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Technisches
Gebiet
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Die
Erfindung betrifft eine elektrische Lenkungsverriegelung für Fahrzeuge,
mit einer Lenkwelle, an der umfangsseitig ein mit Nuten versehener Sperrkranz
ausgebildet ist, mit einem drehbeweglichen Verriegelungsteil, das über ein
Federelement mit einem Antriebsrad eines Antriebs verbunden ist und
durch Drehung des Antriebsrades aus einer Entriegelungsstellung
in eine Verriegelungsstellung, in der das Verriegelungsteil in eine
Nut des Sperrkranzes eingreift, betätigt ist.
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Mit
einer Lenkungsverriegelung soll verhindert werden, dass ein Fahrzeug
von Unbefugten benutzt werden kann. Sie ist Teil der Erstausstattung und
wird bei Fahrzeugen der neuen Generation zumeist elektromotorisch
betrieben.
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Aus
der
DE 196 50 751
C1 ist eine Lenkungsverriegelung für ein Kraftfahrzeug bekannt,
bei der ein drehbeweglich gelagerter Sperrriegel mittels eines Elektromotors
und eines zwischengeschalteten Getriebes zwischen einer Entriegelungsstellung
und einer Verriegelungsstellung vor und zurück betätigbar ist. Das Getriebe besteht
aus einem Innennocken und einer Antriebswelle mit einem Mitnehmernocken. An
der Antriebswelle ist der Sperrriegel ausgebildet. Das Verriegeln
erfolgt nun so, dass in der Entriegelungsstellung, in der der Sperrriegel
durch eine Federkraft beaufschlagt ist, der Motor kurzzeitig betätigt wird,
wodurch – auf
Grund einer exzentrischen Anordnung zwischen Innennocken und Mitnehmernocken – der Mitnehmernocken überfahren
wird und der Sperrriegel federkraftbetätigt in die Verriegelungsstellung
einschwenkt. Um auszuschließen,
dass dieses Einschwenken nicht in unbeabsichtigter Weise während der
Fahrt ausgelöst
wird und damit die Sicherheit des Kraftfahrzeugs gefährdet, ist
eine zusätzliche
Sicherheitseinrichtung in Form eines Hubmagnetes vorgesehenen, der über eine
Hubstange den Sperrriegel bei Fahrtstellung arretiert. Zur Steuerung
des Motors und der Sicherheitseinrichtung ist eine elektronische
Steuerschaltung vorgesehen.
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Von
Nachteil ist hierbei, dass das Getriebe aus mehreren Einzelteilen
aufgebaut ist und eine zusätzliche
Sicherheitseinrichtung erforderlich ist. Dies erfordert einen entsprechenden
Aufwand bei Herstellung und Montage. Hinzu kommt, dass, je nach
Ort des Einbaus, die Betätigung
der Sicherheitseinrichtung, die ja bei Stillstand des Fahrzeuges
erfolgt, im Fahrgastraum störende
Geräusche
verursacht.
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Darstellung
der Erfindung
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine elektrische Lenkungsverriegelung
zu schaffen, die aus wenigen und einfach zu fertigenden Einzelteilen
aufgebaut ist, die keine störenden
Betriebsgeräusche
verursacht und die kostengünstig
herstellbar ist.
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Die
Lösung
dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1. Auf vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung nehmen die Unteransprüche Bezug.
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Bei
der nach der Erfindung ausgeführten elektrischen
Lenkungsverriegelung ist das Verriegelungsteil als Sperrrad ausgebildet.
Ein Federelement bildet eine elastische Mitnahme zwischen Antriebsrad
und Sperrrad. Durch die elastische Mitnahme sind Sperrrad und Antriebsrad
zueinander verdrehbar. Das Federelement ist im Axialspalt zwischen
einander zugewandten Stirnflächen
des Sperrrades und des Antriebsrades angeordnet. Ein wesentlicher
Vorteil dieser Konstruktion ist zunächst, dass die Lenkungsverriegelung
nur aus wenigen Einzelteilen besteht und daher die Herstellung und
Montage mit geringem Aufwand möglich
ist. Für
eine Fertigung in Großserien
ist dies von besonderem Vorteil. Eine zusätzliche Sicherheitseinrichtung,
die das Sperrglied in der Entriegelungsstellung sichert, entfällt. Die
Lenkungsverriegelung beansprucht darüber hinaus nur ein geringes
Bauvolumen. Ferner ist von Vorteil, dass der Motor stets nur in
eine Drehrichtung dreht und nicht reversiert werden muss. Dadurch
entfallen Schalteinrichtungen zur Drehrichtungsumkehr. Das Federelement
wirkt als elastische Drehmitnahme zwischen Antriebsrad und Sperrscheibe.
Steht bei einer Drehung in die Verriegelungsstellung dem Sperrrad
nicht eine Nut sondern ein Zahn des Zahnkranzes entgegen, so wird
das Antriebsrad gegenüber der
Sperrscheibe verdreht. Die Sperrscheibe ist nun mit einer Federgegenkraft
beaufschlagt. In dieser Stellung genügt eine geringfügige Drehung
der Lenkwelle und das Sperrrad schnappt in eine Nut des Zahnkranzes
ein.
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Bevorzugt
besteht das Sperrrad einfach aus einer Scheibe, an der umfangsseitig
radial vorspringende Segmente ausgebildet sind. Dadurch nimmt das
Sperrrad pro Umdrehung mehrere Verriegelungsstellungen bzw. Entriegelungsstellungen
ein, je nachdem ob sich ein Segment in Eingriff mit einer Nut des
Sperrkranzes befindet.
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Zweckmäßig erfolgt
die Lagerung der Sperrscheibe und des Antriebsrades auf einer gemeinsamen
Drehachse.
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Für die Realisierung
des Federelementes sind unterschiedliche Bauformen und Materialien denkbar.
Besonders geeignet sind Metallfedern, wie beispielsweise Spiralfedern
oder Schenkelfedern. Es ist aber auch denkbar, dass diese elastische
Drehmitnahme aus einem Elastomer oder einem Kunststoff hergestellt
ist. Hinsichtlich einer kompakten raumsparenden Konstruktion ist
es günstig,
wenn die Enden dieser elastischen Drehmitnahme jeweils auf den einander
zugewandten Stirnflächen
des Antriebsrades und des Sperrrades festgelegt sind.
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Mit
Vorteil ist das Federelement eine Metallfeder, die spiralförmig um
die Drehachse gewickelt ist. In einer bevorzugten Ausgestaltung
ist die Metallfeder eine Schenkelfeder in der Form eines Omega. Die
beiden Enden dieser Omegafeder sind jeweils zu schlingenförmigen Ösen geformt,
die in Zapfen eingehängt
sind, die an gegenüberliegenden
Stirnflächen
des Antriebsrades bzw. des Sperrrades, im Axialspalt ausgebildet
sind.
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Bevorzugt
ist eine Ausführung
der Erfindung bei der der Durchmesser des Antriebsrades kleiner ist
als der Durchmesser des Sperrrades. Dadurch rückt die Lenkradverriegelung
näher zur
Lenkwelle und beansprucht eine geringere Bauhöhe.
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Das
Einrasten des Sperrrades in eine Nut des Sperrkranzes wird erleichtert,
wenn in Umfangsrichtung gesehen jeder Radialvorsprung eine Abrundung
aufweist.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
weist das Sperrrad zwei diametral gegenüberliegende Radialvorsprünge auf.
Dadurch entsteht eine Viertelkreis-Abstufung, bei der in der Verriegelungsstellung die
Lenkung durch Eingriff eines Radialvorsprungs in eine Nut sicher
gesperrt ist. Andererseits ist in der Entriegelungsstellung die
Lücke zwischen
den Segmenten so bemessen, dass ein unbeabsichtigtes Blockieren
der Lenkung weitgehend ausgeschlossen ist.
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Unter
dem Gesichtspunkt einer kostengünstigen
Massenfertigung ist es günstig,
wenn das Sperrrad und/oder das Antriebsrad in Spritzgusstechnik
hergestellt sind. Die Dicke des Sperrrades ist dabei so bemessen,
dass ein Abscheren, und damit ein Umgehen der Sicherheitseinrichtung,
weitgehend ausgeschlossen werden kann. In einer materialsparenden
Ausführung
kann das Antriebsrad bzw. das Sperrrad mit Ausnehmungen versehen
sein.
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Als
Antrieb ist ein elektrischer Stellmotor vorteilhaft, an dessen Welle
eine Schnecke ausgebildet ist, die mit einer umfangsseitigen Zahnung
eines Schneckenrades kämmt.
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Wie
eingangs bereits erwähnt,
ist es bei elektromechanischen Lenkradverriegelungen üblich, den Stellvorgang
des Motors bzw. der zusätzlichen
Sicherheitseinrichtung durch eine Steuerelektronik zu überwachen.
Aus sicherheitstechnischen Gründen ist
es vorteilhaft, wenn neben der Erfassung des Drehweges des Antriebsrades
auch bestimmte Drehstellungen des Sperrrades gemessen werden. Dies kann
beispielsweise durch einen Magnetfeldsensor erfolgen, der das magnetische
Feld eines auf dem Sperrrad angebrachten Permanentmagneten erfasst. Dadurch
kann eine elektronische Steuerung die Funktionsfähigkeit der mechanischen Kopplung
zwischen Antriebsrad und Sperrrad überwachen bzw. eine Manipulation
erkennen.
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Kurzbeschreibung der Zeichnung
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Die
Erfindung wird nachfolgend an Hand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme
auf die beigefügten
Zeichnungen näher
erläutert.
Es zeigt:
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1 eine
perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen elektrischen Lenkungsverriegelung,
bei der das Sperrrad und das Antriebsrad in einer explodierten Darstellung
gezeigt ist;
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2 eine
Seitenansicht der erfindungsgemäßen elektrischen
Lenkungsverriegelung in einem zusammengebauten Zustand mit Blick
in Richtung der Längsachse
der Lenkwelle;
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3 eine
Draufsicht der erfindungsgemäßen elektrischen
Lenkungsverriegelung;
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4 eine
Schnittdarstellung gemäß der Linie
A-A in 3;
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5 die
elektrische Lenkungsverriegelung in einem zusammengebauten Zustand
in einer räumlichen
Darstellung in der die Positionserfassung und die elektronische
Steuerschaltung schematisch angedeutet sind.
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Darstellung
der Erfindung
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Wie
aus der Darstellung der 1 leicht zu erkennen ist, besteht
die elektrische Lenkungsverriegelung im Wesentlichen aus einem Sperrrad 1,
einem Federelement 3 und einem Antriebsrad 2.
Das Sperrrad 1 und das Antriebsrad 2 sind an einer
gemeinsamen Drehachse 8 drehbeweglich gelagert. Das Federelement 3 bildet
eine Speicherfeder zwischen Antriebsrad 2 und Sperrrad 1.
Durch diese Speicherfeder ist das Sperrrad 1 gegenüber dem
Antriebsrad 2 tordierbar. Jedes Ende der Feder 3 ist
zu einer Öse 10 bzw. 11 geformt.
Diese Ösen 10, 11 stehen
in der Explosionsdarstellung der 1 Zapfen 12, 13 gegenüber, die
an einander zugewandten Stirnflächen 4, 5 (2)
des Sperrrades 1 bzw. des Antriebsrades 2 angebracht
sind. Nach dem Zusammenbau (2) ist die Öse 11 im
Zapfen 13 des Antriebsrades 2 und die Öse 10 im
Zapfen 12 des Sperrrades 1 eingehängt.
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An
der Lenkwelle 15 ist ein Sperrkranz 25 ausgebildet,
der regelmäßig voneinander
beabstandete Nuten 26 aufweist. Die Nuten 26 bilden
Sperröffnungen
für das
Sperrrad 1. Das Antriebsrad 2 wird über ein
Schneckengetriebe 19 von einem Elektromotor 20 angetrieben.
Der Elektromotor 20 ist als Stellantrieb ausgebildet, der
das vom Antriebsrad 2 mitgenommene Sperrrad in stets nur
eine Drehrichtung weiterdreht und das Sperrrad 1 dadurch
wechselweise in Eingriff mit den Nuten 26 kommt. Die Position
des Antriebsrades 2 wird in an sich bekannter Weise durch
Sensoren erfasst. Da das Schneckengetriebe 19 selbsthemmend
ist, entfällt
eine zusätzliche
Sicherheitseinrichtung, welche das Sperrrad 1 in der Entriegelungsstellung
sichert.
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In 1 ist
das Sperrrad 1 in der Verriegelungsposition gezeigt in
der ein Radialvorsprung 6 des Sperrrades 1 in
eine Nut 26 des Sperrkranzes 25 eingreift. Jede
in Drehrichtung weisende Flanke 18 eines Radialvorsprungs 6 ist
mit einer Rundung versehen. Die gerundeten Flanken 18 erleichtern
das Einschnappen, wenn der in Eingriff zu bringende Radialvorsprung 6 des
Sperrrades 1 nicht fluchtend einer Nut 26 gegenüber steht
und mit der Flanke 18 auf eine Stirnfläche 9 eines Zahns
des Zahnkranzes 25 stößt. Die
Dicke des Sperrrades 1 ist so bemessen, dass auch bei einer
Stoßbelastung,
z.B. ein ruckweises Drehen der Lenkwelle, nicht zum Abscheren des Radialvorsprungs
kommt.
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In
den Darstellungen der 1 bis 5 ist die
Lagerung des Antriebsrades 2 bzw. die des Sperrrades 1 nicht
näher dargestellt.
Auch ein umschließendes
Gehäuse,
sowie eine gestellfeste Befestigung ist der Übersichtlichkeit wegen weggelassen.
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Die 2 zeigt
die elektromotorisch betriebene Lenkungsverriegelung in einer Seitenansicht. Um
den Forderungen hinsichtlich eines möglichst geringen Einbauvolumens
gerecht zu werden, ist der Durchmesser 17 des Antriebsrades 2 kleiner
als der Durchmesser 16 des Sperrrades 1. Dadurch
kommt die Drehachse 8 samt Getriebe 19 und Motor 20 näher zur
Lenkwelle 15, was eine geringe Bauhöhe begünstigt. Die Ausbildung des
Federelementes 3 als Omegafeder ist vorteilhaft für eine geringe
axiale Abmessung.
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Die
Achse des Motors 20 und die Schnecke 19 erstrecken
sich etwa längs
der Lenkwelle 15. Wie aus der 2 und der
Draufsicht in 3 zu erkennen ist, fällt die
Ebene des Sperrrades 1 etwa mit der Längsachse 14 der Lenkwelle 15 zusammen.
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In 4 ist
ein Schnitt gemäß der Linie
A-A der 3 gezeigt. Die Omegafeder 3 umschließt etwa
konzentrisch die Achse 14. In die Öse 10 greift der Zapfen 12 des
Sperrrades 1 und in die Öse 11 der Zapfen 13 des
Antriebsrades 2.
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Aus
sicherheitstechnischen Gründen
wird die Position des Sperrrades 1 und der Drehwinkel des
Antriebs überwacht.
Dies erfolgt wie in 5 schematisch dargestellt durch
einen gestellfest angeordneten Hallsensor 21 und einen
mit dem Motor 20 gekoppelten Drehwinkelgeber 22,
die jeweils über elektrische
Leitungen mit einer elektronischen Überwachungsschaltung 23 verbunden
sind.
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Das
Antriebsrad 2 und das Sperrrad 1 sind aus Kunststoff
durch Spritzgießen
gefertigt. Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die oben dargestellte
Ausführungsformen
beschränkt.
Wie oben erwähnt,
kann die elastische Drehmitnahme auch aus einem nicht metallischen
Werkstoff, beispielsweise durch gummielastische Teile, die an den
Stirnflächen 4, 5 anvulkanisiert
sind, gebildet sein.
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- 1
- Sperrrad
- 2
- Antriebsrad
- 3
- Federelement
- 4
- Stirnfläche des
Antriebsrads
- 5
- Stirnfläche des
Sperrrades
- 6
- Radialvorsprung
- 7
- Verriegelungsstellung
- 8
- Drehachse
- 9
- Stirnseite
eines Zahns
- 10
- Öse
- 11
- Öse
- 12
- Zapfen
an der Stirnfläche
des Sperrrades
- 13
- Zapfen
an der Stirnfläche
des Antriebsrades
- 14
- Achse
in der Lenkwelle
- 15
- Lenkwelle
- 16
- Durchmesser
des Sperrrades
- 17
- Durchmesser
des Antriebsrades
- 18
- Flanken
der Radialvorsprünge
- 19
- Schneckengetriebe
- 20
- Motor
- 21
- Positionssensor
- 22
- Drehwinkelgeber
- 23
- Steuerelektronik
- 24
- Ausnehmungen
- 25
- Sperrkranz
- 26
- Nut
im Sperrkranz
- 27
- Axialspalt