lenksäulenträger) verbindbare Trageinheit. Die Trageinheit umfasst zumindest eine entlang der Verstellrichtung der Lenksäule verlaufende Klemmleiste, und der Reibschuh lässt sich mittels der Klemmbolzenvorrichtung gegenüber der Klemmleiste zwischen einer gelösten und einer klemmenden Relativposition hin und her bewegen.
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In der gelösten Relativposition des Reibschuhs gegenüber der Klemmleiste sind Reibschuh, Stelleinheit mit Klemmbolzenvorrichtung und Lenksäule gegenüber Klemmleiste, Trageinheit und Karosseriestruktur entlang der Verstellrichtung (also entlang der Klemmleiste) relativverschiebbar, während der Reibschuh in der klemmenden Relativposition von Reibschuh und Klemmleiste mittels der Klemmbolzenvorrichtung - gegen die Rückstellkraft eines zur Klemmbolzenvorrichtung gehörenden Rückstellfederelements - auf die Klemmleiste gepresst ist, wodurch Reibschuh, Stelleinheit und Lenksäule gegenüber Klemmleiste, Trageinheit und Karosseriestruktur kraftschlüssig miteinander verriegelt sind.
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Erfindungsgemäß jedoch zeichnet sich die Feststellvorrichtung dadurch aus, dass das Rückstellfederelement der Klemmbolzenvorrichtung über ein elastisches Koppelelement mit zumindest einer an der Trageinheit angeordneten Zahnleiste gekoppelt ist, während der Reibschuh eine Verzahnung aufweist. Dabei ist die Zahnleiste - mittels der elastischen Kopplung an das Rückstellfederelement - gegenüber der Verzahnung des Reibschuhs zwischen einer Nichteingriffsposition und einer Eingriffsposition hin und her bewegbar. Die Nichteingriffsposition der Zahnleiste und der Verzahnung des Reibschuhs korrespondiert dabei mit der gelösten Relativposition des Reibschuhs gegenüber der Klemmleiste, während die Eingriffsposition von Zahnleiste 12 und Reibschuh mit der klemmenden Relativposition von Reibschuh und Klemmleiste korrespondiert.
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Dank der Erfindung lässt sich die Lenksäule gegenüber der Karosseriestruktur (bzw. gegenüber einem an der Karosserie angeordneten Lenksäulenträger) somit sowohl kraftschlüssig als auch formschlüssig verriegeln. Die kraftschlüssige Verriegelung der Lenksäule erfolgt dabei durch das Anpressen des mit der verstellbaren Lenksäule verbundenen Reibschuhs an die mit dem Lenksäulenträger verbundene Klemmleiste mittels der Klemmbolzenvorrichtung. Zum Herstellen bzw. Lösen der kraftschlüssigen Verriegelung der verstellbaren Lenksäule ist somit lediglich eine geringe Betätigungskraft bzw. Betätigungsarbeit erforderlich, da vom Bediener hierzu lediglich ein gewisser (für die Fixierung der Lenksäule im Normalbetrieb ausreichender) Anpressdruck zwischen Reibschuh und Klemmleiste erzeugt bzw. aufgehoben werden muss.
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Gleichzeitig wird dank der Erfindung jedoch auch eine zusätzliche, formschlüssige Verriegelung zwischen Lenksäule und Karosserie bzw. Lenksäulenträger hergestellt. Zu diesem Zweck umfasst die erfindungsgemäße Feststellvorrichtung zumindest eine karosserie- bzw. Lenksäulenträgerseitige, zwischen einer Nichteingriffsposition und einer Eingriffsposition hin und her bewegbare Zahnleiste, sowie eine am Reibschuh angeordnete, zu der Zahnleiste formkorrespondierende Verzahnung. Dabei können Zahnleiste und Reibschuhverzahnung - anhand der Bewegbarkeit der Zahnleiste - miteinander in formschlüssigen Eingriff gebracht werden, wodurch sich die formschlüssige Verriegelung zwischen Lenksäule und Karosserie bzw. Lenksäulenträger ergibt.
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Hierzu ist das Rückstellfederelement der Klemmbolzenvorrichtung über das elastische Koppelelement mit der beweglichen Zahnleiste dergestalt gekoppelt, dass die Zahnleiste - der Relativbewegung des Reibschuhs gegenüber der Klemmleiste folgend - relativ zur Reibschuhverzahnung zwischen einer Nichteingriffsposition und einer Eingriffsposition mit der Reibschuhverzahnung hin und her bewegbar ist.
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Dies bedeutet mit anderen Worten, dass beim Schließen der Klemmbolzenvorrichtung, bei dem der Reibschuh auf die Klemmleiste gepresst wird, wodurch sich die gewünschte kraftschlüssige Verriegelung der Lenksäule gegenüber der Karosserie ergibt, gleichzeitig auch die - mit dem Rückstellfederelement der Klemmbolzenvorrichtung gekoppelte - bewegliche Zahnleiste in Richtung auf die Reibschuhverzahnung in Bewegung gesetzt wird.
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Da diese Kopplung der beweglichen Zahnleiste an das Rückstellfederelement der Klemmbolzenvorrichtung jedoch - in Form des elastischen Koppelelements - elastisch ausgebildet ist, werden hierdurch die im Stand der Technik vorzufindenden Nachteile formschlüssiger Feststellvorrichtungen für Lenksäulen vermieden.
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Denn dank der Erfindung wird die - im Crashfall bedeutende - formschlüssige Verriegelung der Lenksäule entweder bereits unmittelbar beim Schließen der Klemmbolzenvorrichtung durch den Benutzer hergestellt, und zwar dann, wenn sich die formkorrespondierenden Verzahnungen von Zahnleiste und Reibschuh bereits beim Schließen der Klemmbolzenvorrichtung in einer zum gegenseitigen Eingriff geeigneten Relativposition befinden.
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Falls die Lenksäule durch den Benutzer jedoch in einer Verstellposition verriegelt worden sein sollte, bei der sich die Verzahnungen von Zahnleiste und Reibschuh noch nicht in einer zum Eingriff geeigneten gegenseitigen Relativposition befinden sollten, so beeinträchtigt dies - dank der elastischen Kopplung zwischen Rückstellfederelement und Zahnleiste durch das elastische Koppelelement - zunächst einmal nicht die kraftschlüssige Verriegelung der Lenksäule. Die kraftschlüssige Verriegelung kann vielmehr ohne weiteres in der gewünschten Verstellposition der Lenksäule erfolgen selbst dann, wenn sich die Verzahnungen von Zahnleiste und Reibschuh in der gewählten Verstellposition in einer Zahn-auf-Zahn-Stellung befinden sollten.
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In diesem Fall wird beim Schließen der Klemmbolzenvorrichtung durch den Benutzer - neben der Herstellung der kraftschlüssigen Verriegelung durch Aneinanderpressen von Reibschuh und Klemmleiste - zusätzlich noch das elastische Koppelelement, das funktional zwischen dem Rückstellfederelement der Klemmbolzenvorrichtung und der zumindest einen Zahnleiste angeordnet ist, vorgespannt.
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Falls somit in einem etwaigen Crashfall so große Crashkräfte auftreten sollten, dass die kraftschlüssige Verriegelung der Lenksäule versagen und somit ein formschlüssiger Eingriff zwischen Zahnleiste und Reibschuhverzahnung erforderlich werden sollte, so wird die bewegliche Zahnleiste - dank der Vorspannung des elastischen Koppelelements - bei beginnendem Durchrutschen der kraftschlüssigen Verriegelung weiterhin in Richtung auf die Reibschuhverzahnung gedrückt bzw. bewegt, wodurch der formschlüssige Eingriff zwischen Zahnleiste und Reibschuhverzahnung - nach einem minimalen Bewegungsweg der kraftschlüssigen Verriegelung zwischen Reibschuh und Klemmleiste - sofort sicher hergestellt wird.
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Damit verbindet die Erfindung die Vorteile lamellenloser kraftschlüssiger Feststellvorrichtungen (stufenlose Verstellbarkeit bei geringer Betätigungskraft) mit den Vorteilen formschlüssiger Feststellvorrichtungen (Sicherheit gegen Durchrutschen im Crashfall), ohne jedoch deren Nachteile aufzuweisen (geringe Feststellkräfte oder hohe Betätigungsarbeit bei kraftschlüssigen Feststellvorrichtungen, nicht stufenlose Einstellbarkeit bei formschlüssigen Feststellvorrichtungen).
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Prinzipiell wird die Erfindung zunächst einmal unabhängig davon verwirklicht, wie Rückstellfederelement, elastisches Koppelelement, Zahnleiste und Reibschuhverzahnung konstruktiv ausgebildet und angeordnet sind, solange die elastische Kopplung zwischen dem Bewegungsweg des Rückstellfederelements bei der Betätigung der Klemmbolzenvorrichtung und bei der entsprechenden Bewegung der Zahnleiste in Richtung auf die Reibschuhverzahnung gewährleistet ist.
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Gemäß bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung jedoch ist die Reibschuhverzahnung an einer zur Klemmleiste parallel verlaufenden Seitenfläche des Reibschuhs angeordnet und dabei vorzugsweise einstückig mit dem Reibschuh ausgebildet. Dies trägt zu einer besonders kompakten Auslegung der Feststellvorrichtung im Bereich der Klemmbolzenvorrichtung mit einer möglichst geringen Anzahl an Einzelteilen bei.
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Gemäß einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist an zwei gegenüberliegenden Seitenflächen des Reibschuhs jeweils eine Verzahnung angeordnet. Dabei ist jeder der beiden am Reibschuh angeordneten Verzahnungen eine trageinheitsseitige Zahnleiste zugeordnet, die mit der entsprechenden, stelleinheitseitigen Reibschuhverzahnung zum Zweck der formschlüssigen Lenksäulenverriegelung in Eingriff gebracht werden kann.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die dem Reibschuh zugewandte Kontaktoberfläche der Klemmleiste gegenüber der Bewegungsrichtung der Klemmleiste (zwischen der gelösten und der klemmenden Relativposition von Klemmleiste und Reibschuh) unter einem spitzen Winkel schräg angeordnet ist. Hierdurch ergibt sich eine Kraftverstärkung der Normalkräfte zwischen der Kontaktoberfläche der Klemmleiste und der entsprechenden Gegenkontaktfläche am Reibschuh, und eine dementsprechend erhöhte Anpresskraft bzw. Haltekraft zwischen Reibschuh und Klemmleiste, bei gleichzeitig vergleichsweise geringer Betätigungskraft zur Betätigung der Klemmbolzenvorrichtung.
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Vorzugsweise weist die Trageinheit zudem nicht nur eine Klemmleiste, sondern zwei im Wesentlichen parallel verlaufende Klemmleisten auf. Auf diese Weise kann somit der Reibschuh - beim Verschließen bzw. Spannen der Klemmbolzenvorrichtung - unter prinzipiell symmetrischen Kräfteverhältnissen an beiden Klemmleisten zur Anlage kommen. Zudem heben sich so die Querkraftkomponenten gegenseitig auf, die durch die etwaige Schrägstellung der Kontaktoberflächen von Reibschuh und Klemmleisten bei der Klemmung entstehen, wodurch die Klemmbolzenvorrichtung entlastet wird und trotz der hohen Klemm- bzw. Querkräfte leichtgängig bleibt.
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Weitere besonders bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sehen vor, dass das Rückstellfederelement und das elastische Koppelelement einstückig ausgebildet sind. Vorzugsweise ist zudem auch die zumindest eine Zahnleiste einstückig zusammen mit dem Rückstellfederelement und dem elastischen Koppelelement ausgebildet, wodurch Rückstellfederelement, Koppelelement und Zahnleiste bzw. Zahnleisten somit eine einstückige Verriegelungsfeder bilden können.
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Diese Ausführungsform ist besonders vorteilhaft im Hinblick auf Teilereduktion und Funktionsintegration, da die Funktionen des Rückstellfederelements der Klemmbolzenvorrichtung (Unterstützung der Trennung von Reibschuh und Klemmleiste beim Öffnen der Feststellvorrichtung), des Koppelelements (elastische Kopplung des Bewegungswegs von Rückstellfederelement und Zahnleiste) sowie der Zahnleiste selbst (formschlüssige Verriegelung zwischen Reibschuh und Lenksäulenträger bzw. Karosserie) auf diese Weise sämtlich in einem einzigen Bauteil in Form der Verriegelungsfeder vereinigt werden. Dies kommt zudem auch einer erhöhten Modularität der Feststellvorrichtung im Sinne eines kostengünstigen Baukastensystems zugute insofern, als sich durch Austausch lediglich der Verriegelungsfeder wesentliche Kenngrößen der Feststellvorrichtung an die jeweiligen Randbedingungen des Kraftfahrzeugs anpassen lassen.
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Mit diesem Hintergrund sieht eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung vor, dass die Verriegelungsfeder als näherungsweise wannenförmiges, einstückiges Bauteil mit offenem Boden, mit Seitenwangen und daran angeordneten Zahnleisten und mit offenen Stirnseiten ausgebildet ist. Dabei wird die Funktion des elastischen Koppelelements (also die elastische Kopplung des Bewegungswegs der Zahnleiste bzw. der Zahnleisten an den Bewegungsweg des Rückstellfederelements) gebildet durch eine biegeelastische Ausbildung der Verbindung zwischen den Seitenwangen der wannenförmigen Verriegelungsfeder, welche die Zahnleisten der Verriegelungsfeder tragen.
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Die elastische Verbindung der beiden Längsseiten bzw. Seitenwangen der Verriegelungsfeder, an denen die Zahnleisten der Verriegelungsfeder angeordnet sind, ermöglicht somit, dass die Zahnleisten der Verriegelungsfeder im Fall einer etwaigen Zahn-auf-Zahn-Stellung zwischen den beiden Zahnleisten und den Reibschuhverzahnungen unter entsprechender elastischer Vorspannung - in Richtung auf den zwischen den Zahnleisten positionierten Reibschuh - stehen, solange die Zahn-auf-Zahn-Stellung erhalten bleibt. Im etwaigen Crashfall und dem dabei möglicherweise auftretenden Durchrutschen der kraftschlüssigen Verriegelung zwischen Reibschuh und Klemmleiste wird auf diese Weise gewährleistet, dass die Zahnleisten der Verriegelungsfeder - dank des durch die elastische Verbindung der beiden Seitenwangen der Verriegelungsfeder gebildeten Koppelelements der Verriegelungsfeder - sofort in Eingriff mit den beiden Verzahnungen des Reibschuhs geraten, wodurch weiteres Durchrutschen der Lenksäulenverstellung sicher unterbunden wird.
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Mit dem Hintergrund der vorstehenden Ausführungsform sieht eine weitere, besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung vor, dass das Rückstellfederelement der (näherungsweise wannenförmigen) Verriegelungsfeder als Druckleiste ausgebildet und wannenbodenseitig an den Seitenwangen der Verriegelungsfeder angeordnet ist, wobei die Druckleiste mittels der Seitenwangen wannenbodenseitig sowie biegeelastisch mit der Verbindungsbrücke verbunden ist. Dabei stellt die Druckleiste eine Anlage für eine am Reibschuh angeordnete Gleitdruckfläche dar dergestalt, dass die Bewegung des Reibschuhs zwischen der gelösten und der klemmenden Relativposition über den dadurch ausgelösten Anpressdruck der Gleitdruckfläche des Reibschuhs auf die Druckleiste der Verriegelungsfeder zu einer - aufgrund der wannenbodenseitigen Anordnung der Druckleiste und der ebenfalls wannenbodenseitigen, biegeelastischen Anlenkung der Seitenwangen an die Verbindungsbrücke - federnd einwärts kippenden Bewegung der Zahnleisten führt.
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Dies bedeutet mit anderen Worten, dass bei dieser Ausführungsform der Erfindung die Zahnleisten zwischen ihrer Nichteingriffsposition und ihrer Eingriffsposition (mit den entsprechenden Verzahnungen des Reibschuhs) durch den vom Reibschuh selbst ausgeübten Anpressdruck auf die an den Seitenwangen angeordneten Druckleisten hin und her bewegt werden. Dabei können die Zahnleisten nach wie vor elastisch gegen die entsprechenden Verzahnungen des Reibschuhs vorgespannt werden, falls Verriegelungsfeder und Reibschuh sich in einer Relativposition befinden sollten, die einer Zahn-auf-Zahn-Stellung der Verzahnungen von Verriegelungsfeder und Reibschuh entspricht, vgl. die zuletzt vorstehend beschriebene Ausführungsform.
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Insgesamt ergibt sich auf diese Weise eine äußerst kompakte Realisierung der formschlüssigen Verriegelung zwischen Reibschuh und Verriegelungsfeder, wobei gleichzeitig die stufenlose Verstellbarkeit der Feststellvorrichtung ebenso gewährleistet ist wie der sichere formschlüssige Eingriff zwischen Reibschuh und Verriegelungsfeder im Crashfall.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand lediglich Ausführungsbeispiele darstellender Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt:
- 1 in isometrischer Darstellung eine verstellbare Lenksäule eines Kraftfahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen Feststellvorrichtung;
- 2 in einer vergrößerten Ausschnittsdarstellung Teile der Feststellvorrichtung der verstellbaren Lenksäule gemäß 1;
- 3 einen Längsschnitt entlang des Spannbolzens durch den Bereich der Feststellvorrichtung gemäß 2 mit Reibschuh und Verriegelungsfeder, bei geöffneter Spannbolzenvorrichtung;
- 4 in axonometrischer Darstellung Reibschuh und Verriegelungsfeder in Öffnungsstellung gemäß 3;
- 5 in einer 3 entsprechenden Darstellung die Feststellvorrichtung gemäß 2 bei geschlossener Spannbolzenvorrichtung in der Verriegelungsstellung;
- 6 in einer 4 entsprechenden Darstellung Reibschuh und Verriegelungsfeder bei geschlossener Spannbolzenvorrichtung im gegenseitigen Verzahnungseingriff;
- 7 in einer 3 und 5 entsprechenden, vergrößerten Darstellung die Feststellvorrichtung gemäß 2 bei geschlossener Spannbolzenvorrichtung in einer Zahn-auf-Zahn-Stellung von Verriegelungsfeder und Reibschuh; und
- 8 in einer 7 entsprechenden Darstellung die Feststellvorrichtung bei geschlossener Spannbolzenvorrichtung unter wiederhergestelltem Verzahnungseingriff von Reibschuh und Verriegelungsfeder gemäß 5 und 6.
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1 zeigt eine verstellbare Lenksäule 1, 2, 3 eines Kraftfahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen Feststellvorrichtung. Man erkennt zunächst die Lenkwelle 1, auf der ein (nicht dargestelltes) Lenkrad angeordnet werden kann. Die Lenkwelle 1 ist drehbar in einem Mantelrohr 2 gelagert, wobei das Mantelrohr 2 wiederum in einem Führungsrohr 3 aufgenommen ist. Das Führungsrohr 3 ist mittels einer Stelleinheit 4, die einen Betätigungshebel 5 aufweist, an einen karosseriefesten Lenksäulenträger 6 gekoppelt.
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Die Lenkwelle 1 und damit das Lenkrad ist somit gegenüber der Karosserie bzw. gegenüber dem karosseriefesten Lenksäulenträger 6 einerseits in der Längsposition verstellbar (indem das Mantelrohr 2 bei gelöstem Betätigungshebel 5 im Führungsrohr 3 axial verschoben werden kann). Andererseits lässt sich die Lenkwelle 1 und damit das Lenkrad auch in der Vertikalposition verstellen, indem das Führungsrohr 3 (mit dem darin geführten Mantelrohr 2 und der im Mantelrohr 2 gelagerten Lenkwelle 1) bei gelöstem Betätigungshebel 5 mittels der Stelleinheit 4 im Wesentlichen vertikal auf und ab verschwenkt werden kann.
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Die Stelleinheit 4 umfasst dabei eine erfindungsgemäße Feststellvorrichtung, deren wesentliche Bestandteile in 2 nochmals vergrößert dargestellt sind. Die Feststellvorrichtung gemäß 2 dient dabei dazu, die Lenkwelle 1 und damit das Lenkrad in der vertikalen Position sicher zu fixieren, sobald der Betätigungshebel 5 geschlossen ist. Hierzu umfasst die Feststellvorrichtung gemäß 2 zunächst einen Klemmbolzen 7, wobei der Klemmbolzen 7 in einer Querbohrung des Führungsrohrs 3 gelagert ist und mittels des Betätigungshebels 5 axial entspannt und wieder gespannt werden kann.
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Mittels des Klemmbolzens 7 wird - im Verriegelungszustand der Feststellvorrichtung - ein auf den Klemmbolzen 7 gefädelter Reibschuh 8 auf ein Paar Klemmleisten 9 gepresst, wodurch sich (mittels Reibung im Bereich der Auflage des Reibschuhs 8 auf den Klemmleisten 9) zunächst eine kraftschlüssige Verriegelung bezüglich der vertikalen Verstellposition der Lenksäule 1, 2, 3 gegenüber dem Lenksäulenträger 6 ergibt. Dabei ist der in 2 sichtbare Bauteilumfang der Feststellvorrichtung, insbesondere Reibschuh 8 und Klemmleisten 9, spiegelbildlich nochmals auf der zeichnungsbezogen dem Betrachter abgewandten Seite der Darstellungen gemäß 1 bzw. 2 vorhanden.
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Erfindungsgemäß wird der Reibschuh 8 jedoch nicht nur kraftschlüssig, sondern zusätzlich auch noch formschlüssig relativ zum Lenksäulenträger 6 - und damit relativ zur Fahrzeugkarosserie - fixiert. Hierzu umfasst die erfindungsgemäße Feststellvorrichtung jeweils eine dem jeweiligen Reibschuh 8 zugeordnete Verriegelungsfeder 10 mit zwei Seitenwangen 11. Die Verriegelungsfeder 10 weist an ihren beiden Seitenwangen 11 angeordnete, in Richtung der Längsseiten des Reibschuhs 8 weisende Zahnleisten 12 auf, die im verriegelten Zustand der Feststellvorrichtung in formschlüssigen Eingriff mit den Verzahnungsflächen 13 gebracht werden, welche an den Längsseiten des Reibschuhs 8 angeordnet sind.
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Insgesamt wird auf diese Weise die Lenksäule 1, 2, 3 somit - relativ zum Lenksäulenträger 6 bzw. relativ zur Fahrzeugkarosserie - in der vertikalen Richtung sowohl kraftschlüssig als auch formschlüssig verriegelt.
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In den 3 bis 6 ist das Zusammenwirken von Klemmbolzen 7, Reibschuh 8, Klemmleisten 9 und Verriegelungsfeder 10 im entriegelten Zustand (3, 4) bzw. im verriegelten Zustand (5, 6) nochmals im einzelnen dargestellt. Dabei ist die Schnittfläche durch die Seitenwangen 11 der Verriegelungsfeder 10 in den Schnittdarstellungen gemäß 3 bzw. 5 der besseren Erkennbarkeit halber schwarz eingefärbt.
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In den 3 und 4 ist der Klemmbolzen 7 mittels des Betätigungshebels 5 (vgl. 1) entspannt, und der Reibschuh 8 hierdurch von den entsprechenden Reibschuh-Kontaktflächen 14 an den Klemmleisten 9 getrennt. Ferner befinden sich im dargestellten Öffnungszustand gemäß 3 und 4 auch die Zahnleisten 12 der Verriegelungsfeder 10 außer Eingriff mit den Verzahnungsflächen 13 an den Längsseiten des Reibschuhs 8. Auf diese Weise ist gemäß 3 und 4 sowohl die kraftschlüssige Verbindung bei 14 zwischen dem Lenksäulenseitigen Reibschuh 8 und den Lenksäulenträgerseitigen Klemmleisten 9, als auch die formschlüssige Kopplung zwischen der Reibschuhverzahnung 13 und den Lenksäulenträgerseitigen Zahnleisten 12 gelöst, wodurch die Lenksäule 1, 2, 3 gemäß 1 stufenlos entlang der Vertikalen verstellt werden kann.
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Wird der Klemmbolzen 7 mittels des Betätigungshebels 5 (vgl. 1) wieder gespannt und die Feststellvorrichtung damit geschlossen, so ergibt sich die Situation gemäß 5 und 6. In 5 erkennt man zunächst, dass der Reibschuh 8 in der geschlossenen Position der Feststellvorrichtung nun auf die Kontaktflächen 14 der Klemmleisten 9 gepresst wird. Da der Reibschuh 8 im Bereich seiner Anlage an den Kontaktflächen 14 der Klemmleisten 9 eine schräge (bzw. unter einem spitzen Winkel gegenüber der Schließbewegung des Reibschuhs 8 konisch zulaufende) Kontur aufweist, ergibt sich hierdurch zunächst einmal eine Kraftverstärkung der Normalkräfte zwischen Reibschuh 8 und Kontaktflächen 14 sowie eine dementsprechend hohe Haltekraft der kraftschlüssigen Verbindung bei 14 zwischen Reibschuh 8 und Klemmleisten 9, bei gleichzeitig vergleichsweise geringer Betätigungskraft am Betätigungshebel 5 (s. 1).
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Zusätzlich jedoch werden - durch das Spannen des Klemmbolzens 7 - am Reibschuh 8 angeordnete Gleitdruckflächen 15 zeichnungsbezogen nach unten auf verriegelungsfederseitig an den Seitenwangen 11 angeordnete Druckleisten 16 gepresst, wobei jeder der beiden Seitenwangen 11 bzw. jeder der beiden Zahnleisten 12 der Verriegelungsfeder 10 eine der Druckleisten 16 zugeordnet ist. Dies führt dazu, dass die Seitenwangen 11 der Verriegelungsfeder 10 (vgl. auch 6) mit den daran angeordneten Zahnleisten 12 mittels der Druckleisten 16 einwärts in Richtung auf die Verzahnung 13 an den Seitenflächen des Reibschuhs 8 bewegt werden, wodurch die Zahnleisten 12 der Verriegelungsfeder 10 in formschlüssigen Eingriff mit der Reibschuhverzahnung 13 gebracht werden.
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Dieser Vorgang geht auch aus einer Zusammenschau der 6 und 4 hervor. Man erkennt dabei, dass der Reibschuh 8 - beim Spannen des Klemmbolzens 7 - aufgrund seiner (zeichnungsbezogenen) Abwärtsbewegung mittels seiner Gleitdruckflächen 15 die Druckleisten 16 der Verriegelungsfeder 10 niederdrückt. Hierdurch werden die längs verlaufenden Seitenwangen 11 der Verriegelungsfeder 10 mit den daran angeordneten Zahnleisten 12 einwärts in Richtung auf die Reibschuhverzahnung 13 verkippt, wodurch wiederum die Zahnleisten 12 mit der Reibschuhverzahnung 13 in formschlüssigen Eingriff geraten.
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Dies wird durch die besondere Gestaltung und Formgebung der Verriegelungsfeder 10 ermöglicht, die beim dargestellten Ausführungsbeispiel als näherungsweise wannenförmiges Bauteil mit offenem Boden und offenen Stirnseiten ausgebildet ist. Dabei sind die Längsseiten bzw. Seitenwangen 11 der Verriegelungsfeder 10 mit den daran angeordneten Zahnleisten 12 mittels zweier jeweils stirnseitig an der Verriegelungsfeder 10 angeordneter und wannenbodenseitig an den Seitenwangen 11 angreifender, elastischer Verbindungsbrücken 17 miteinander verbunden.
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Auf diese Weise ergibt sich - zusammen mit der bogenförmigen Gestaltung der Seitenwangen 11 der Verriegelungsfeder 10, die ebenfalls zur Federwirkung der Verriegelungsfeder 10 beiträgt - beim Niederdrücken der Druckleisten 16 der Verriegelungsfeder 10 durch die Gleitdruckflächen 15 des Reibschuhs 8 eine federnde Rückstellkraft zeichnungsbezogen nach oben, die versucht, den Reibschuh 8 von seiner Anlage im Bereich der Kontaktflächen 14 der Klemmleisten 9 weg zu bewegen. Hierdurch vereint die Verriegelungsfeder 10 in ein und demselben Bauteil - neben der Aufgabe der formschlüssigen Verriegelung von Lenksäule 1, 2, 3 und Lenksäulenträger 6 (vgl. 1) - zudem auch die Funktion der Rückholfeder zur Trennung des formschlüssigen Kontakts zwischen Reibschuh 8 und Klemmleisten 9 beim Öffnen des Betätigungshebels 5 und bei dem damit verbundenen Entspannen des Klemmbolzens 7.
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Die Darstellung in 6 ist bezüglich der biegeelastischen Verbindung der Seitenwangen 11 der Verriegelungsfeder 10 mittels der Verbindungsbrücken 17 vereinfacht insofern, als die Biegeverformung von Teilen der Verbindungsbrücken 17, die beim Niederdrücken der Druckleisten 16 der Verriegelungsfeder 10 durch die Gleitdruckflächen 15 des Reibschuhs 8 - und bei der damit verbundenen Einwärtsbewegung der Seitenwangen 11 - auftritt, in 6 nicht eigens dargestellt ist.
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Eine Zusammenschau der sich anschließenden 7 und 8 zeigt die Arbeitsweise der Verriegelungsfeder 10 im Fall einer Zahn-auf-Zahn-Stellung der Verzahnungen 12 und 13 von Reibschuh 8 bzw. Verriegelungsfeder 10. Eine derartige Zahn-auf-Zahn-Stellung der Verzahnungen 12 und 13 kann grundsätzlich vorkommen, da die Lenksäule 1, 2, 3 dank der beim Verriegeln zunächst kraftschlüssigen Anlage des Reibschuhs 8 an den lenksäulenträgerseitigen Klemmleisten 9 in der vertikalen Verstellrichtung generell stufenlos verstellbar ist.
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In einem solchen Fall der Zahn-auf-Zahn-Stellung zwischen den Verzahnungen 12 und 13 von Reibschuh 8 bzw. Verriegelungsfeder 10 ergibt sich die in 7 dargestellte Situation. Da die Verzahnung der Zahnleisten 12 an den Seitenwangen 11 der Verriegelungsfeder 10 in diesem Fall der Zahn-auf-Zahn-Stellung zunächst nicht mit den Verzahnungen 13 an den Seitenflächen des Reibschuhs 8 kämmen und somit nicht in die Reibschuhverzahnung 13 eingreifen kann, weichen die Seitenwangen 11 der Verriegelungsfeder 10 mit den an den Seitenwangen 11 angeordneten Zahnleisten 12 (beim Verriegeln der Feststellvorrichtung und beim damit verbundenen Niederdrücken der Druckleisten 16) zunächst seitwärts elastisch aus, wie in 7 dargestellt. Das seitliche, elastische Ausweichen der Seitenwangen 11 der Verriegelungsfeder 10 mit den daran angeordneten Zahnleisten 12 wird dabei dank der Formgebung der Verbindungsbrücken 17 möglich, welche die Seitenwangen 11 der Verriegelungsfeder 10 einstückig miteinander verbinden, vgl. 4 und 6.
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Somit ermöglichen die Verbindungsbrücken 17 nicht nur die federnd einwärts kippende Bewegung der Seitenwangen 11 mit den daran angeordneten Zahnleisten 12 beim Schließen des Klemmbolzens 7 (vgl. 5 und 6), sondern im Sinne einer Doppelfunktion gleichzeitig auch die seitlich federnde Ausweichbewegung der Seitenwangen 11 mit den Zahnleisten 12 im Fall der Zahn-auf-Zahn-Stellung zwischen den Verzahnungen 12 und 13 von Reibschuh 8 bzw. Verriegelungsfeder 10 (vgl. 7). Dabei bleibt die Federwirkung der Verriegelungsfeder 10, mit der die Öffnungsbewegung des Klemmbolzens 7 und die Trennung des Reibschuhs 8 von den Klemmleisten 9 unterstützt wird, durch die seitlich ermöglichte Ausweichbewegung der Seitenwangen 11 und der Zahnleisten 12 gemäß 7 unbeeinträchtigt, da die Anlage der Gleitdruckflächen 15 des Reibschuhs 8 an den Druckleisten 16 (und damit die auf den Verriegelungsbolzen 7 wirkende Federkraft der Verriegelungsfeder 10) auch in diesem Fall der Zahn-auf-Zahn-Stellung gemäß 7 gegeben ist.
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Das elastische seitliche Ausweichen der Seitenwangen und der Zahnleisten 12 der Verriegelungsfeder 10 im Fall der Zahn-auf-Zahn-Stellung gemäß 7 führt somit auch dazu, dass die Verschlussbewegung des Klemmbolzens 7 anhand Betätigung des Betätigungshebels 5 (vgl. 1) nicht nennenswert schwergängiger ist als im Fall des Zahneingriffs zwischen den Verzahnungen 12 und 13 von Reibschuh 8 bzw. Verriegelungsfeder 10 bereits unmittelbar beim Schließen der Feststellvorrichtung (vgl. 5, 6 und 8).
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Sobald nun im Crashfall - bei Verriegelung von Lenksäule und Lenksäulenträger unter Zahn-auf-Zahn-Stellung zwischen Verriegelungsfeder 10 und Reibschuhverzahnung 13 gemäß 7 - die in diesem Fall mangels Verzahnungseingriff zunächst nur reibschlüssige Verbindung bei 14 zwischen Reibschuh 8 und Klemmleisten 9 wegen Überwindung der Reibungskräfte bei 14 versagen sollte, so bewegen sich die Seitenwangen 11 der Verriegelungsfeder 10 dank ihrer elastischen Vorspannung durch die Verbindungsbrücken 17 (vgl. 4 und 6) - durch gegenseitiges Abtasten der Verzahnungen 12 und 13 - sofort einwärts in Richtung auf den Reibschuh 8.
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Auf diese Weise geraten die Verzahnungen 12 und 13 von Reibschuh 8 bzw. Verriegelungsfeder 10 - unmittelbar nach Beginn des Durchrutschens der reibschlüssigen Verbindung zwischen Reibschuh 8 und Klemmleisten 9 bei 14 - wieder in gegenseitigen formschlüssigen Eingriff, wodurch sich erneut die Situation gemäß 8 ergibt (welche somit auch wieder mit der Situation gemäß 5 und 6 übereinstimmt). Damit ist im Crashfall - auch bei vorheriger Zahn-auf-Zahn-Stellung zwischen Verriegelungsfeder 10 und Reibschuhverzahnung 13 - die formschlüssige Verriegelung zwischen Lenksäule und Lenksäulenträger sicher hergestellt.
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Im Ergebnis wird somit deutlich, dass mit der Erfindung eine Feststellvorrichtung für eine Kraftfahrzeuglenksäule geschaffen wird, mit der die Vorteile kraftschlüssiger Feststellvorrichtungen für Lenksäulen mit den Vorteilen formschlüssiger Feststellvorrichtungen vereint werden, ohne jedoch deren jeweilige Nachteile aufzuweisen. Die Erfindung ermöglicht mit einem Minimum an Bauraum- und Bauteilaufwand eine weitgehende Funktionsintegration der reibschlüssigen Verriegelung, der formschlüssigen Verriegelung und zusätzlich auch der Rückstellfeder der Feststellvorrichtung, ggf. im Wesentlichen in einem einzigen Bauteil.
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Die Erfindung leistet damit einen entscheidenden Beitrag zur konstruktiven Weiterentwicklung und zur Kostenreduktion unter gleichzeitiger Verringerung von Teileanzahl, Komplexität und Bauraumbedarf, im Hinblick auf die Anwendung bei verstellbaren Komfortlenksäulen für Kraftfahrzeuge.
