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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ent- und/oder Verriegelung sowie zur Positionsverstellung einer Lenksäule eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Eine gattungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen vom Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist aus der
DE 10 2006 060 992 B3 bekannt. Konkret wird eine elektromotorisch betätigbare Verriegelungsvorrichtung für den Feststellmechanismus einer in Höhe und/oder Neigung verstellbaren Kraftfahrzeuglenksäule beschrieben. Der Feststellmechanismus weist dabei ein auf einem rechtwinklig zur Lenksäule stehenden Klemmbolzen angeordnetes und auf diesen in axialer Richtung des Klemmbolzens verschiebliches Spannelement auf. Das Spannelement bewirkt wiederum mittels reibschlüssiger Anlage mit einem korrespondierenden Widerlagerelement die Festlegung der Lenksäule an einer KFZ-karosserieseitigen Halterung. Die Verriegelungsvorrichtung umfasst ferner eine elektromotorisch drehbare, ortsfeste Antriebsspindel auf, auf der eine translatorisch in Richtung der Spindelachse verschiebbare Spannmutter angeordnet ist und über zwei radial am Außenumfang der Spannmutter befindliche Klemmplatten mit dem Spannelement verbunden ist. Die Verschiebung der Spannmutter auf der Spindelachse bewirkt je nach Drehrichtung der Antriebsspindel eine Anlage des Spannelementes an dem Widerlagerelement oder ein Lösen des Spannelementes vom Wiederlageelement.
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Die Aktivierung des Elektromotors und damit der Verriegelungsvorrichtung ist mittels eines einfachen Wipptasters durch einen Bediener möglich, wobei nach darauf folgendem automatischen Entriegeln die Verstellung der Lenksäule in manueller Weise erfolgen kann und anschließend wiederum automatisch über den Elektromotor eine Verriegelung der Lenksäule erfolgt.
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Ferner wird vorgeschlagen, über eine Zeitsteuerung auch ein Zeitintervall festzulegen, innerhalb dessen die Entriegelung der Lenksäule erfolgt und eine manuelle Verstellung der Lenksäule möglich ist.
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Die bekannte Vorrichtung ist vergleichsweise kompliziert aufgebaut.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, hier Abhilfe zu schaffen.
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Gelöst wird diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen von Patentanspruch 1. Vorteilhafte Ausführungen beziehungsweise Weiterbildungen der Erfindung sind den jeweiligen Unteransprüchen entnehmbar.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Lenksäule zumindest längsbeweglich in einem Gehäuse gehalten ist und wenigstens eine Elektromotor-freie Aktorik vorhanden ist, welche eine Bewegung und/oder Größenveränderung wenigstens eines die Ent- und/oder Verriegelung der Lenksäule bewirkenden Bauteils herbeiführt. Hierdurch ist ein sehr einfacher Aufbau der Vorrichtung möglich. Zudem wird durch die Elektromotor-freie Aktorik eine sehr energieeffiziente Lösung geschaffen. Bedingt durch die Aktorik ist dennoch eine automatische Ent- oder Verriegelung der Lenksäule möglich. „Automatisch” soll heißen, dass lediglich eine einmalige Aktivierung oder Desaktivierung (bspw. über einen Bedienschalter oder über eine Zeitsteuerung) der Aktorik notwendig ist, damit diese selbsttätig eine Ent- oder Verriegelung der Lenksäule herbeiführt. Dies gilt für alle weiteren Ausführungen.
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Es ist dabei sehr zweckmäßig, wenn die Aktorik wenigstens eine Formgedächtnislegierung beinhaltet. Der Einsatz einer Formgedächtnislegierung trägt zum einfachen Aufbau der Vorrichtung bei und ermöglicht einen zuverlässigen und robusten Betrieb der Vorrichtung.
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Dabei kann die Aktorik in vorteilhafter Weise wenigstens eine Feder beinhalten, wobei zum Entriegeln der Lenksäule die Formgedächtnislegierung derart elektrisch ansteuerbar ist, dass eine der Federkraft der Feder entgegenwirkende Kraft erzeugt wird. Eine solche Konstruktion trägt zu einem einfachen Aufbau der Vorrichtung bei.
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Bei dieser Ausgestaltung kann in Weiterbildung der Erfindung zusätzlich vorgesehen sein, dass die Feder eine Druckfeder ist und die Formgedächtnislegierung als drahtförmiges Bauteil ausgebildet ist, welches mit einem Ende an einem die Ent- und/oder Verriegelung der Lenksäule bewirkenden Bauteil und mit einem anderen Ende an einem die Lenksäule aufnehmenden Gehäuse befestigt ist und die Formgedächtnislegierung derart elektrisch ansteuerbar ist, dass diese sich entgegen der Federkraft der Feder zusammenzieht. Auf diese Weise wird eine einfache und robuste Arbeitsweise der Vorrichtung begünstigt.
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Um die Aktorik und somit die Vorrichtung platzsparend ausbilden zu können, ist zweckmäßigerweise die Feder eine Spiralfeder und die drahtförmige Formgedächtnislegierung erstreckt sich zumindest überwiegend innerhalb der Feder.
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Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist zwischen dem Gehäuse und der Lenksäule eine die Lenksäule radial umgebende, elastische Buchse vorhanden, welche durch die Aktorik stauch- oder entspannbar ist. Die elastische Buchse kann beispielsweise aus einem Elastomer, bevorzugt Gummi sein. Neben einem einfachen Aufbau wird hierdurch auch eine Gewichtsreduzierung der Vorrichtung ermöglicht.
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Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausbildung der Erfindung weist zumindest eines der die Ent- und/oder Verriegelung der Lenksäule bewirkenden Bauteile eine Verzahnung auf, in die zumindest ein anderes der die Ent- und/oder Verriegelung der Lenksäule bewirkenden Bauteile eingreift. Dies ermöglicht eine äußerst zuverlässige Arretierung der Lenksäule in Längsrichtung.
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Hierbei kann die Verzahnung in eine mit Reibschluss die Lenksäule umgebende Hülse eingebracht sein und wenigstens ein Rastbolzen vorhanden sein, der durch die Aktorik radial zur Verzahnung bewegbar ist. Eine solche Lösung ermöglicht eine optimale Abstimmung der Vorrichtung hinsichtlich des Crashverhaltens.
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Eine andere zweckmäßige Ausbildung der Erfindung sieht vor, dass das Gehäuse die Lenksäule klemmbar umgreift, wobei durch die Aktorik das Gehäuse eine Ent- oder Verrieglung der Lenksäule bewirken kann. Auch durch diese Ausgestaltung wird eine hohe Funktionssicherheit der Vorrichtung gewährleistet.
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Eine andere Weiterbildung des Erfindungsgedankens sieht vor, dass zwischen dem Gehäuse und der Lenksäule ein die Lenksäule radial umgebendes, auxetisches Material eingebracht ist, und durch die Aktorik eine Stauchung oder Entspannung des auxetischen Materials erzielbar ist. Da auxetische Materialien die Anomalie aufweisen, sich unter Druck zusammenzuziehen und nicht auseinander zu drücken, kann durch diese Ausgestaltung auf sehr elegante Art und Weise eine Ent- und/oder Verriegelung der Lenksäule bewerkstelligt werden.
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Nach einer anderen, sehr zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist die Lenksäule zumindest längsbeweglich in einem Gehäuse gehalten und zwischen dem Gehäuse und der Lenksäule ist ein die Lenksäule radial umgebendes, magneto-rheologisches Fluid durch eine geeignete Dichtung gehalten. Dabei wird das magneto-rheologische Fluid durch wenigstens einen Permanentmagneten in einem festen Zustand gehalten und es ist zumindest ein Elektromagnet vorhanden, durch den die Wirkung des wenigstens einen Permanentmagneten neutralisierbar ist. Auch durch diese, höchst interessante Lösung ist eine energieeffiziente Arbeitsweise der Vorrichtung erzielbar.
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Eine nicht ganz so energieeffiziente, jedoch robuste Lösung wird auch erzielt, wenn die Lenksäule zumindest längsbeweglich in einem Gehäuse gehalten ist und das Gehäuse die Lenksäule klemmbar umgreift, wobei durch Aktivierung eines Elektromotors ein Gewinde einer durch den Elektromotor angetriebenen Gewindestange derart mit einem Gegengewinde zusammenwirkt, dass eine Ent- oder Verriegelung der Lenksäule bewirkt wird.
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Eine sehr einfache und zuverlässige Mechanik lässt sich dadurch realisieren, dass die Lenksäule zumindest längsbeweglich in einem Gehäuse gehalten ist und am Gehäuse wenigstens drei Klemmelemente vorhanden sind, welche durch eine konzentrische Drehung des Gehäuses um die Lenksäule radial zu dieser bewegbar sind.
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Einen einfachen Aufbau der Vorrichtung kann man auch dadurch erzielen, wenn die Lenksäule zumindest längsbeweglich in einem Gehäuse gehalten ist und das Gehäuse die Lenksäule klemmbar umgreift, wobei wenigstens zwei Elektromagnete vorhanden sind, die derart ausgerichtet und aktivierbar sind, dass sie sich voneinander abstoßen und eine Kraft erzeugen, die gegen eine auf die Lenksäule wirkende Klemmkraft gerichtet ist.
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Eine sehr zuverlässige Arbeitsweise der Vorrichtung lässt sich auch dadurch erreichen, wenn die Lenksäule zumindest längsbeweglich in einem Gehäuse gehalten ist und das Gehäuse die Lenksäule klemmbar umgreift, wobei wenigstens ein Arbeitszylinder vorhanden ist, in dem eine Kolbenstange längsverschieblich gehalten ist und durch die ein Arbeitsraum im Arbeitszylinder gebildet wird, wobei bei Druckbeaufschlagung des Arbeitsraums mit einem Arbeitsmedium eine Ent- oder Verriegelung der Lenksäule bewirkt wird.
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Schließlich betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Ein derartig ausgestattetes Kraftfahrzeug ermöglicht auf einfache Weise eine komfortable Verstellung der Lenksäule.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Dabei beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche, vergleichbare oder funktional gleiche Bauteile, wobei entsprechende oder vergleichbare Eigenschaften und Vorteile erreicht werden, auch wenn eine wiederholte Beschreibung weggelassen ist.
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Es zeigen, jeweils schematisch
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1 ein Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung,
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2 einen Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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3 einen Längsschnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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4 einen Längsschnitt durch ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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5 einen Längsschnitt durch ein fünftes Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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6 einen Längsschnitt durch ein sechstes Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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7 einen Längsschnitt durch ein siebtes Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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8 einen Längsschnitt durch ein achtes Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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9 einen Längsschnitt durch ein neuntes Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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10 einen Längsschnitt im Bereich der (noch ohne erfindungsgemäße Vorrichtung) gezeigten Lenksäule, wobei ein für das Verständnis der nachfolgenden Figuren durchgeführter Schnittverlauf gezeigt ist,
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11 einen Querschnitt durch ein zehntes Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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12 einen Querschnitt durch ein elftes Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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13 einen Querschnitt durch ein zwölftes Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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14 einen Querschnitt durch ein dreizehntes Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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15 einen Querschnitt durch ein vierzehntes Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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16 einen Querschnitt durch ein fünfzehntes Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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17 einen Querschnitt durch ein sechzehntes Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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18 einen Querschnitt durch ein siebzehntes Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
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19 ein Kraftfahrzeug in einer Draufsicht mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß 6.
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Die 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1, mit einem Lenkrad 100, welches mit einer Lenksäule 101 bewegungsmäßig gekoppelt ist. Die Lenksäule 101 ist längsverschieblich und um seine Längsachse drehbar (vergleiche Doppelpfeile) in einem Gehäuse 102 gehalten. Dies gilt im Grundsatz auch für die nachfolgenden Figuren.
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Am Gehäuse 102 ist, drehbar um eine Achse 108a, eine exzentrisch gelagerte Klemmrolle 108 mit einem Hebel angebracht. Der Hebel ist über einen FGL(Formgedächtnislegierung)-Draht 104 mit dem Gehäuse 102 verbunden. Zusätzlich ist zwischen dem Hebel der Klemmrolle 108 und dem Gehäuse 102 eine Druck-Spiralfeder 105 vorgesehen, so dass über die Feder 105 und den Hebel ein Drehmoment aufgebracht wird, welches die Klemmrolle 108 an die Lenksäule 101 gepresst, wodurch diese festgeklemmt bzw. verriegelt wird.
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Die Klemmung ist dabei so ausgelegt, dass entgegen der Fahrtrichtung Betriebslasten aufgenommen werden können. Bei Belastung in Fahrtrichtung, z. B. durch eine Crashlast F, wirkt die gezeigte Anordnung sehr selbsthemmend und nimmt vordefinierbare Kräfte auf. Abweichend von der Figur können selbstverständlich auch mehrere, unter Umständen entgegengesetzt wirkende Klemmrollen 108 oder dergleichen eingesetzt werden.
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Zum Verstellen der Lenksäule (Entriegeln) wird der FGL-Draht 104 bestromt und erwärmt sich so. Bei Erreichen einer bestimmten Temperatur zieht sich der FGL-Draht 104 zusammen und wirkt somit entgegen der Federkraft der Feder 105. Dies führt zu einem Lösen der durch die Klemmrolle 108 bedingten Klemmung, so dass die Lenksäule 101 nach Wunsch verstellt werden kann.
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Der FGL-Draht 104 bildet also zusammen mit der Feder 105 eine Aktorik 103, mit der eine Bewegung der Klemmrolle 108 auf einfache Art und Weise möglich ist.
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Es sein erwähnt, dass die Aktivierung (Bestromung) oder Desaktivierung der Aktorik 103 durch Betätigung eines geeigneten Schalters seitens eines Bedieners im Innenraum eines Kraftfahrzeugs möglich ist (nicht näher dargestellt). Es kann auch eine geeignete Zeitsteuerung vorgesehen sein, über die eine Ent- bzw. Verriegelung der Lenksäule 101 innerhalb eines vorzugsweise wählbaren Zeitfensters erfolgt und die Lenksäule 101 erst nach Ablauf der vorgegebenen Zeit wieder verriegelt wird.
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In jedem Fall kann nach der selbsttätigen, automatischen Entriegelung der Lenksäule 101 unter Komfortgewinn die manuelle Verstellung der Lenksäule 101 durchgeführt werden.
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Um eine versehentliche Entriegelung der Lenksäule 101 während der Fahrt zu verhindern, kann eine entsprechende Regelung der Bordelektronik vorgesehen sein, welche eine Entriegelung der Lenksäule 101 nur bei stillstehendem Fahrzeug erlaubt.
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Diese Ausführungen gelten auch ohne nochmalige Erwähnung grundsätzlich auch für alle nachfolgenden Ausführungsbeispiele.
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In 2, welche eine erfindungsgemäße Vorrichtung 2 zeigt, sind zwischen dem Gehäuse 102 und der Lenksäule 101 zwei Aktoriken 103 vorhanden, welche jeweils einen FGL-Draht 104, eine diesen umgebende Druck-Spiralfeder 105 und einen Klemmkeil 109 umfassen. Dabei ist der Klemmkeil 109 über den FGL-Draht 104 derart mit dem Gehäuse 102 verbunden, dass der Klemmkeil 109 sich in Längsrichtung der Lenksäule 101 bewegen kann. Die Keile 109 sind in ihrer Wirkung entgegengesetzt angeordnet und jeweils in eine Richtung selbsthemmend wirkend. Zum Lösen der Lenksäule 101 werden wiederum die FGL-Drähte 104 bestromt, wodurch diese sich zusammenziehen und der Federkraft der Federn 105 entgegenwirken, wodurch die Klemmkeile 109 außer Eingriff gebracht werden.
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Abweichend vom Ausführungsbeispiel gemäß 2, ist in 3 zwischen der Lenksäule 101 und dem Gehäuse 102 eine Hülse 110 angeordnet, welche reibschlüssig mit der Lenksäule 101 verbunden ist. Hierdurch kann auf einfache Weise ein Nachgeben der Lenksäule 101 in Fahrtrichtung ab einer definierten Crashlast F bewerkstelligt werden.
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Eine in 4 gezeigte, erfindungsgemäße Vorrichtung 3 weist zwischen dem Gehäuse 102 und der Lenksäule 101 eine elastische Buchse 112 auf, welche beispielsweise aus einem Elastomer, wie Gummi oder dergleichen bestehen kann. Wie ersichtlich sind wiederum mehrere Aktoriken 103, mit jeweils einer Druck-Spiralfeder 105 und einem, innerhalb der Feder 5 verlaufenden FGL-Draht 104 vorhanden.
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Der FGL-Draht 104 ist jeweils an einem Ende mit dem stirnseitigen Gehäuse 102 und an seinem anderen Ende mit einer längsverschieblich auf der Lenksäule 101 gehaltenen Druckplatte 111 verbunden.
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Bedingt durch die, von der Feder 105 und der Druckplatte 111 vorgespannte Buchse 112, wird die Lenksäule 101 durch Reibung im Gehäuse 102 gehalten.
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Zum Lösen wird die Aktorik 103 bestromt, so dass sich die FGL-Drähte 104 zusammenziehen und somit entgegen der Federkraft der Federn 105 die Druckplatte 111 von der Buchse 112 wegziehen, so dass diese sich ausdehnen kann und den Kontakt zum Gehäuse 102 verliert. Die Lenksäule 101 kann anschließend in der Längsrichtung verstellt werden.
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In der 5 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 4 dargestellt, bei der die Lenksäule 101 bereichsweise mit einer umfangsseitigen Verzahnung 113 versehen ist. In die Verzahnung 113 greifen radial von außen Rastbolzen 114 ein, so dass die Lenksäule 101 in ihrer Längsverschieblichkeit blockiert ist.
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Die Rastbolzen 114 sind wiederum über eine Aktorik 103 verstellbar, wobei die Aktorik 103 jeweils zwei FGL-Drähte 104 umfasst, die mit ihrem einen Ende am Rastbolzen 114 und mit ihrem anderen Ende am Gehäuse 102 befestigt sind.
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Bei Aktivierung der Aktorik 103 erwärmen sich die FGL-Drähte 104 durch Bestromung, verkürzen sich und bringen eine Kraft auf, welche einer sich zwischen einem umlaufenden Absatz der Rastbolzen 114 und dem Gehäuse 102 abstützenden Druck-Spiralfeder 105 bzw. deren Federkraft entgegengerichtet ist. Dadurch werden die Rastbolzen 114 entgegen der Federkraft der Federn 105 außer Eingriff mit der Verzahnung 113 gebracht, so dass die Lenksäule 101 in Längsrichtung verstellt werden kann.
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Nach Desaktivierung der Aktorik 103 und somit sinkender Temperatur der FGL-Drähte 104, verlängern sich diese wieder, so dass die Rastbolzen 114 wieder in die Verzahnung 113 eingreifen und die Lenksäule 101 erneut fixiert ist.
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Im Unterschied zu 5 zeigt die 6 eine erfindungsgemäße Vorrichtung 4', bei der die Verzahnung 113 in eine mit der Lenksäule 101 reibschlüssig verbundenen Hülse 115 eingebracht ist. Die Hülse 115 ist (vergleichbar mit der Hülse 110) derart kraftschlüssig auf die Lenksäule 101 gefügt, dass diese eine Losbrechkraft mit geforderten Spezifikationen erfüllt und ein Nachgeben bei Überschreiten einer bestimmten Crashlast F erfolgt.
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Gemäß 7 ist eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung 5 dargestellt, bei der eine umlaufende Verzahnung 113 im Innern des Gehäuses 102 eingebracht ist. In die Verzahnung 113 greifen radial von innen zwei Rastbolzen 117 ein. Die Rastbolzen 117 wirken nach Art einer Linearführung mit einem Keilstück 116 zusammen. Das Keilstück 116 ist über eine in der Wirkungsweise bereits beschriebene Aktorik 103 in einem nicht näher bezifferten Innenraum der Lenksäule 101 in deren Längsrichtung bewegbar.
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Wird das Keilstück 116 mittels der Aktorik 103 in der Figur nach rechts gezogen, so fahren die Rastbolzen 117 radial nach innen ein und geben die Lenksäule 101 zur Längsverstellung frei. Nach Desaktivierung der Aktorik 103 erfolgt wiederum eine Bewegung des Keilstücks 116 nach links und somit eine erneute Fixierung der Lenksäule 101.
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Gemäß 8 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 6 dargestellt, bei der das Gehäuse 102 mit einem magneto-rheologischen Fluid 120 gefüllt ist. Das Gehäuse 102 ist mit umlaufenden Vorsprüngen 102f versehen, ebenso weist die Lenksäule 101 umlaufende Vorsprünge 101a auf.
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Durch Permanentmagnete 118 wird das magneto-rheologische Fluid 120 in einem festen Zustand gehalten. Bedingt durch den festen Zustand des magneto-rheologischen Fluids 120 und die Vorsprünge 101a sowie 102f wird ein Formschluss zwischen dem Gehäuse 102, dem magneto-rheologischen Fluid 120 und der Lenksäule 101 geschaffen.
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Durch zusätzliche Elektromagnete 119 kann ein magnetisches Feld aufgebaut werden, welches die Wirkung der Permanentmagnete 118 neutralisiert. Dadurch geht das magneto-rheologische Fluid 120 in einen flüssigen oder gelartigen Zustand über, der es erlaubt, die Lenksäule 101 in ihrer Längsrichtung frei zu verstellen. Durch Abschalten der Elektromagnete 119 ”friert” das magneto-rheologische Fluid 120 wieder ein und hält die Lenksäule 101 wieder sicher in der neuen Position.
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Während des Einstellvorgangs verändern geeignete elastische Dichtungen 133 ein Auslaufen des magneto-rheologischen Fluids 120.
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Die gezeigte Lösung braucht nur wenig Bauteile und arbeitet nahezu geräuschlos. Die Haptik der Vorrichtung 6 kann durch Variation des magneto-rheologischen Fluids 120 eingestellt werden. Die erforderliche Haltekraft der Lenksäule 101 in Längsrichtung ist vergleichsweise leicht durch entsprechende Abstimmung der Magnete 118, 119 möglich.
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In 9 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 7 gezeigt, bei der zwischen dem Gehäuse 102 und der Lenksäule 101 eine Buchse 106 aus auxetischem Material eingebracht ist. Auxetische Materialien haben die Anomalie, sich unter Druck zusammenzuziehen, nicht sich auseinander zu drücken.
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Um diesen Effekt hier zu nutzen, wird die Buchse 106 mit genügend Vorspannung zwischen die Lenksäule 101 und das Gehäuse 102 gepresst, um die Lenksäule 101 in axialer Position halten zu können. Die Stirnseiten der Buchse 106 sind über FGL-Drähte 104 verbunden. Hierdurch wird wiederum eine Aktorik 103 geschaffen, bei der durch Bestromung der FGL-Drähte 104 ein Zusammenziehen derselben erfolgt und die Buchse 106 dadurch gestaucht wird. Hierdurch verringert sich deren Außendurchmesser und der Reibschluss zwischen Lenksäule 101 und Gehäuse 102 wird aufgehoben.
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Auch diese Lösung weist nur wenig Bauteile und einen äußerst einfachen Aufbau auf. Sie arbeitet nahezu geräuschlos.
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10 zeigt einen Längsschnitt durch eine Lenksäule 101, welche mit einem Lenkrad 100 bewegungsmäßig gekoppelt ist. Die Lenksäule 101 ist axial verschieblich und drehbar in einem Gehäuse 102 gehalten. Jedoch ist noch keine erfindungsgemäße Vorrichtung dargestellt. Die nachfolgenden 11 bis 18 beziehen sich auf den in der 10 gezeigten Schnittverlauf.
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So ist in 11 eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung 8 ersichtlich, bei der das Gehäuse 102 nach Art einer Klemmschelle klemmend um die Lenksäule 101 gelegt ist.
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Das Gehäuse 102 ist oberseitig mit zwei Flanschen 102a und 102b versehen. Diese weisen entsprechende Öffnungen auf, durch die eine Gewindestange 121a eines Elektromotors 121 hindurchgeführt ist.
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Die Gewindestange 121a weist ein Außengewinde auf, welches mit einem Innengewinde des Flansches 102a zusammenwirkt. Auf diese Weise kann bei Betätigung des Elektromotors 121 entweder ein Zusammenführen (Verriegelungsfunktion) oder ein Auseinanderführen (Entriegelungsfunktion) der Flansche 102a, 102b bewirkt werden.
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Die in 12 ersichtliche, erfindungsgemäße Vorrichtung 9 weist ebenso einen Elektromotor 121 mit einer Gewindestange 121a auf, wobei die Gewindestange 121a durch eine Öffnung eines karosseriefesten Gehäuses 126 bzw. durch ein mit dem Gehäuse 126 fest verbundenes Aufnahmeteil 125 geführt ist. Das Aufnahmeteil 125 wirkt über ein Innengewinde mit einem entsprechenden Außengewinde der Gewindestange 121a zusammen. Der Elektromotor 121 ist fest mit dem Gehäuse 121 verbunden.
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Bei Betätigung des Elektromotors 121 dreht sich die Gewindestange 121a und das Aufnahmeteil 125 kann in Richtung auf eine Platte 124 bewegt werden. Hierdurch werden Halbschalen 102c und 102d des Gehäuses 102, welche über Luftspalte 102e getrennt sind, zusammengedrückt und eine Klemmung bzw. Verriegelung der Lenksäule 101 wird bewirkt. Optional können die Platte 124 und das Aufnahmeteil 125 mit zusammenwirkenden, zahnartigen Vorsprüngen (nicht näher dargestellt) ausgestattet werden, wodurch deren Zusammenwirken verbessert wird. Dies ist ohne gesonderte Erwähnung auch für die nachfolgenden Ausführungsbeispiele denkbar.
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Bei der in 13 gezeigten Vorrichtung 10 wird die Lenksäule 101 durch drei umfangsseitig und radial auf diese wirkende Spannmittel 122 geklemmt. Zu diesem Zwecke wird das Gehäuse 102 mit einer geeigneten Aktorik (nicht näher dargestellt) um seine Längsachse gedreht (vergleiche Doppelpfeil), wodurch die Spannmittel 122 radial auf die Lenksäule 101 zugestellt werden. Die Spannmittel 122 sind dazu radial verschieblich im Gehäuse 102 geführt. Eine Verdrehung des Gehäuses 102 in entgegengesetzter Richtung bewirkt ein Lösen der Spannmittel 122.
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14 zeigt eine Vorrichtung 11, bei der im Unterschied zur Vorrichtung 9 gemäß 12 statt des Elektromotors 121 eine Zugstange 123 durch Öffnungen des karosseriefesten Gehäuses 126 bzw. ein mit dem Gehäuse 126 fest verbundenes Aufnahmeteil 125 geführt ist. Die Zugstange 123 weist zwei Absätze 123a und 123b auf, wobei der Absatz 123a fest mit dem Gehäuse 126 verbunden ist. Der Absatz 123b ist in einem Hohlraum des Aufnahmeteils 125 beweglich geführt, wobei sich gegen den Absatz 123b rechtsseitig eine Druck-Spiralfeder 105 und linksseitig eine FGL-Spiralfeder 107 abstützen.
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Durch den Druck der Feder 105 wird das fest mit dem Gehäuse 126 verbundene Aufnahmeteil 125 gegen die Platte 124 gedrückt, wodurch (analog der Wirkung gemäß 12) auch die Halbschalen 102c und 102d des Gehäuses 102 zusammengedrückt werden. Dies führt zu einer Klemmung der Lenksäule 101.
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Zum Lösen der Klemmung der Lenksäule 101 wird wiederum eine die FGL-Spiralfeder 107 umfassende Aktorik 103 betätigt. Die FGL-Spiralfeder 107 wird bestromt, dehnt sich in diesem Falle aus und wirkt somit der Federkraft der Feder 105 entgegen. Dies führt zu einer Entlastung der Zugstange 123 und einer entsprechenden Auseinanderbewegung der Halbschalen 102c und 102d. Die Lenksäule 101 kann axial verstellt werden.
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Im Unterschied zu dieser Lösung, weist die in 15 gezeigte Vorrichtung 12 eine Aktorik 103 auf, welche aus einer Zug-Spiralfeder 127, einem Kniegelenkhebel 128 und einem am Gelenk des Kniegelenkhebels 128 angreifenden FGL-Draht 104 besteht.
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Wie ersichtlich, ist der Kniegelenkhebel 128 durch die Feder 127 hindurchgeführt und mit seinen Enden am karosseriefesten Gehäuse 126 bzw. am an diesem befestigten Aufnahmeteil 125 gelenkig angebracht.
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Ohne Aktivierung der Aktorik 103 werden das Gehäuse 126 und damit die Halbschalen 102c und 102d durch die Wirkung der Zug-Spiralfeder 127 zusammengedrückt und somit verspannt.
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Um die Verspannung freizugeben, wird wiederum der FGL-Draht 104 bestromt und zieht sich nach Erreichen einer bestimmten Temperatur wieder um einen bestimmten Betrag zusammen, so dass der Kniegelenkhebel 128 an dem Angriffspunkt des FGL-Drahtes 104 nach oben gezogen und das Gehäuse 126, entgegen der Federkraft der Feder 127, leicht nach außen gedrückt wird.
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Der Kniegelenkhebel 128 ermöglicht hier eine sehr hohe Übersetzung, so dass nur wenig Kraft zum Lösen der Klemmung erforderlich ist.
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Statt der den FGL-Draht 104 aufweisenden Aktorik 103 ist auch eine einen elektroaktiven Polymer aufweisende Aktorik denkbar (nicht gezeigt).
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In Abweichung zum in der 15 gezeigten Prinzip, wird bei der in 16 gezeigten Vorrichtung 13 durch zwei Elektromagnete 129 eine Kraft aufgebracht, die der Federkraft der Zug-Spiralfeder 127 entgegenwirkt.
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Die Elektromagnete 129 sind stabförmig aufgebaut und an einer ihrer Stirnseiten durch einen Luftspalt 129a voneinander beabstandet. Ihre anderen Stirnseiten sind am Gehäuse 126 bzw. am mit dem Gehäuse 126 fest verbundenen Aufnahmeteil 125 befestigt.
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Um die Verspannung der Lenksäule 101 freizugeben, werden die beiden Elektromagnete 129 so aktiviert, dass sie am Luftspalt 129a die gleiche Polung aufweisen und sich abstoßen.
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Schließlich werden anhand von 17 und 18 zwei Vorrichtungen 14 und 15 beschrieben, bei der, im Unterschied zu den 12 sowie 14 bis 16 das karosseriefeste Gehäuse 126 und damit die Halbschalen 102c und 102d über eine eine Kolbenstange 131 umfassende Mechanik zusammengeklemmt werden.
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Es ist bei beiden Lösungen ein mit dem Gehäuse 126 fest verbundener Arbeitszylinder 130 vorhanden, in dem ein kolbenartiger Absatz 131a der Kolbenstange 131 längsbeweglich geführt ist. Über einen Absatz 131b ist die Kolbenstange 131 mit einem fest mit dem Gehäuse 126 verbundenen Aufnahmeteil 125 ebenso fest verbunden.
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Durch den kolbenartigen Absatz 131a wird im Arbeitszylinder 130 jeweils ein Arbeitsraum 130a ausgebildet, welcher über eine geeignete Hydraulik-Zuleitung 132 mit einem entsprechenden Arbeitsmedium (vorzugsweise Öl oder Luft) druckbeaufschlagbar ist.
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Bei der Vorrichtung 14 gemäß 17 wirkt im Normalfall (also keine Druckbeaufschlagung des Arbeitsraumes 130a) eine Druck-Spiralfeder 105 derart auf den kolbenartigen Absatz 131a, dass die Kolbenstange 131 nach rechts gedrückt und eine Verspannung des Gehäuses 126, somit auch der Halbschalen 102c und 102d und letztendlich eine Klemmung der Lenksäule 101 bewerkstelligt wird.
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Zum Lösen der Klemmung wird der Arbeitsraum 130a mit Druck beaufschlagt, wodurch eine entgegen der Federkraft der Feder 105 wirkende Kraft aufgebracht wird. Zum Druckaufbau kann eine kraftbetriebene Pumpe, aber auch eine manuell betätigte, ähnlich einem Bremszylinder Verwendung finden. Auch eine Betätigung durch Luft mit Über- oder auch Unterdruck ist möglich. Statt durch die Feder 105 kann eine Vorspannung des Gehäuses 126 bei entsprechender Ausgestaltung des Gehäuses 126 auch durch dieses selbst aufgebracht werden.
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Hingegen wird bei der in 18 gezeigten Vorrichtung 15 das Gehäuse 126 durch Druckbeaufschlagung des Arbeitsraums 130a vorgespannt. Wird der Druck weggenommen, wird auch die Vorspannung aufgehoben und die Lenksäule 101 kann axial verstellt werden. Durch erneuten Druckaufbau im Arbeitsraum 130a kann die Säule 101 wieder arretiert werden.
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Schließlich ist in 19 ein Kraftfahrzeug K dargestellt, welches mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 4' (vergleiche 6) ausgestattet ist.
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Die Erfindung ist nicht auf das bzw. die obigen Ausführungsbeispiele beschränkt. Diese wurden nur zur allgemeinen Erläuterung des Kerngedankens der Erfindung herangezogen. Die Erfindung kann im Rahmen ihres Schutzumfangs vielmehr auch andere als die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele bzw. Ausprägungen annehmen. Hierbei kann sie insbesondere auch solche Merkmale aufweisen, die eine Kombination aus Einzelmerkmalen der jeweiligen Ansprüche darstellen.
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Bezugszeichenliste
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- 1–15
- Vorrichtung zur Ent- und/oder Verriegelung sowie zur Positionsverstellung einer Lenksäule
- 100
- Lenkrad
- 101
- Lenksäule
- 101a
- Vorsprünge
- 102
- Gehäuse
- 102a
- Flansch
- 102b
- Flansch
- 102c
- Halbschale
- 102d
- Halbschale
- 102e
- Luftspalte
- 102f
- Vorsprünge
- 103
- Aktorik
- 104
- FGL(Formgedächtnislegierung)-Draht
- 105
- Druck-Spiralfeder
- 106
- Buchse aus auxetischem Material
- 107
- FGL(Formgedächtnislegierung)-Spiralfeder
- 108
- exzentrisch gelagerte Klemmrolle
- 108a
- Drehachse der Klemmrolle
- 109
- Klemmkeile
- 110
- Hülse
- 111
- Druckplatte
- 112
- elastische Buchse
- 113
- Verzahnung
- 114
- Rastbolzen
- 115
- Hülse
- 116
- Keilstück
- 117
- Rastbolzen
- 118
- Permanentmagnete
- 119
- Elektromagnete
- 120
- magneto-rheologisches Fluid
- 121
- Elektromotor
- 121a
- Gewindestange
- 122
- Spannmittel
- 123
- Zugstange
- 123a
- Absatz
- 123b
- Absatz
- 124
- Platte
- 125
- Aufnahmeteil
- 126
- Gehäuse karosseriefest
- 127
- Zug-Spiralfeder
- 128
- Kniegelenkhebel
- 129
- Elektromagnete
- 129a
- Luftspalt
- 130
- Arbeitszylinder
- 130a
- Arbeitsraum
- 131
- Kolbenstange
- 131a
- kolbenartiger Absatz
- 131b
- Absatz
- 132
- Hydraulik-Zuleitung
- 133
- elastische Dichtung
- F
- Crashlast
- K
- Kraftfahrzeug
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006060992 B3 [0002]
