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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kopfstützenanordnung mit einem Antrieb zur horizontalen Verstellung eines Kopfstützenkastens für einen Kraftfahrzeugsitz.
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Kopfstützen sind in Kraftfahrzeugen ein wesentlicher Bestandteil des passiven Sicherheitssystems und dienen der Verminderung von Krafteinwirkungen auf die Halswirbelsäule bei plötzlicher Veränderung der Fahrzeugbewegung, insbesondere bei einem Verkehrsunfall. Zusätzlich zur Verbesserung der Sicherheit der Fahrzeuginsassen dienen Kopfstützen auch der Erhöhung des Komforts.
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Damit die Kopfstützen diese Funktionen übernehmen und hinsichtlich ihrer Position individuell an unterschiedliche Fahrzeuginsassen angepasst werden können, sind sie in der Regel einstellbar vorgesehen. Hinsichtlich der Einstellmöglichkeiten sind eine Vielzahl von Ausführungsformen und Varianten bekannt.
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Üblicherweise sind die Kopfstützen zumindest höhenverstellbar ausgeführt und mechanische in unterschiedlichen Positionen verrastet gehalten. Hierzu weisen die Kopfstützen Tragstangen mit Raststellen sowie eine gepolsterte Tragstruktur auf, die in entsprechenden Aufnahmen des Kraftfahrzeugsitzes gehalten sind.
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Weiterhin lassen sich bekannte Kopfstützen häufig zusätzlich hinsichtlich ihrer Neigung einstellen. Bekannt sind auch Ausführungsvarianten die eine kombinierte Einstellung in der Höhe und in der Länge/Tiefe, d.h. Abstand des gepolsterten Kopfstützenkastens in x- Richtung in Bezug auf den Kopf des Fahrzeuginsassen, aufweisen.
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Die Einstellung des Kopfstützenkastens hinsichtlich der Länge/Tiefe in x-Richtung ist beispielsweise über einen Zahnstangenantrieb bekannt. Hierbei stehen zwei in Eingriff miteinander angeordnete Zahnräder jeweils in Eingriff mit einer Zahnstange. Der Antrieb eines Zahnrades bewirkt dabei eine lineare Bewegung der Zahnstange und somit eine Verstellung des Kopfkastens der Kopfstützenanordnung in der x-Richtung.
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Diese Verstellmöglichkeit kann sowohl manuell als auch elektrisch erfolgen.
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Aufgrund von Fertigungs- und Montagetoleranzen kann es bei einer derartigen Kopfstützenanordnung, die zumindest eine Einstellung hinsichtlich der Länge/Tiefe umfasst, zu unerwünschten Geräuschemissionen und erhöhtem Verschleiß kommen. Hierfür ist insbesondere eine fehlerhafte Positionierung der Zahnpaarungen zwischen Zahnrädern und Zahnstangen sowie eine Verklemmung der Führungsflächen des Antriebs zur horizontalen Verstellung verantwortlich.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher eine Kopfstützenanordnung mit einem Antrieb zur horizontalen Verstellung eines Kopfstützenkastens für einen Kraftfahrzeugsitz derart weiterzubilden, dass bei der Einstellung des Kopfkastens in eine gewünschte Position sowie in der eingestellten Position Geräusche vermieden werden, sowie der Antrieb zur Verstellung möglichst wartungsarm aufgebaut ist.
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Diese Aufgabe löst die vorliegende Erfindung mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen.
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Die Kopfstützenanordnung mit Antrieb zur horizontalen Verstellung des Kopfstützenkastens zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass die Zahnstangen über Federelemente federvorgespannt auf den Zahnrädern gehalten sind, wobei die Federelemente derart gleitend in den Führungen des Kopfstützenkastenträgers gehalten sind, dass ein Toleranzausgleich in y und z-Richtung zwischen Zahnrädern 9a, 9b und zugeordneten Zahnschienen 7a, 7b möglich ist.
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Durch den möglichen Toleranzausgleich, der Fertigungs und Montageungenauigkeiten zwischen den Zahnradpaarungen: Verzahnung Zahnräder und Verzahnung Zahnstange ausgleicht, werden Geräusche minimiert, die Lebensdauer erhöht und der Verschleiß verringert.
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Die Längsrichtung entspricht der x-Richtung und definiert die Einstellbarkeit in der Länge. Die Querrichtung entspricht der y-Richtung. Die Hochrichtung entspricht der z-Richtung und definiert die Höheneinstellung in der Beschreibung und den zugeordneten Zeichnungen. Als Vorderseite wird in der nachfolgenden Beschreibung, die zur Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs weisende Seite verstanden. Üblicherweise ist zumindest die zur Vorderseite weisende Seite des Kopfkastens mit einem Bezug versehen und gepolstert ausgeführt. Die Rückseite weist zum Heckbereich des Kraftfahrzeugs.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben, wobei auf die anhängenden Zeichnungen Bezug genommen wird. Darin zeigen:
- 1 eine perspektivische Vorderansicht einer erfindungsgemäßen Kopfstützenanordnung,
- 2 eine Darstellung des Zusammenbaus Kopfstützenkastenträger, Kopfstützenstangen, vertikale Führung und Spindel, horizontale Führung mit Zahnstangen und Zahnradpaar,
- 3 die erfindungsgemäße Kopfstützenanordnung eines Kraftfahrzeugsitzes in einer Explosionsdarstellung; und
- 4 eine Detaildarstellung der Führung der Zahnstange mit Zahnradpaarung Zahnstange / Verzahnung Zahnrad.
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Die erfindungsgemäße Kopfstützenanordnung 1 für einen Kraftfahrzeugsitz ist in der 1 in einer Vorderansicht im zusammengebauten Zustand und in der 3 mit der Wesentlichen Bauteile in einer Explosionsdarstellung schematisch abgebildet. und umfasst im Wesentlichen zwei Kopfstützenstangen 3, einen Kopfstützenkasten K mit einem vorderen Kopfstützenkastenelement 4 mit Kopfanlageteil, einem hinteren Kopfstützenkastenelement 5, einen Kopfstützenkastenträger 2 mit vertikalen Führungen 12 für die Kopfstützenstangen 3 und horizontalen Führungen 10, einem horizontalen Führungselement 11, einer ersten Antriebseinheit (Spindelantrieb 16, 17, 18) für eine elektrisch betätigbare Verstellung in vertikaler Richtung, einer zweiten Antriebseinheit (Zahnstangenantrieb 6a, 6b, 9a, 9b, 13) für eine elektrisch betätigbare Verstellung in x-Richtung.
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Die Kopfstützenstangen 3 sind parallel zueinander beabstandet an der Rückenlehnenstruktur eines Fahrzeugsitzes oder einer Sitzanlage angebunden. Die Anbindung wird üblicherweise als Rastverbindung ausgeführt, die eine schnelle Montage und sichere Anbindung der Kopfstützenanorndnung ermöglicht. Hierfür weisen die Kopfstützenstangen im unteren Endbereich Raststellen auf.
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Zur individuellen Anpassung an unterschiedliche Insassen ist der Kopfstützenkasten mit Kopfanlageteil höhenverstellbar über eine erste Antriebseinheit ausgeführt. Hierfür ist der Kopfstützenkasten an dem Kopfstützenkastenträger 2 angebunden, wobei der Kopfstützenkastenträger 2 wie nachfolgend näher erläutert in z-Richtung verstellbar an den Kopfstützenstangen 3 angebunden ist. Des Weiteren ist der Kopfstützenkasten mit Kopfanlageteil in der Horizontalen hinsichlich der Länge d.h. der x-Richtung über eine zweite Antriebseinheit einstellbar ausgeführt. Hierfür kann der Kopfstützenkasten hinsichtlich seiner Position in x-Richtung relativ zu dem Kopfstützenkastenträger verstellt werden. Diese Einstellmöglichkeiten sind in den Figuren mit entsprechenden Doppelpfeilen PF1 (vertikale Verstellung), PF2 (horizontale Verstellung) dargestellt. In der Gebrauchsposition ist die Kopfstützenanordnung hinsichtlich der Höheneinstellung und der Längeneinstellung fix und kann nicht verstellt werden.
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Der zweiteilig ausgeführte Kopfstützenkasten umfasst ein vorderes Kopfstützenkastenelement 4 mit Kopfanlageteil sowie ein hinteres Kopfstützenkastenelement 5. Zumindest das nach vorne weisende Kopfanlageteil ist mit einem Bezug und einem Polster versehenen. Diese nach vorne gerichtete Seite V des vorderen Kopfstützenkastenelementes 4 ist vorzugsweise leicht konkav ausgeführt. Vorderes Kopfstützenkastenelement 4 ist vorzugsweise als rechteckiges plattenförmiges Element, hinteres Kopfstützenkastenelement 5 ist im Wesentlichen als rechteckig ausgeformte Gehäusehalbschale ausgeformt und bildet einen Aufnahmeraum. Als Material für die beiden Elemente wird vorzugsweise ein Kunststoffmaterial verwendet. Vorderes und hinteres Kopfstützenkastenelement werden bei der Montage der Kopfstützenanordnung vorzugsweise über randseitig umlaufende Rastverbindungsstellen zu dem Kopfstützenkasten gefügt. Im Gehäuseinneren nimmt der Kopfstützenkasten K den oberen Endbereich der Kopfstützenstangen 3, den Kopfstützenkastenträger 2 mit Führungen und erster und zweiter Antriebseinheit auf.
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Der Kopfstützenkastenträger 2 ist vorzugsweise aus einem Kunststoffmaterial in einem Spritzgussverfahren hergestellt, und umfasst einen ersten Abschnitt zur Aufnahme bzw. Anbindung der ersten Antriebseinheit und einen zweiten Abschnitt 22 zur Aufnahme bzw. Anbindung der zweiten Antriebseinheit. Wie man es aus der Zeichnung der 3 erkennen kann, ist der zweite Abschnitt 22 in einem Aufnahmeraum A auf der rechten Seite des Kopfstützenkastenträgers angeordnet. Des Weiteren umfasst der Kopfstützenkastenträger 2 im Bereich des zweiten Abschnitts die Führungen 10a, 10b die jeweils am oberen und unteren Endbereich des Kopfstützenkastenträgers im Aufnahmeraum angeordnet sind. Die vertikalen Führungen 12 sind im Wesentlichen als Führungshülsen in y Richtung randseitig an dem Kopfstützenkastenträger ausgeführt. In den vertikalen Führungen 12 sind die Kopfstützenstangen 3 gleitend gelagert, wodurch eine verschiebliche Lagerung des Kopfstützenkastenträgers 2 in Bezug auf die Kopfstützenstangen 3 in z-Richtung möglich ist.
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Die Kopfstützenanordnung umfasst ein horizontales Führungselement 11, welches an der Innenseite des vorderen Kopfstützkastenelementes angebunden, vorzugsweise angeschraubt ist. Alternativ kann das horizontale Führungselement 11 auch an dem hinteren Kopfstützkastenelement angebunden sein. Das horizontale Führungselement weist zwei parallel zueinander in z-Richtung beabstandete und in x-Richtung sich erstreckenden Führungsschienen 6a, 6b auf, die an einem Tragelement 61 angebunden sind. Das Tragelement 61 ist als u-förmig ausgeführtes Element mit zwei Halteschenkeln 61a und einen die Halteschenkel verbindenden Steg 61b ausgeführt. Die Halteschenkel 61a dienen der Anbindung der Führungsschienen 6a, 6b an das Tragelement 61. Der Steg 61b dient der oben beschriebenen Anbindung an das vordere Kopfstützenkastenelement 4.
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Die vertikale Verstellung erfolgt über die erste Antriebseinheit, die im Wesentlichen eine Spindel 17, eine Spindelmutter 18 und einen ersten als Elektromotor ausgeführten Stellmotor 16 umfasst. Im ersten Abschnitt des Kopfstützenkastenträgers 2 ist die Spindel 17 angeordnet, wobei die Längsachse der Spindel in z-Richtung verlaufend ausgerichtet ist. Der obere Endabschnitt der Spindel 17 ist an einem mit einer Kopfstützenstange 3 fest verbundenen Tragelement 15 drehbar gelagert. Aus der Zeichnung kann man ersehen, dass das Tragelement 15 ausgehend von der einen Kopfstützenstange 3 in y-Richtung verlaufend in den Zwischenraum zwischen die Kopfstützenstangen ragt. Die Spindel 17 treibt die an dem Tragelement 15 angeordnete Spindelmutter 18 an, so dass bei einer Drehung der Spindel 17 über die Spindelmutter 18 der Kopfstützenkastenträger 2 in vertikaler Richtung längs der Kopfstützenstangen 3 auf - und abbewegbar ist. Der als Elektromotor ausgeführte Stellmotor 16 ist im ersten Abschnitt angeordnet und treibt die Spindel 17 nach entsprechender Ansteuerung zu einer Drehbewegung an. Mittels des Elektromotors 16, der Spindel 17 und der Spindelmutter 18 wird demnach die vertikale Verstellbewegung des Kopfstützenkastenträgers 2 und in Folge dessen des Kopfstützenkastens 3 bewirkt.
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Die horizontale Verstellung erfolgt über die zweite Antriebseinheit. Diese umfasst zwei Zahnstangen 7a, 7b, die auf den einander zugewandten Flächen der Führungsschienen 6a, 6b ausgeführt sind. Die Führungsschienen 6a, 6b weisen auf ihren den Zahnstangen 7a, 7b gegenüberliegenden Seiten randseitig schräg nach außen weisende Federelemente 16a, 16b auf. Die Federelemente 16a, 16b sind als rechteckige Leisten ausgebildet und umfassen gegenüberliegende Führungsflächen 17a, 18a; 17b, 18b. Die Führungsflächen 17a, 18a; 17b; 18b verlaufen unter einem Winkel Alpha zu der y-Richtung. Der Winkel beträgt vorzugsweise 45 Grad.
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Die Führungsschienen 6a, 6b sind, wie es näher anhand der Detaildarstellung der 4 beschrieben ist, durch horizontale Führungen 10 im Kopfstützenkastenträger 2 federnd geführt, wodurch ein Toleranzausgleich gewährleistet werden kann. In den Führungen 10 liegen die Führungsschienen 6a, 6b mit ihren den Zahnstangen 7a, 7b gegenüberliegenden Führungsflächen 17a, 18a; 17b, 18b in korrespondierenden Führungsnuten 21a, 21b gleitend an. Die Führungsnuten 21a, 21b verlaufen ebenfalls unter dem Winkel Alpha ausgehend von rechteckig ausgeführten Führungsbohrungen der Führungen 10 im Aufnahmeraum.
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Die Zahnstangen 7a, 7b stehen mit einem in einem Zahnradgehäuse 70 gelagerten Zahnradpaar 9a, 9b in Wirkverbindung, die ebenfalls der zweiten Antriebseinheit zugeordnet sind. Das Zahnradgehäuse 70 ist in dem Aufnahmeraum A aufgenommen gehalten. Das Zahnradpaar 9a, 9b weist zwei gleiche Zahnräder auf, die über umfangseitig eingebrachte Zähne 90a, 90b mit einem auf einer Antriebswelle angeordneten Zahnritzel in Wirkverbindung stehen. Die Lagerung der Zahnräder 9a, 9b erfolgt über in y-Richtung sich erstreckende parallel zueinander ausgerichtete Achsen im Zahnradgehäuse 70. Die obenstehend beschriebene Wirkverbindung zwischen Zahnstangen 7a, 7b, Zahnradpaar 9a, 9b und Antriebswelle mit Ritzel ist derart, dass bei einem Antrieb einer Antriebswelle die Zahnräder 9a, 9b in eine gegensinnige rotatorische Bewegung versetzt werden, die über die Zahnstangen 7a, 7b in eine translatorische Bewegung in x-Richtung umgesetzt werden. Der Antrieb der Antriebswelle der zweiten Antriebseinheit erfolgt über einen als Elektromotor ausgeführten Stellmotor einer Antriebseinheit 13. Der Elektromotor ist ebenfalls an dem Kopfstützenkastenträger 2 im zweiten Bereich 22 angebunden.
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Die Elektromotoren sind als Baugruppe mit einer dem Motor zugeordneten Getriebeeinheit als Antriebseinheit 13 ausgeführt. Elektromotor und Getriebeeinheit sind dabei vorzugsweise in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Die zugeordnete Getriebeeinheit ist selbsthemmend. Aufgrund der Selbsthemmung der den Elektromotoren zugeordneten Getriebeeinheiten wird der Kopfstützenkasten in der Gebrauchsposition, d.h. in einer hinsichtlich Höhe und Länge eingestellten Position arretiert gehalten. Diese Selbsthemmung wirkt auch im Crashfall einer Verstellung entgegen.
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Beide Elektromotoren sind an einen Kabelbaum des Kraftfahrzeugsitzes angeschlossen und können durch eine Kontrolleinheit angesteuert werden.
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Zwecks Einstellung und Verstellung der Höhe und/oder Länge der Kopfstützenanordnung muss der Insasse entsprechende Steuerschalter/-knöpfe drücken, wobei diese Signale an die Kontrolleinheit zur Ansteuerung der entsprechenden Stellmotoren übermittelt werden.
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In der 4 ist in einer Detaildarstellung die obere Führung 10a mit Führungsnuten 21a, zugeordneter Führungsschiene 6a mit Federelementen 16a sowie mit Zahnstange 7a und Zahnrad 9a gezeigt.
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Wie bereits obenstehend beschrieben stehen die Zahnräder 9a und 9b miteinander in Eingriff und sind in dem Zahnradgehäuse 70 aufgenommen und gelagert. Die Lagerung und Positionierung muss bei der Montage derart vorgenommen werden, dass die Zähne 90a, 90b der Zahnräder 9a, 9b in korrektem Eingriff miteinander sind. Gemäß dem Ausführungsbeispiel ist hier eine Schrägverzahnung der Zahnräder vorgesehen.
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Des Weiteren muss bei der Montage eine korrekte Positionierung zwischen den Zahnrädern 9a, 9b und den zugeordneten Zahnstangen 7a, 7b gewährleistet sein. Um einen Toleranzausgleich zu schaffen, und um eine exakte Positionierung zu gewährleisten, weisen die Zahnräder 9a, 9b und die Zahnstangen 7a, 7b jeweils seitlich an ihren zugewandten Seitenflächen sogenannte Laufflächen 25, 26 auf. Der Eingriff der Zahnräder 9a, 9b in die Zahnstangen 7a, 7b und damit die korrekte Positionierung in z-Richtung wird dadurch gewährleistet, dass die Laufflächen 25, 25 sowohl während einer eingestellten Position als auch während einer Verstellbewegung in x-Richtung Kontakt zueinander haben.
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Der Kontakt wird dadurch sichergestellt, dass die Federelemente 16a, 16b der Zahnstangen 7a, 7b die Laufflächen durch Vorspannung aufeinanderpressen. Durch die geneigte Anordnung der Federelemente 16a, 16b, die gleitend in den korrespondierenden Führungsnuten 21a, 21b gehalten sind, wobei der Winkel vorzugsweise 45 Grad beträgt, kann ein Toleranzausgleich in zwei Richtungen (z und y-Richtung) erfolgen.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Laufflächen 25, 26 aus einem flexiblen Material ausgeführt. Als Material kommt beispielsweise ein thermoplastisches Elastomer zum Einsatz. Hierdurch kann eine zusätzliche Federkraft aufgebaut werden, und Geräuschemissionen können vermieden werden.
