DE102017104510A1

DE102017104510A1 - Lenksäule mit Lenkradverriegelung

Info

Publication number: DE102017104510A1
Application number: DE102017104510.4A
Authority: DE
Inventors: Claudio Delmarco
Original assignee: ThyssenKrupp AG; ThyssenKrupp Presta AG
Current assignee: ThyssenKrupp AG; ThyssenKrupp Presta AG
Priority date: 2017-03-03
Filing date: 2017-03-03
Publication date: 2018-09-06

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Lenksäule mit Lenkradverriegelung,
- mit einer Manteleinheit (32) zur Befestigung in einem Kraftfahrzeug,
- mit einer Lenkwelle (3), die in der Manteleinheit (32) drehbar gelagert ist, und die an einem freien Ende einen Anschluss (4) für ein Lenkrad aufweist, und
- mit einer Rasteinheit (6), die eine Entriegelungsstellung und eine Verriegelungsstellung einnehmen kann, wobei die Rasteinheit (6) an der Manteleinheit (32) befestigt ist und ein Rastelement (12) aufweist, das in der Verriegelungsstellung in einen an der Lenkwelle (3) befestigten Raststern (11) eingreift und so die Lenkwelle (3) gegenüber der Manteleinheit (32) bis auf ein restliches Spiel drehfest verriegelt,
wobei
- die Manteleinheit (32) eine Reibungskupplung (7) trägt,
-- wobei die Reibungskupplung (7) ein drehfest an der Manteleinheit (32) befestigtes Gehäuse und einen an der Lenkwelle (3) drehfest befestigten Rotor (15) aufweist, und
-- wobei die Reibungskupplung (7) in einem geschlossenen Zustand die Lenkwelle (3) reibschlüssig spielfrei mit der Manteleinheit (32) kuppelt und in einem offenen Zustand die Lenkwelle (3) gegenüber der Manteleinheit (32) entkuppelt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lenksäule mit einer Lenkradverriegelung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sowie eine Verriegelungsvorrichtung. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Lenksäule für ein Steer-by-Wire-Lenksystem mit einer Lenkradverriegelung.
Das Dokument DE 10 2015 203 949 A1 offenbart eine Lenksäule für ein Kraftfahrzeug konventioneller Bauart, bei der das Lenkrad bis auf unvermeidbare Elastizitäten im Wesentlichen drehfest mit einer oberen und einer unteren Lenkwelle und dem der gelenkten Achse zugeordneten Lenkgetriebe verbunden ist. Bei diesen Lenkungen sitzen die Reibungswiderstände und die kinematischen Rückwirkungen der gelenkten Achse einer Drehbewegung des Lenkrads Widerstände entgegen. Im Fahrbetrieb werden diese Widerstände als Rückmeldung über die auftretenden Lenkkräfte und die Fahrbahnbeschaffenheit wahrgenommen. Im Stand und bei ausgeschalteter Servounterstützung erhält das Lenkrad durch diese Reibungswiderstände eine Schwergängigkeit, an die die Fahrer solcher Fahrzeuge gewöhnt sind. Insbesondere entsteht nicht der Eindruck, dass das Lenkrad frei drehbar sei. Das genannte Dokument beschreibt außerdem eine Lenkradverriegelung, die als Sicherung gegen unbefugte Benutzung des Fahrzeugs (Diebstahlsicherung) wirkt. Die Verriegelungsvorrichtung umfasst üblicherweise ein Rastelement, das in einen Raststern eingreift, wobei das Rastelement an der fahrzeugseitig befestigten Konsole sitzt, während der Raststern auf der drehbaren Lenkwelle sitzt. Im verriegelten Zustand greift das Rastelement in den Raststern ein. Hierbei ist keine spielfreie Rastverbindung angestrebt, sondern das Lenkrad bleibt um einige Grad innerhalb der Sperre drehbar. Diese Drehbarkeit ist allerdings durch die oben erwähnten Widerstände gebremst, sodass sich innerhalb des Spiels der Rastverbindung eine schwergängige Drehbarkeit des Lenkrads um mehrere Grad ergibt. An dieses Verhalten einer verriegelten Lenkung in einem Kraftfahrzeug sind die Benutzer gewöhnt.
Das Dokument DE 10 2013 019 045 A1 beschreibt eine andere technische Lösung, bei der eine Lenkwelle mittels einer elektrisch schaltbaren Magnetreibungskupplung an der fahrzeugseitigen Konsole festgelegt werden kann, um die Lenkung im Sinne einer Sicherung gegen unbefugte Benutzung zu blockieren und in einem zweiten Schaltzustand die Lenkung zur bestimmungsgemäßen Benutzung des Kraftfahrzeugs freizugeben. Die Blockierung wird über eine bistabile, durch Strombeaufschlagung umschaltbare magnetische Reibungskupplung unter Einschluss einer magnetorheologischen Flüssigkeit realisiert. Die dort zum Einsatz kommende schaltbare Kupplung ist so dimensioniert, dass ein hohes Drehmoment überwunden werden muss, um die Kupplung rutschen zu lassen. Das Drehmoment ist so hoch, dass die Lenkung möglicherweise einmal oder wenige Male bewegt werden kann, ein Fahren mit dem Fahrzeug aber bei geschlossener Kupplung nicht möglich ist. Das Losbrechmoment der Kupplung sollte mindestens 100 Nm betragen, wenn diese als Verriegelungsvorrichtung dienen soll. Bis zu diesem Losbrechmoment ist das Lenkrad bei geschlossener Kupplung vollkommen spielfrei fixiert.
Bistabile schaltbare Magnetkupplungen sind auch aus anderen Dokumenten bekannt, beispielsweise aus der DE 1 475 517 A1 und der DE 199 06 703 A1 .
Die beiden oben beschriebenen Lösungen weisen Nachteile auf. Im ersten Fall ist die Beweglichkeit des Lenkrades bei verriegelter Rastvorrichtung in manchen Anwendungsfällen, insbesondere bei sehr leichtgängigen Lenkungen und bei Steer-by-Wire-Lenkungen so groß, dass diese als unangenehm empfunden wird, da sich das Lenkrad praktisch frei zwischen den Anschlägen der Rastvorrichtung bewegen lässt. Bei der zweiten Ausführungsform lässt sich das Lenkrad bei geschlossener Magnetkupplung überhaupt nicht bewegen. Außerdem ist die Magnetkupplung zur Erzielung des genannten hohen Losbrechmoments besonders groß dimensioniert und dadurch sowohl schwer als auch teuer.
Bei Steer-by-Wire-Lenksystemen besteht keine drehfeste Verbindung zwischen dem Lenkrad und dem Lenkgetriebe oder einem Stellantrieb an der gelenkten Achse. Vielmehr wird die Lenksäule, an der das Lenkrad befestigt ist, durch die Lenkbewegung des Fahrers verdreht. Sensoren erfassen die Drehbewegung und steuern die Lenkung entsprechend elektronisch an. Der Fahrer erhält eine Rückmeldung in Form eines der Drehbewegung entgegenwirkenden Drehmoments, das die von konventionellen Lenkungen bekannten Rückstellmomente und Reibungsmomente simuliert. Dazu ist an der Lenksäule ein Aktuator angebracht, der diese Rückwirkung in Abhängigkeit von einer elektronischen Steuerung bereitstellt. Bei abgeschalteter Lenkung, wenn das Fahrzeug also geparkt ist, ist ein solches Lenkrad im Prinzip frei drehbar. Die Benutzer von Kraftfahrzeugen sind jedoch daran gewöhnt, dass Lenkräder bei stehendem Fahrzeug und ausgeschaltetem Antriebsmotor blockiert sind, da bei geparktem Fahrzeug Lenkräder auch als Abstützung zum Ein- und Aussteigen verwendet werden. Es ist deshalb auch bei Steer-by-Wire-Systemen erforderlich, das Lenkrad bei stillgelegtem Fahrzeug zu blockieren. Hierfür kommt ebenfalls häufig eine Rastvorrichtung der oben beschriebenen Art zum Einsatz. Gerade bei Steer-by-Wire-Lenkungen ist aber die freie Drehbarkeit innerhalb des Spiels der Rastvorrichtung unangenehm, da das Lenkrad im Wesentlichen ohne Widerstand von einem Anschlag der Rastvorrichtung zum anderen gedreht werden kann. Das dabei für den Benutzer beim Erfassen des Lenkrads entstehende Gefühl und die beim Erreichen der Anschläge aufgrund der ungedämpften Bewegung entstehenden Geräusche sind nicht erwünscht.
Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lenksäule mit einer Verriegelungsvorrichtung zu schaffen, die einerseits das hohe Verriegelungsmoment einer Rastvorrichtung und deren verbleibendes Spiel realisiert, und die andererseits in verriegeltem Zustand eine innerhalb des Spiels einer Rastvorrichtung verbleibende Drehbarkeit mit einem definierten Reibungsmoment ermöglicht. Diese Aufgabe wird von einer Lenksäule mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Eine gattungsgemäße Lenksäule mit Lenkradverriegelung, ist demnach versehen

- mit einer Manteleinheit zur Befestigung in einem Kraftfahrzeug,
- mit einer Lenkwelle, die in der Manteleinheit drehbar gelagert ist, und die an einem freien Ende einen Anschluss für ein Lenkrad aufweist, und
- mit einer Rasteinheit, die eine Entriegelungsstellung und eine Verriegelungsstellung einnehmen kann, wobei die Rasteinheit an der Manteleinheit befestigt ist und ein Rastelement aufweist, das in der Verriegelungsstellung in einen an der Lenkwelle befestigten Raststern eingreift und so die Lenkwelle gegenüber der Manteleinheit bis auf ein restliches Spiel drehfest verriegelt.

Weil außerdem vorgesehen ist, dass

- die Manteleinheit eine Reibungskupplung trägt,
- -- wobei die Reibungskupplung ein drehfest an der Manteleinheit befestigtes Gehäuse und einen an der Lenkwelle drehfest befestigten Rotor aufweist, und
- -- wobei die Reibungskupplung in einem geschlossenen Zustand die Lenkwelle reibschlüssig spielfrei mit der Manteleinheit kuppelt und in einem offenen Zustand die Lenkwelle gegenüber der Manteleinheit entkuppelt,

Bevorzugt umfasst das Gehäuse einen Innenraum, wobei der Innenraum zumindest teilweise mit einer magnetorheologischen Flüssigkeit gefüllt ist. Bevorzugt ist der Innenraum vollständig mit der magnetorheologischen Flüssigkeit gefüllt.
Der Rotor ist im Innenraum des Gehäuses angeordnet. Der Innenraum ist mit der magnetorheologischen Flüssigkeit gefüllt, sodass ein Spalt zwischen dem Gehäuse und dem Rotor wenigstens teilweise und insbesondere vollständig mit der magnetorheologischen Flüssigkeit gefüllt bzw. durchströmt ist.
Vorzugsweise sind die Rasteinheit und die Reibungskupplung von einer Steuerung elektrisch betätigbar, so dass diese beispielsweise simultan angesteuert werden können.
Eine dauerhafte Verriegelung und Entriegelung der Reibungskupplung wird besonders stromsparend ermöglicht, wenn die Reibungskupplung eine bistabile, magnetisch schaltbare Reibungskupplung ist.
Bevorzugt ist im Innenraum des Gehäuses eine elektrische Spule und ein Dauermagnet angeordnet. Der Dauermagnet und die elektrische Spule sind bevorzugt als Ringelement ausgebildet, wobei diese bevorzugt konzentrisch zur Lenkwelle angeordnet sind. Die Lenkwelle erstreckt sich durch die als Ringelemente ausgebildeten Dauermagneten und der elektrischen Spule hindurch.
Über kurzzeitige und entsprechend starke magnetische Impulse der elektrischen Spule ist der Dauermagnet, der bevorzugt aus hartmagnetischem Material beschaffen ist, magnetisiert oder entmagnetisiert. Das vorhandene Magnetfeld des magnetisierten Dauermagneten führt zu einer Verkettung der magnetorheologischen Partikel der magnetorheologischen Flüssigkeit die sich zwischen einer Reibfläche des Rotors und der Gegenfläche befinden. Dadurch ist die Reibkupplung im geschlossenen Zustand, wobei der Rotor gegenüber dem Gehäuse bis zu einem vorbestimmten Reibmoment unverdrehbar fixiert ist.
Vorzugsweise ist der Rotor der Reibungskupplung drehfest auf Lenkwelle gelagert. Dadurch können andere Teile der Kupplung, insbesondere die elektromagnetischen Komponenten und deren elektrische Anschlüsse, unbeweglich an der Manteleinheit befestigt werden. So werden Lagerungsprobleme und Kontaktierungsprobleme vermieden. Ein erhöhter Benutzerkomfort ergibt sich, wenn die Lenkwelle teleskopierbar ist und ein äußere Welle sowie ein innere Welle aufweist, und der Rotor der Reibungskupplung auf der äußeren Welle gelagert ist.
Die äußere Welle ist als Hohlwelle ausgebildet. In einer möglichen Ausführungsform kann auch die innere Welle als Hohlwelle ausgebildet sein.
Im verriegelten Zustand ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Rastvorrichtung ein Rastmoment von mindestens 100 Nm und die Reibungskupplung ein Reibmoment zwischen 5 Nm und 20 Nm erzeugen.
Die Lenkwelle ist in einer bevorzugten Ausführungsform mit einem Aktuator eines Steer-by-Wire-Lenksystems gekoppelt. Gerade bei solchen Lenksäulen ist die spielfreie Verriegelung, die mittels der Reibungskupplung erzielt wird, besonders vorteilhaft.
Es kann vorgesehen sein, dass der Rotor der Reibungskupplung mit einer Feder zusammenwirkt, so dass diese eine Vorspannkraft auf den Rotor in Richtung der Längsachse ausübt, wenn dieser in geschlossener Stellung der Reibkupplung auf Grund einer Drehmomentenbeaufschlagung belastet ist.
Schließlich wird die Aufgabe auch gelöst von einer Verriegelungsvorrichtung für eine Lenksäule mit einer Rastvorrichtung, die dazu eingerichtet ist, ein Rastmoment von mindestens 100 Nm zu erzeugen, und mit einer Reibungskupplung, die dazu eingerichtet ist, ein Reibmoment zwischen 5 Nm und 20 Nm , insbesondere zwischen 8 Nm und 12 Nm, zu erzeugen.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:

1: eine Lenksäule eines Steer-by-Wire-Lenksystems in einer perspektivischen Darstellung;
2: die Lenkwelle der Lenksäule aus 1 mit einer mechanischen Rastvorrichtung und einem Reibkupplungselement;
3: eine Reibungskupplung für die Lenksäule aus 1 in einer perspektivischen Explosionsdarstellung;
4: die Lenksäule aus 1 in einem Längsschnitt von der Seite in vergrößerter, abgebrochener Darstellung; sowie
5: einen vergrößerten Längsschnitt durch die Reibungskupplung aus 4 in einer Teildarstellung.

Die 1 zeigt eine erfindungsgemäße Lenksäule in einer perspektivischen Darstellung. Es handelt sich bei diesem Ausführungsbeispiel um eine Lenksäule einer Steer-by-Wire-Lenkung, die keine drehfeste Verbindung zu einem Lenkgetriebe aufweist.
Im Einzelnen weist die Lenksäule eine Konsole 1 zur Befestigung in einem Kraftfahrzeug auf. Die Konsole 1 trägt ein Klemmsystem 2, mit welchem die Lenksäule in an sich bekannter Weise zur Höhenverstellung und Axialverstellung entriegelt und in einer Benutzungsposition verriegelt werden kann. Die Konsole 1 trägt eine äußere Manteleinheit 320, wobei in der äußeren Manteleinheit 320 eine Manteleinheit 32 verschiebbar aufgenommen ist. In der Manteleinheit 32 ist drehbar eine Lenkwelle 3 gelagert, die an einem freien Ende einen Anschluss 4 zur Befestigung eines Lenkrades aufweist. Das gegenüberliegende Ende der Lenkwelle 3 ist mit einem hier nur schematisch dargestellten Aktuator 5 verbunden, der die oben beschriebenen Rückwirkungen auf das Lenkrad erzeugt. Die äußere Manteleinheit 320 trägt weiter eine Rasteinheit 6 zur Verriegelung der Lenkwelle 3 bei Nichtbenutzung des Kraftfahrzeugs. Unter der Verriegelung der Lenkwelle 3 ist die Sperrung der Rotation der Lenkwelle 3 um die Längsachse 17 zu verstehen. Schließlich ist eine Reibungskupplung 7 auf der Lenkwelle 3 angeordnet, und zwar in diesem Ausführungsbeispiel nahe dem Anschluss 4 für das Lenkrad. Die Lenkwelle 3 umfasst eine äußere Welle 10 und eine innere Welle, wobei die äußere Welle und die innere Welle drehmomentenschlüssig in Eingriff miteinander stehen.
Die 2 zeigt die Lenkwelle 3 mit der Rastvorrichtung 6 und einem Teil der Reibungskupplung 7 in einer isolierten perspektivischen Darstellung in derselben Ansicht wie die 1. Es handelt sich bei dem in 2 dargestellten Bauteil genauer gesagt um die äußere Welle 10 der Lenkwelle 3, die mit einer nicht dargestellten inneren Welle teleskopierbar zusammenwirkt.
Die äußere Welle 10 trägt einen sogenannten Raststern 11, der drehfest mit der äußeren Welle 10 zusammengefügt ist. Zwischen der äußeren Welle 10 und dem Raststern 11 kann eine Überlastkupplung in Form eines Toleranzrings vorgesehen sein. Dadurch ist es möglich, dass der Raststern 11 gegenüber der äußeren Welle 10 bei der Überschreitung eines vorbestimmten Drehmoments verdrehbar ist und somit ungewollte Beschädigungen vermieden werden können. Eine Rastelement 12 der Rastvorrichtung 6 ist mit einem Aktuator 13 in Form eines Elektromotors gekoppelt,, so dass das Rastelement 12 entweder in den Raststern 11 eingreift, wie dies in der 2 dargestellt ist, und die Lenkwelle 3 blockiert, oder aus der in 2 dargestellten Eingriffsposition heraus bewegt wird und die Lenkwelle 3 freigibt.
Zwischen dem Anschluss 4 und dem Raststern 11 ist auf der äußeren Welle 10 der Lenkwelle 3 ein Rotor 15 angeordnet, welcher die äußere Welle 10 konzentrisch umgibt und drehfest auf dieser befestigt ist. Der Rotor 15 weist eine Reibfläche 16 auf, die als konische umlaufende Fläche in der geometrischen Form einer Mantelfläche eines Kegelstumpfs koaxial an der Außenseite des Rotors 15 ausgebildet ist.
In der 3 ist die Reibungskupplung 7 aus 1 in einer Explosionsdarstellung dargestellt, bei der die einzelnen Komponenten in Richtung einer Längsachse 17 hintereinander aufgereiht dargestellt sind. Die Reibungskupplung 7 umfasst von der rechts liegenden, dem Befestigungsbereich 4 der Lenkwelle 3 zugewandten Ende her zunächst einen ersten Radialwellendichtungsring 20, der in einem ersten Gehäuseteil 21 angeordnet wird. Es folgt der Rotor 15 mit seiner Reibfläche 16, der bereits zu 2 beschrieben wurde. Daran anschließend sind eine ringförmige elektromagnetische Spule 22 und ein ringförmiger Magnet 23 vorgesehen. Schließlich folgen ein zweites Gehäuseteil 24 und ein dazugehöriger zweiter Radialwellendichtring 25. Die Spule 22 und der Magnet 23 sind so dimensioniert, dass der Magnet 23 in den Innenumfang der Spule 22 einsetzbar ist. Beide Bauteile passen dann in einen Innenraum 26 des zweiten Gehäuseteils 24, wo sie einen Flanschbereich 27 umgeben.
Die Anordnung der Reibungskupplung 7 auf der Lenksäule ist in der Figur 4 näher dargestellt, die einen Längsschnitt durch die Lenksäule aus 1 zeigt. Die Darstellung zeigt außerdem weitere Details der Lenksäule, bei der die äußere Welle 10 eine innere Welle 30 umgibt. Um die Längsverstellung der Lenksäule zu gewährleisten, sind die innere Welle 30 und die äußere Welle 10 gegeneinander teleskopierbar ausgeführt. Ein Gleitelement 31 ist zwischen den beiden Wellen, die zusammen die Lenkwelle 3 bilden, angeordnet, um eine leichtgängige und spielfreie Verstellbarkeit zu gewährleisten. Der Raststern 11 ist auf das äußere Welle 10 gefügt. Die Rasteinheit 6 mit dem Aktuator 13 und der Sperrklinke 12 ist hier ebenfalls in einer Seitenansicht erkennbar, wobei das Rastelement 12 in der Eingriffsposition dargestellt ist. Die Lenkwelle 3 ist in dieser Position bis auf ein geringes Spiel drehfest blockiert, da die Rasteinheit 6 an der äußeren Manteleinheit 320 befestigt ist und durch den Eingriff in den Raststern 11 eine Drehbewegung der Lenkwelle 3 verhindert wird.
Eine Manteleinheit 32 bildet praktisch ein Gehäuse, das die Lenkwelle 3 lagert und zumindest abschnittweise außen umgibt. Die Manteleinheit 32 ist mit der Konsole 1 unter Zwischenschaltung einer äußeren Manteleinheit 320 verbunden und trägt beispielsweise Wälzlager 33 und 34, in denen die Lenkwelle 3 gelagert ist. Weiter trägt die Manteleinheit 32 den ersten Gehäuseteil 21 und den zweiten Gehäuseteil 24 der Reibungskupplung 7. Diese Gehäuseteile sind fest mit der Manteleinheit 32 verbunden und insbesondere nicht drehbar gegenüber der Manteleinheit 32 und der Konsole 1 ausgeführt. In dem zweiten Gehäuseteil 24 sitzt, wie bereits oben zu 3 angedeutet wurde, die Spule 22 und konzentrisch darin der Magnet 23. Beide Bauelemente sind in dem zweiten Gehäuseteil 24 befestigt, sodass insbesondere die Spule 22 undrehbar gegenüber der Manteleinheit 32 angeordnet ist und eine elektrische Verbindung ohne Relativbewegung möglich wird.
Der Rotor 15 liegt in der Darstellung der 4 rechts neben der Spule 22 und dem Magneten 23. Der Rotor 15 ist auf der äußeren Welle 10 drehfest angeordnet. Rechts anschließend ist das erste Gehäuseteil 21 dargestellt, das den Rotor 15 außen umgibt. Die genaue Anordnung der Bauelemente der Reibungskupplung 7 geht aus der 5 hervor.
Die 5 zeigt die obere Hälfte der Reibungskupplung 7 aus 4 in einer vergrößerten Darstellung. Gleiche Bauelemente sind mit gleichen Bezugsziffern wie in der 4 versehen.
Das erste Gehäuseteil 21 und das zweite Gehäuseteil 24 sind in zusammengebautem Zustand aneinander gesetzt, sodass sie die Spule 22, den Magneten 23, den Rotor 15 und schließlich auch die äußere Welle 10 konzentrisch umgeben. Die Gehäuseteile 21 und 24 sind, wie in der 3 dargestellt ist, ringförmig ausgebildet und umgeben einen inneren Freiraum, in dem die äußere Welle 10 drehbar angeordnet ist. Mit der äußeren Welle 10 ist auch der Rotor 15 innerhalb der beiden Gehäuseteile drehbar angeordnet. Zu diesem Zweck ist der Rotor 15 drehfest mit der äußere Welle 10 verbunden. Die Gehäuseteile 21 und 24 umgeben einen Innenraum, der gegen äußere Einflüsse im Bereich der äußeren Welle 10 mittels der beiden Radialwellendichtringe 20 und 25 abgedichtet ist, die jeweils an den inneren Umfangsflächen der Gehäuseteile 21 bzw. 24 angeordnet sind und mit ihrer Dichtlippe auf dem äußere Welle 10 aufliegen. Der Innenraum 26 ist mit einem magnetorheologischen Flüssigkeit 35 gefüllt, sodass der Spalt zwischen dem Gehäuseteil 21 und dem Rotor 15 wenigstens teilweise und insbesondere vollständig mit der magnetorheologischen Flüssigkeit 35 gefüllt ist. Die Gehäuseteile 21 und 24 selbst sind an der Manteleinheit 32 befestigt, sodass sie auch im Betrieb der Lenkung relativ zu der Manteleinheit unbeweglich sind. Damit sind auch die Spule 22 und der Magnet 23 fest mit der Manteleinheit 32 verbunden.
Der Rotor 15 weist die bereits beschriebene Reibfläche 16 auf. Das erste Gehäuseteil 21 weist an seiner Innenseite eine dazu kompatible Gegenfläche 36 auf, die der Form der Reibfläche 16 entspricht, wobei zwischen der Reibfläche 16 und der kompatible Gegenfläche 36 die magnetorheologischen Flüssigkeit angeordnet ist. Die konzentrische Anordnung des Rotors 15 und des ersten Gehäuseteils 21 ist so gewählt, dass auch die Reibfläche 16 und die Gegenfläche 36 konzentrisch ausgebildet sind. Die Reibungskupplung 7 kann aufgrund ihrer Ausgestaltung im Betrieb zwischen zwei Schaltzuständen hin- und hergeschaltet werden. Ein offener Schaltzustand oder Betriebszustand wird eingenommen, wenn der Rotor 15 frei drehbar gegenüber dem ersten Gehäuseteil 21 ist. Der geschlossene Zustand der Reibungskupplung 7, nachfolgend auch Verriegelungszustand genannt, wird eingenommen, wenn ein vorhandenes Magnetfeld des Dauermagneten 23 zu einer Verkettung der magnetorheologischen Partikel der magnetorheologischen Flüssigkeit zwischen der Reibfläche 16 und der Gegenfläche 36 führt. Die Reibungskupplung ist dann geschlossen und der Rotor kann nur unter Überwindung eines definierten Reibmoments gegenüber dem ersten Gehäuseteil 21 und gegenüber der Manteleinheit 32 verdreht werden.
Für die in den Figuren dargestellte Lenkung bedeutet diese technische Lösung, dass im normalen Betrieb des Kraftfahrzeugs von einer Steuerung 40 die Rastvorrichtung 6 und die Reibungskupplung 7 geöffnet werden, sodass die Lenkwelle 3 frei gegenüber der Manteleinheit 32 drehbar ist. Eventuelle Gegenkräfte, die als Lenkkräfte wahrgenommen werden, werden von dem Aktuator 5 erzeugt.
Sobald das Fahrzeug abgestellt und verriegelt wird, betätigt die Steuerung 40 die Rastvorrichtung 6 und die Reibungskupplung 7, sodass das Rastelement 12 in den Raststern 11 einrastet und, wie oben beschrieben wurde, die Lenkwelle 3 dadurch gegenüber der Manteleinheit 32 mit einem gewissen Spiel verriegelt ist. Die Rastvorrichtung 6 erzeugt dabei ein so hohes Rastmoment, dass die entsprechenden Sicherheitsanforderungen, die beispielsweise ein Überwindungsmoment von mindestens 100 Nm erfordern, erfüllt sind. Zugleich wird die relativ klein dimensionierte Reibungskupplung 7 geschlossen. Die Reibungskupplung 7 ist beispielsweise so ausgelegt, dass ein zu überwindendes Drehmoment zwischen 5 Nm und 20 Nm entsteht. Bis zu diesem Drehmoment ist das Lenkrad durch die Reibungskupplung 7 spielfrei fixiert. Für den Benutzer stellt sich der erzielte technische Effekt so dar, dass bei verriegelter Lenkwelle das Lenkrad vollkommen spielfrei blockiert ist und, beispielsweise wenn sich der Benutzer zum Aussteigen an dem Lenkrad festhält, innerhalb des Spiels gegen das Reibmoment der Reibungskupplung verdrehen kann, bis der jeweilige Anschlag der Rastvorrichtung 6 erreicht ist.
Es wird dadurch vermieden, dass das Lenkrad reibungsfrei zwischen den Anschlägen der Rastvorrichtung 6 drehbar bleibt.
Das Umschalten der Reibungskupplung 7 erfolgt dadurch, dass die elektrische Spule 22 zusammen mit dem Dauermagnet 23, kurz Magnet 23, vorgesehen ist, die zusammen eine Magnetfeldquelle bilden. Über kurzzeitige und entsprechend starke magnetische Impulse mit der elektrischen Spule 22 wird der Dauermagnet 23 aus hartmagnetischem Material magnetisiert. Das Magnetfeld bleibt dauerhaft vorhanden. Dadurch befindet sich die Reibkupplung 7 im geschlossenen Zustand, da dies zu einer Verkettung der magnetorheologischen Partikel der magnetorheologischen Flüssigkeit zwischen der Reibfläche 16 und der Gegenfläche 36 führt und somit der Rotor 15 in Rotationsrichtung um die Längsachse 17 blockiert ist. Eine Entmagnetisierung ist durch entsprechend alternierende Impulse oder ein alternierendes Wechselfeld möglich, wodurch die Reibkupplung 7 in die geöffnete Stellung überführt wird.
Die beiden beschriebenen Zustände bleiben ohne zusätzlichen Energiebedarf eingeschaltet, da die Spule 22 nur bestromt wird, um den Dauermagneten zu magnetisieren oder zu entmagnetisieren. Zwischen den Umschaltvorgängen ist die Spule 22 unbestromt.
Für den Benutzer ergibt sich letztlich ein Benutzungseindruck, der einer konventionellen Lenkung mit einer ebenfalls spielbehafteten Rastvorrichtung, aber mit einem Betätigungswiderstand oder einer Dämpfung gegenüber kleinen Drehbewegungen innerhalb des Spiels der Rastvorrichtung 6 entspricht. Wenn eine solche Anordnung bei einer konventionellen Lenkung mit drehfester Verbindung zwischen dem Lenkrad und einem Lenkgetriebe einsetzt wird, kann ebenfalls die verriegelte Ruhelage des Lenkrads durch die Reibungskupplung 7 bedämpft werden, falls dies gewünscht ist. In allen Fällen wird die eigentliche Diebstahlsicherung mit einem hohen zu überwindenden Drehmoment von der Rastvorrichtung 6 und nicht von der Reibungskupplung 7 bereitgestellt. Die Reibungskupplung 7 kann deshalb klein, leicht und relativ preiswert ausgeführt sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102015203949 A1 [0002]
DE 102013019045 A1 [0003]
DE 1475517 A1 [0004]
DE 19906703 A1 [0004]

Claims

Lenksäule mit Lenkradverriegelung, - mit einer Manteleinheit (32) zur Befestigung in einem Kraftfahrzeug, - mit einer Lenkwelle (3), die in der Manteleinheit (32) drehbar gelagert ist, und die an einem freien Ende einen Anschluss (4) für ein Lenkrad aufweist, und - mit einer Rasteinheit (6), die eine Entriegelungsstellung und eine Verriegelungsstellung einnehmen kann, wobei die Rasteinheit (6) an der Manteleinheit (32) befestigt ist und ein Rastelement (12) aufweist, das in der Verriegelungsstellung in einen an der Lenkwelle (3) befestigten Raststern (11) eingreift und so die Lenkwelle (3) gegenüber der Manteleinheit (32) bis auf ein restliches Spiel drehfest verriegelt, dadurch gekennzeichnet, dass - die Manteleinheit (32) eine Reibungskupplung (7) trägt, -- wobei die Reibungskupplung (7) ein drehfest an der Manteleinheit (32) befestigtes Gehäuse und einen an der Lenkwelle (3) drehfest befestigten Rotor (15) aufweist, und -- wobei die Reibungskupplung (7) in einem geschlossenen Zustand die Lenkwelle (3) reibschlüssig spielfrei mit der Manteleinheit (32) kuppelt und in einem offenen Zustand die Lenkwelle (3) gegenüber der Manteleinheit (32) entkuppelt.
Lenksäule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse einen Innenraum 26 aufweist, wobei der Innenraum 26 zumindest teilweise mit einer magnetorheologischen Flüssigkeit 35 gefüllt ist.
Lenksäule nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rasteinheit (12) und die Reibungskupplung (7) von einer Steuerung (40) elektrisch betätigbar sind.
Lenksäule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibungskupplung (7) eine bistabile, magnetisch schaltbare Reibungskupplung (7) ist.
Lenksäule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (15) der Reibungskupplung (7) drehfest auf der Lenkwelle (3) gehalten ist.
Lenksäule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkwelle (3) teleskopierbar ist und ein äußere Welle (10) sowie ein innere Welle (30) aufweist, und dass der Rotor (15) der Reibungskupplung (7) auf der äußeren Welle (10) gehalten ist.
Lenksäule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im verriegelten Zustand die Rastvorrichtung (12) ein Rastmoment von mindestens 100 Nm und die Reibungskupplung (7) ein Reibmoment zwischen 5 Nm und 20 Nm erzeugen.
Lenksäule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkwelle (3) mit einem Aktuator (5) eines Steer-by-Wire-Lenksystems gekoppelt ist.
Verriegelungsvorrichtung für eine Lenksäule mit einer Rastvorrichtung (12), die dazu eingerichtet ist, ein Rastmoment von mindestens 100 Nm zu erzeugen, und mit einer Reibungskupplung (7), die dazu eingerichtet ist, ein Reibmoment zwischen 5 Nm und 20 Nm zu erzeugen.