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TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Spannmechanismus einer verstellbaren Lenksäule, der den Halt der Lenksäule in einer vom Fahrer ausgewählten Position gewährleistet.
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BISHERIGER STAND DER TECHNIK
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Die Lenksäule eines Fahrzeugs kann fahrergerecht tiefen- und/oder höhenverstellt werden. Nachdem die Einstellungen vorgenommen wurden, muss die Lenksäule in der ausgewählten Position verriegelt werden, damit sich diese während des Fahrens des Fahrzeugs nicht verändert. Ein manueller oder motorbetriebener Verriegelungsmechanismus führt diese Verriegelung durch und kann die Lenksäule dennoch leicht und schnell freigeben, um eine neue Einstellung zu ermöglichen.
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In Schriftstück
FR2917362 wird eine elektrische Spannvorrichtung für eine tiefen- und/oder höhenverstellbare Lenksäule eines Kraftfahrzeugs beschrieben. Die Lenksäule umfasst eine Lenkwelle, die um eine Lenkachse drehbar in einen Rohrkörper montiert ist, und ist in eine Halterungseinheit montiert, die ein feststehendes Halterungselement und ein bewegliches Halterungselement umfasst. Das feststehende Halterungselement besteht aus zwei Streben parallel zu einer durch die Lenkachse verlaufenden vertikalen Lenkebene, und einer Anschlussbasis für die beiden Streben. Der Rohrkörper ist im beweglichen Halterungselement angeordnet, welches wiederum zwischen den Streben des feststehenden Halterungselements angeordnet ist, und wird auf dem feststehenden Halterungselement über ein Spannsystem auf einer Spannachse, die im Wesentlichen senkrecht zur vertikalen, durch die Lenkachse verlaufenden Lenkebene steht, in verriegelter Position blockiert. Das Spannsystem umfasst eine Spannstange, die sich entlang der Spannachse erstreckt und durch die beiden Streben des feststehenden Halterungselements führt. Die elektrische Spannvorrichtung umfasst eine Feststelleinheit, die zu einem Spannsystem gehört und die auf die Spannstange montiert ist, welche aus einer in Bezug auf die Spannachse feststehenden drehbaren Nocke besteht und einer beweglichen drehbaren Nocke, und mindestens einem Rollkörper, der zwischen der feststehenden Nocke und der beweglichen Nocke angeordnet ist. Der Rollkörper bzw. jeder Rollköper bewegt sich auf einer feststehenden Rollbahn, die auf der feststehenden Nocke gestaltet wurde, und auf einer beweglichen Rollbahn, die auf der beweglichen Nocke gestaltet wurde. Jede Rollbahn hat eine Neigung zum Auslaufen des Rollkörpers in Bezug auf die entsprechende Nocke, so dass sich durch Drehen der beweglichen Nocke in Bezug auf die feststehende Nocke die beiden Nocken in Drehrichtung voneinander entfernen oder einander annähern können, um die verriegelte oder entriegelte Position der Lenksäule einzunehmen. Die Auslaufneigung der Rollbahnen hat einen Wert, der unter dem Wert liegt, welcher mit dem Reibungskoeffizienten für den Rollköper zusammenhängt. Jede Rollbahn bildet eine Kurve, die einen veränderlichen Radius in Bezug auf die Spannachse aufweist, so dass durch Drehen der beweglichen Nocke in Bezug auf die feststehende Nocke eine oder mehrere Rollbahnen niemals sich selbst oder die anderen Rollbahnen überlagern; die axiale Verschiebung der beweglichen Nocke in Bezug auf die feststehende Nocke richtet sich nach der Drehung der beweglichen Nocke und hängt zu jedem Zeitpunkt von der Position des Rollkörpers oder der Rollkörper in Bezug auf die Spannachse und die Auslaufneigung der Rollbahnen für besagte Position ab.
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Man stellt fest, dass der Hub zwischen der entriegelten Position und der verriegelten Position bei einer Vorrichtung dieses Typs mit dem Ausgleich der bestehenden Spiele zwischen den Bauteilen des Systems beginnt. Wurden alle Spiele ausgeglichen, beginnt eine Phase zunehmender, fortlaufender Verformungen der verschiedenen, bei diesem Spannsystem mitwirkenden Elemente, bis die gewünschte Verspannung erreicht ist. Das für den Antrieb der Nocke erforderliche Drehmoment des Motors nimmt in diesen Phasen stark zu. Diese Drehmoment- und Leistungsveränderungen führen zu Lärmpegelveränderungen des Systems und erfordern darüber hinaus eine Überbemessung des Elektromotors, um die effiziente Verspannung des Spannmechanismus zu gewährleisten. Es wäre natürlich möglich, den Motor mit konstanter Drehzahl und einer veränderlichen, über einen geschlossenen Regelkreis gesteuerten Versorgung entsprechend dem Sollwert des Drehmoments zu steuern, doch dies führt zu hohen Kosten und technischen Auflagen für die Motorsteuerung.
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DARLEGUNG DER ERFINDUNG
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Mit der Erfindung sollen die Nachteile des bisherigen Standes der Technik beseitigt und die Drehmomentveränderungen des Motors verringert werden, oder generell die für das Verspannen eines Spannmechanismus vom obigen Typ erforderlichen Leistungsveränderungen verringert werden, um weitgehend eine Funktionsweise bei einer in der gesamten Spannphase konstanten Leistung zu erzielen.
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Um dies durchzuführen und eine verstellbare Lenksäule in einer bestimmten Position zu verspannen, wird nach einem ersten Aspekt der Erfindung ein Nocken-Spannmechanismus vorgeschlagen, der eine feststehende Nocke umfasst, welche eine geometrische Bezugsebene des Spannmechanismus abgrenzt, ein Spannelement, das zumindest translatorisch in Bezug auf die feststehende Nocke parallel zur senkrechten Spannachse auf der Bezugsebene in einer Spannrichtung beweglich ist, und eine beweglichen Nocke, die sich in Bezug auf die feststehende Nocke auf einem Verschiebeweg in Spannrichtung bewegen kann. Die bewegliche Nocke steht mit der feststehenden Nocke so in Wechselwirkung, dass eine Verschiebung der beweglichen Nocke auf einem Verschiebeweg in Spannrichtung zu einer Translation des Spannelements parallel zur Spannachse in Spannrichtung führt. Es wird darauf hingewiesen, dass die mobile Nocke und die feststehende Nocke so aufeinander abgestimmt sind, dass es zu einer kontinuierlichen Funktion kommt, die die Bewegungen der beweglichen Nocke in Spannrichtung mit der Translation des Spannelements parallel zur Spannachse in Spannrichtung verbindet, und die eine Ableitung hat, die eine nicht konstante fallende Funktion ist.
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Die Ableitung der kontinuierlichen Funktion, welche die Verschiebung der beweglichen Nocke in Spannrichtung mit der Translation des Spannelements parallel zur Spannachse in Spannrichtung verbindet, einspricht einem Übersetzungsverhältnis Übersetzungsstufe, die von den beiden Nocken gebildet wird. Zwingt man dieses Verhältnis, mit zunehmender Spannung abzunehmen, ermöglicht man bei einer bestimmten verfügbaren Leistung eine Zunahme der an das Spannelement übertragenen Kraft.
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Die Verschiebeweg enthält vorzugsweise einen ersten Teil, in dem die Ableitung Werte hat, die über einem ersten vorgegebenen Grenzwert liegen, und einen zweiten Teil, in dem die Ableitung Werte hat, die unter einem zweiten vorgegebenen Grenzwert liegen, wobei der erste Grenzwert in einem Verhältnis größer 2, vorzugsweise aber größer 4 über dem zweiten Grenzwert liegt. Der erste Teil des Verschiebewegs kann beispielsweise einer Phase des Ausgleichs der Spiele des Mechanismus entsprechen, und der zweite Teil des Verschiebewegs kann beispielsweise einer Phase der Verformung eines oder mehrerer Elemente des Lenksäulensystems, in den der Spannmechanismus eingebaut ist, entsprechen.
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Je nach Herstellungsart entspricht ein Teil des Verschiebewegs einer Ableitung gleich Null. Dieser Teil der Bahn befindet sich vorzugsweise in Spannrichtung hinter dem ersten und zweiten der oben genannten Teile, und kann einer Verspannungsendphase entsprechen, die das Erreichen einer stabilen Position ermöglicht.
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Gegebenenfalls kann man einen so genannten Verriegelungsteil des Verschiebewegs vorsehen, bei dem die Ableitung negative Werte hat. Der Verschiebeweg kann vorzugsweise einen sogenannten Verriegelungsteil als Endhubposition in Spannrichtung umfassen. Dieser Teil des Verschiebewegs kann gegebenenfalls auf einen Wegteil mit einer Ableitung von Null folgen.
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Je nach Herstellungsart umfasst das Spannelement einen Spannstab, der sich parallel zur geometrischen Bezugsachse erstreckt.
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Der Spannmechanismus umfasst vorzugsweise einen oder mehrere Rollkörper, die auf den durch die bewegliche Nocke und die feststehende Nocke gebildeten Rollbahnen entlang rollen. Jede Nocke kann einen oder vorzugsweise mehrere Rollbahnen enthalten. Jeder Rollbahn der beweglichen Nocke und der feststehenden Nocke entspricht vorzugsweise ein einziger Rollkörper. Diese Rollkörper können aus Kugeln, zylindrischen oder konischen Rollen, Nadeln oder Walzen bestehen. Neben ihrer Hauptfunktion, die Reibungen zwischen den Nocken zu begrenzen, bieten die Rollkörper den Vorteil, bei einer bestimmten Verschiebung des Spannelements die Winkelbewegung der Nocken zueinander zu untersetzen. Einer Herstellungsart zufolge bestehen ein oder mehrere Verschiebewege von mindestens einer der Nocken aus Rillen, deren Tiefe sich bei einer nicht konstanten Neigung verändert.
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Je nach Herstellungsart umfasst der Spannmechanismus darüber hinaus ein Stellglied, das die bewegliche Nocke auf dem Verschiebeweg direkt oder indirekt antreibt. Das Stellglied ist vorzugsweise ein Elektromotor, vorzugsweise ein Gleichstromelektromotor, der beispielsweise bei pulsweitenmodulierter konstanter Spannung versorgt wird, ohne das zyklische Verhältnis zu verändern. Das Stellglied kann alternativ auch ein hydraulischer Zylinder sein.
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Je nach Herstellungsart treibt das Stellglied die bewegliche Nocke drehend um die Spannachse an. Der Antrieb kann direkt oder vorzugsweise über eine Übersetzungsstufe mit oder ohne Winkelgetriebe erfolgen, zum Beispiel über ein Schneckengetriebesystem.
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Einer anderen Herstellungsart zufolge treibt das Stellglied die bewegliche Nocke translatorisch, vorzugsweise senkrecht zur Spannachse an. Im Falle eines Drehkolbenmotors ist eine Bewegungsumwandlungsstufe zwischen der Motorwelle und der beweglichen Nocke vorzusehen, zum Beispiel ein Ritzel-Zahnstangen-System.
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Einem anderen Aspekt der Erfindung zufolge wird der Spannmechanismus in ein Lenksäulensystem eingebaut, welches eine feststehende Halterung und eine in Bezug auf die feststehende Halterung beweglichen Lenksäulenrohrkörper aufweist, wobei das Ende des Spannorgans mit der festen Halterung in Spannrichtung fest verbunden ist.
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Die bewegliche Nocke und die feststehende Nocke des Spannmechanismus sind so aufeinander abgestimmt, dass, wenn das Stellglied die bewegliche Nocke bei konstanter Geschwindigkeit in Spannrichtung antreibt, das Stellglied der beweglichen Nocke eine konstante mechanische Leistung oder eine Leistung mit einer Veränderung von weniger als 10% auf dem Verschiebeweg liefert. Die bewegliche Nocke und die feststehende Nocke sind vorzugsweise so aufeinander abgestimmt, dass der Verschiebeweg der beweglichen Nocke in Spannrichtung nur zu einem unwesentlichen Anstieg des Motordrehmoments des Stellglieds führt.
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Diese Funktionsweise mit konstanter Leistung und konstantem Drehmoment ermöglicht eine Verringerung der Motorleistung, die für die Endspannung der Lenksäule erforderlich ist, und folglich eine Verringerung des Gewichts, des Platzbedarfs und der Kosten des Motors. Durch die Optimierung des Betriebsdrehmoments verringert man auch die Lärmemission. Die Optimierung des Betriebsdrehmoments des Motors ermöglicht ferner die Optimierung der Betriebsgeschwindigkeit des Spannmechanismus.
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Figurenliste
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden bei Lektüre nachstehender Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Abbildungen deutlich. Sie zeigen folgendes:
- - zeigt einen Querschnitt durch eine Lenksäule, welche einen Spannmechanismus nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung aufweist;
- - Die und zeigen isometrische Ansichten des Spannmechanismus der Lenksäule von .
- - Die ist die Darstellung der kontinuierlichen Funktion, welche die Verschiebung des Spannelements mit der Befestigungsspannung verbindet;
- - ist die Darstellung der kontinuierlichen Funktion, welche das Verschieben der beweglichen Nocke mit der Translation des Spannelements verbindet;
- - ist eine Darstellung der Ableitung der kontinuierlichen Funktion von ;
- - ist eine Darstellung der Motordrehmomentkurve unter Berücksichtigung der Spannkraft.
- - ist das Schema einer Variante der Erfindung, welche einen Spannmechanismus mit linear verschiebbaren Nocken zeigt.
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Aus Gründen der deutlicheren Darstellung sind identische oder ähnliche Elemente in allen Abbildungen durch identische Bezugszeichen gekennzeichnet.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Auf den bis ist ein Lenksäulensystem dargestellt, das eine feststehende Halterung 10, einen Lenksäulenrohrkörper 12, der in eine in Bezug auf die feststehende Halterung bewegliche Halterung 14 eingesetzt ist, ein Spannelement 16, einen Nocken-Spannmechanismus 50 und ein Stellglied 90, welches hier durch einen Elektromotor dargestellt wird, umfasst.
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Die feststehende Halterung 10 umfasst eine Basis 18 und zwei senkrechte Flansche 20 bzw. 22, in die jeweils eine längliche Öffnung 24 bzw. 26 gebohrt ist, deren Hauptachse in die sogenannte Höheneinstellrichtung der Lenksäule gerichtet ist, im vorliegenden Fall in eine senkrechte oder fast senkrechte Richtung.
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Das bewegliche Halterungselement 14 wird zwischen die beiden Flansche 20 und 22 der feststehenden Halterung 10 geschoben. Dieses bewegliche Halterungselement 14 ist mit dem Rohrkörper 12 fest verbunden und weist zwei Wände 32 und 34 auf, die parallel zu den Flanschen 20 und 22 verlaufen. Jede dieser Wände 32 bzw. 34 weist eine Öffnung 28 bzw. 30 auf, die je nach dem längliche Öffnungen sein können, deren Hauptachse in die sogenannte Tiefenverstellungsrichtung der Lenksäule senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zur Höhenverstellungsrichtung, die durch die länglichen Öffnungen 24 und 26 der feststehenden Halterung definiert werden, gerichtet ist.
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Das Spannorgan 16 besteht aus einem Stab, der mit einem Sicherungsring 35 versehen ist und an einem seiner Enden 36 gebördelt ist, wobei das andere Ende 38 ein Gewinde aufweist und mit einer Mutter 40 versehen ist. Die Spannstange 16 grenzt eine geometrische Bezugsachse 100 ab, die im Folgenden Spannachse genannt wird, und führt durch die länglichen Öffnungen 24, 26, 28 und 30 der feststehenden Halterung 10 und der beweglichen Halterung 14. Die auf das Gewindeende 38 der Spannstange 16 geschraubte Mutter 40 liegt an einer Außenwand des Flansches 20 der feststehenden Halterung 10 der Lenksäule an, gegebenenfalls mittels einer Unterlegscheibe 42 und einer beweglichen Zahnstange 44, die an einer feststehenden Zahnstange 46, welche mit dem Flansch 20 verbunden ist, anliegt. Die Spannstange 16 wird in den länglichen Öffnungen 24 und 26 der feststehenden Halterung 10 durch Gleitstücke 47 und 48 geführt, die an den seitlichen Wänden der länglichen Öffnungen 24 und 26 in Höheneinstellrichtung gleiten können und zylindrische Auflagen in der Spannachse 100 für die Positionierung des Stabs bilden.
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Die und stellen den Spannmechanismus 50 dar. Dieser umfasst eine erste Nocke, welche ein Bezugssystem 101 des Spannmechanismus abgrenzt und welche in der Folge als feststehende Nocke 52 bezeichnet wird, eine zweite Nocke, die im Folgenden als bewegliche Nocke 54 bezeichnet wird, und Rollkörper 56, hier Kugeln, die auf den Rollbahnen 58, 60, welche an den Innenflächen 64, 68 gegenüber der feststehenden Nocke 52 und der beweglichen Nocke 54 gebildet werden, entlang rollen.
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Die feststehende Nocke 52 wird gleitend auf die Spannstange 16 montiert und ist mit einer Erhöhung 53 versehen, die in einen Hohlraum 61 eingelassen ist, der so auf das Gleitstück 47 abgestimmt wird, dass er mit dem Gleitstück 47 fest verbunden ist. Die feststehende Nocke 52 liegt über eine Außenseite 62, die der Innenseite 64 gegenüberliegt, auf dem Flansch 22 der feststehenden Halterung der Lenksäule auf. Die Außenseite 62 ist eben und grenzt die geometrische Bezugsfläche 101 des Spannmechanismus senkrecht zur Spannachse 100 ab.
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Die bewegliche Nocke 54 wird gleitend und frei drehbar auf die Spannstange montiert und umfasst eine Außenseite 66, die gegenüber der Innenseite 68 liegt und direkt oder indirekt am Sicherungsring 35 am Ende 36 der Spannstange 16 anliegt. Die bewegliche Nocke 54 bildet ebenfalls ein Zahnrad 88, das in einem Gehäuse 70 des Stellglieds 90 aufgenommen wird. Dieses Gehäuse 70 ist an der feststehenden Nocke 52 über Befestigungsschrauben 72 befestigt und ermöglicht neben der Aufnahme des Elektromotors 90, welcher das eigentliche Stellglied bildet, die Aufnahme einer Schnecke 92, die mit dem Zahnrad 68 eine zwischengelagerte Übersetzungsstufe mit Winkelgetriebe 93 bildet. Zwischen der beweglichen Nocke 54 und dem Sicherungsring 35 sind Rollkörper 74 angeordnet, um die Drehung der beweglichen Nocke 54 um die Spannachse 100 zu erleichtern.
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Die Rollbahnen 56 und 58 werden so gebildet, dass die Drehung der beweglichen Nocke in Bezug auf die feststehende Nocke um die Spannachse in Spannrichtung zu einer Translation der Außenfläche 66 der beweglichen Nocke 54 in Bezug auf die Außenfläche 62 der feststehenden Nocke 52 führt, ausgehend von einer Ausgangsbezugsposition, die einer minimalen Abweichung zwischen den Außenflächen 62 und 66 entspricht.
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Der Spannmechanismus wird durch den Sicherungsring 35 und eine Ausrückfeder 96, die zwischen dem Gleitstück 48 oder dem Flansch 20 und der beweglichen Zahnstange 44 eingefügt ist, gehalten.
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Der Mechanismus funktioniert wie folgt: Steht die bewegliche Nocke 54 auf der Bezugsposition, die einem minimalen Abstand von den Außenflächen 62 und 66 entspricht, zieht die am Ring 42 anliegende Rückholfeder 96 die beweglichen Elemente, bestehend aus dem Sicherungsring 35, der Spannstange 16 und der Mutter 40, links auf , in eine Position, die dazu neigt, die bewegliche Nocke 54 der feststehenden Nocke 52 so anzunähern, dass ein Kontakt zwischen den Rollkörpern 56 und den Rollbahnen 58 und 60 zustande kommt. Die Ausrückfeder 96 neigt dazu, die bewegliche Zahnstange 44 des Gleitstücks 48 zu beabstanden, so dass die bewegliche Zahnstange 44 aus der feststehenden Zahnstange 46 ausrückt. Es ist darauf hin möglich, die bewegliche Zahnstange 44, die Gleitstücke 47 und 48, die Spannstange 16, die feststehende Nocke 52 und die bewegliche Nocke 54 sowie das Stellglied 90 in der Höheneinstellung der Lenksäule ungehindert und als Ganzes parallel zur senkrechten Ebene, die durch die Flansche 20 und 22 abgegrenzt wird, zu verschieben. In der Annahme, dass die bewegliche Halterung ebenfalls mit länglichen Öffnungen in der Tiefenverstellrichtung versehen ist, können die gleichen Elemente in der Tiefenverstellrichtung wiederum parallel zur senkrechten, durch die Flansche 20 und 22 abgegrenzten Ebene verschoben werden.
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Nachdem die Position der Lenksäule eingestellt wurde, ist der Spannmechanismus aktiviert. Das Stellglied 90 treibt die bewegliche Nocke 54 drehbar um die Spannachse 100 in Spannrichtung an. Die Rollkörper 56 verschieben sich daraufhin auf den Rollbahnen 58 der feststehenden Nocke und den Rollbahnen 60 der beweglichen Nocke 54. Die Außenflächen 62 und 66 der feststehenden Nocke 52 und der beweglichen Nocke 54 entfernen sich voneinander parallel zur Bezugsrichtung. Die Spannstange 16 folgt der Bewegung der beweglichen Nocke 54, rechts auf , wohingegen die Ausrückfeder 96 sich spannt und sich die bewegliche Zahnstange der feststehenden Zahnstange annähert. Wird diese Bewegung fortgesetzt, greifen die beiden Zahnstangen, nämlich die bewegliche und die feststehende, ineinander ein und die Flansche werden einer Biegebelastung ausgesetzt und nähern sich sehr geringfügig einander an. Der Mechanismus verriegelt sich, wenn sich die Flansche an die bewegliche Halterung anlegen.
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Gemäß obiger Beschreibung ist diese Funktionsweise der Erfindung dem Stand der Technik gemein, der Beitrag der Erfindung liegt in der Optimierung der Dynamik der Spannbewegung, wie nachstehend erörtert wird.
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Die Kurve auf drückt die Spannung im Spannelement 16 aus (auf der Ordinate, ausgedrückt in Newton) entsprechend der Verschiebung des Spannelements 16 parallel zur Spannachse (in der Abszisse, ausgedrückt in Millimetern). Auf dieser Kurve erkennt man unterschiedliche Spannphasen der Lenksäule in einer Position, das heißt, mindestens eine Annäherungs- und eine Kontaktaufnahmephase der verschiedenen Bestandteile der Einstellvorrichtung der Lenksäule, eine sogenannte Spielausgleichsphase (A) und eine Verformungsphase der Teile mit geringer Steife, gefolgt von einer Phase der elastischen Verformung (B) der Teile mit größerer Steife. Die Spielausgleichsphase zeichnet sich auf der Kurve durch eine sehr geringe Neigung aus, da die Verschiebung des Stabs nur wenig oder gar keine Kraft freisetzt. Die Phase der elastischen Verformung fängt an, wenn alle Bestandteile des Spannmechanismus und der Lenksäule miteinander in Kontakt sind, und zeichnet sich durch eine veränderliche, zunehmende Neigung aus. Die Elemente der Vorrichtung weisen unterschiedliche Steifen auf und werden in einer bestimmten Folge angeordnet, so dass das Verschieben der Spannstange 16 zunächst hauptsächlich die Verformung des Elements bewirkt, dessen Steife am wenigsten hoch ist, und wenn die maximale Verformung dieses Elements erreicht ist, die des folgenden Elements und so weiter in zunehmender Folge der Steife. Mann kann auch eine sogenannte Verriegelungsphase (C) unterscheiden, in der sich eine zusätzliche Kraft durch eine verschwindend geringe Verschiebung äußert.
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Man stimmt die Rollbahnen 58 und 60 der Nocken 52 und 54 oder einer von ihnen gemäß der Erfindung unter Berücksichtigung der so identifizierten Phasen so aufeinander ab, dass Schwankungen der Motordrehzahl auf dem gesamten Spannhub weitgehend beschränkt werden.
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Der erste Teil, der sogenannte Spielausgleich (A), weist eine recht geringe Spannung der Spannstange auf und erfordert folglich eine recht geringe Leistung des Stellglieds. Man kann folglich bei einer bestimmten Drehgeschwindigkeit der beweglichen Nocke 54 eine schnelle und starke axiale Translation des Spannelements feststellen, d.h. eine Neigung der Rollbahnen 58 und 60, welche eine schnelle und starke Verschiebung des äußeren Endes 66 der beweglichen Nocke 54 ermöglicht.
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Im zweiten Teil (B), in dem die Flansche 20 und 22 der feststehenden Halterung 10 verformt werden, bleibt die Drehgeschwindigkeit der beweglichen Nocke konstant, doch die aus dem Stab resultierende Translation ist deutlich langsamer als im ersten Teil, und im dritten Teil, der Verriegelung (C), mit zunehmender Annäherung an die gewünschte Spannung sogar noch geringer.
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veranschaulicht bei einem Tiefenprofil der Rollbahnen gemäß Erfindung die kontinuierliche Funktion, welche die translatorische Verschiebung des Endes 66 der beweglichen Nocke 54 parallel zur Spannachse 100 (auf den Ordinaten in Millimetern) mit dem Drehwinkel der beweglichen Nocke 54 um eine Spannachse 100 (auf der Abszisse in Grad) verbindet. Insofern als die am Sicherungsring 35 anliegende bewegliche Nocke 54 fest mit der Spannstange 16 verbunden ist und die Verformung der Spannstange geringfügig ist, entspricht diese Verschiebung der Verschiebung der Spannstange 16 in Bezug auf die bewegliche Nocke 52 parallel zur Spannachse 100. Sie entspricht ferner den Tiefenveränderungen des oder der Rollbahnen 60 und 58 der beweglichen Nocke 54 und der feststehenden Nocke 52, auf denen sich die Rollkörper 56 je nach Drehwinkel der beweglichen Nocke 54 in Bezug auf die feststehende Nocke 52 um die Spannachse 100 bewegen. Wie auf dargestellt, nimmt diese kontinuierliche Funktion zu und fällt an ihrer Flanke ab. Dies wird besonders deutlich auf , wo eine Ableitung der vorhergehenden Funktion, das heißt der Neigung der Rollbahnen 58 und 60 entsprechend dem Drehwinkel der beweglichen Nocke 54 dargestellt wird. Diese Ableitung ist eine nicht konstante fallende Funktion.
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Man hat auf den und die verschiedenen, zuvor identifizierten Phasen des Spannwegs abgebildet. Wie man sieht, hat man in der Phase des Spielausgleichs (A) die Rollbahnen 58 und 60 so aufeinander abgestimmt, dass die Kurve der stark abfallend ist. Zur Information sei beispielsweise darauf verwiesen, dass eine Drehung der beweglichen Nocke 54 um 50° zu einer Verschiebung der Spannstange um 1 mm führt. Während der Phasen der elastischen Verformung (B) schreitet die Verschiebung der Spannstange immer langsamer voran: eine zusätzliche Drehung der beweglichen Nocke um 50° führt zu einer Verschiebung von knapp 0,7 mm und die Verschiebung nimmt mit der Drehung der beweglichen Nocke ab. Am Ende der Drehbewegung der Nocke zwischen 350° und 400° beträgt die Verschiebung der Spannstange 0,05 mm. Die Neigungen der Rollbahnen werden immer geringer.
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Die Tiefe der Rollbahnen steht im direkten Zusammenhang mit der Kurve von . Die Ordinatenachse der kann ferner ausgelegt werden als Veränderung der Entfernung zwischen der Außenseite 66 der beweglichen Nocke 54 und der Außenseite 62 der feststehenden Nocke 52 in einem vorgegebenen Drehwinkel. Möchte man beispielsweise auf den Rollbahnen 58 und 60 Tiefen haben, die auf der befestigten Nocke 52 und der beweglichen Nocke 54 identisch verlaufen, entspricht die Veränderung der Entfernung zwischen der Außenseite 66 der beweglichen Nocke 54 und der Außenseite 62 der feststehenden Nocke 52 der doppelten Tiefenveränderung der Rollbahnen 58 bzw. 60 jeder Nocke in Bezug auf die entsprechende Außenseite 62 bzw. 66. Möchte man dagegen, dass eine der Nocken, zum Beispiel die feststehende Nocke 52, eine Rollbahn 58 hat, deren Tiefe sich in Bezug auf die Außenseite 62 der feststehenden Nocke 52 nicht ändert, entspricht die Veränderung der Entfernung von der Tiefenveränderung der Rollbahn 60 der beweglichen Nocke 54 in Bezug auf die Außenseite 66 der beweglichen Nocke 54.
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Die daraus resultierende Wirkung auf das Motordrehmoment wird in veranschaulicht, die die Veränderung des Motordrehmoments (auf der Ordinate in Nm) entsprechend der Spannkraft (auf der Abszisse in Newton) bei einem Spannmechanismus mit Nocken zeigt, deren Rollbahnen gemäß Erfindung konfiguriert sind. Die Kurve hat einen recht flachen Verlauf und die zuvor identifizierten verschiedenen Phasen des Spannhubs sind schwer zu erkennen, was darauf hinweist, dass das Motordrehmoment praktisch über den gesamten Spannhub der Lenksäule mit einem Spannmechanismus gemäß Erfindung konstant bleibt.
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In einer Variante der Erfindung, die schematisch auf dargestellt wird, treibt das Stellglied 90 die bewegliche Nocke 54 translatorisch senkrecht zur Spannachse 100 über eine Bewegungsumwandlugsstufe mit Zahnstange 93 und einem Axial-Nadellager 193 an. Die bewegliche Nocke 54 liegt an einem Sicherungsring 35 an, der mit der Spannstange 16 fest verbunden ist, und über eine Rückholfeder 96 gegen die feststehende Nocke 52 gedrückt wird. Die Verschiebung der beweglichen Nocke 54 hat eine Translationskomponente senkrecht zur Spannachse 100 und eine Translationskomponente parallel zur Spannachse 100, und geht mit einer Verschiebung der Spannstange 16 um einen Wert einher, welcher der Veränderung der Entfernung zwischen den Außenflächen 66 und 62 der beweglichen Nocke 54 und der feststehenden Nocke 52 entspricht. Wie oben kann eine Nocke alleine ein Profil haben, das der gewünschten Verschiebung entspricht; oder die beiden Nocken 52 und 54 können ganz unterschiedliche Profile haben, die sich jedoch immer ergänzen, wenn es um die daraus resultierende Verschiebung geht.
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Es sind weitere Varianten möglich. Insbesondere die translatorische Verschiebung auf der Spannachse 100 in Spannrichtung des Spannelements 16 kann in vollem Umfang von den Merkmalen der Rollbahnen einer einzigen der beiden Nocken, ob feststehend 52 oder beweglich 54, getragen werden. Auch müssen die Neigungen der Rollbahnen 58 und 60 der feststehenden Nocke 52 oder der beweglichen Nocke 54 nicht unbedingt symmetrisch oder gleich sein, sofern sie einander ergänzen, um eine Verschiebung des Spannelements zu erzielen, das dem gewünschten Spannhub entspricht.
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Die Rollbahnen, auf denen sich die Rollkörper bewegen, können so viele Abschnitte mit unterschiedlichen Neigungen haben, wie für das Spannen der Lenksäule in einer ausgewählten Position nötig ist. Man kann ferner ebene Abschnitt ohne Veränderung der Tiefe der Rollbahnen in Betracht ziehen, was auf eine sogenannte Stabilisierungsphase des Spannhubs verweisen würde, oder auch Abschnitte, bei denen die Tiefe der Rollbahnen zunimmt, was einer sogenannten Umkehrphase des Spannhubes entspricht.
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Die Rollbahnen können unterschiedliche Formen annehmen: Sie können rund oder elliptisch sein, sie können sich in Spannrichtung, im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn erstrecken. Sie können sich von der Mitte der Nocke nach außen oder umgekehrt erstrecken. Die Anzahl der von den Nocken getragenen Rollbahnen ist nicht begrenzt. Idealerweise bilden drei Rollbahnen eine ebene Fläche, doch ihre Anzahl kann größer als drei sein, um den Berührungsdruck zu verringern, oder kleiner als drei sein, um die Reibungen zwischen den verschiedenen Elementen zu beschränken. Die in Käfigen befindlichen Rollkörper können Kugeln sein, oder andere Formen, wie Rollen, Nadeln....
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Es ist ferner möglich, anstelle eines rollenden Kontakts einen gleitenden Kontakt zwischen der beweglichen Nocke 54 und der feststehenden Nocke 52 herzustellen, beispielsweise durch Zwischenschaltung von Kufen, die auf den Gleitbahnen gleiten und deren Höhe so verändert wird, dass die gewünschte Spannfunktion erfüllt wird.
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Die Übersetzungsstufe 93 zwischen dem Stellglied und der beweglichen Nocke 54 muss nicht unbedingt ein Winkelgetriebe haben. Es kann sich um eine Übersetzung mit parallelen Verzahnungen handeln, die dazu bestimmt ist, ein gewünschtes Übersetzungsverhältnis zwischen dem Stellglied 90 und der beweglichen Nocke 54 zu bieten. Diese Stufe kann vollkommen weggelassen werden. Das Stellglied kann rein linear sein und beispielsweise durch einen Zylinder gebildet werden. Ist dieser Zylinder dazu bestimmt, eine drehende bewegliche Nocke 54 gemäß dem Ausführungsbeispiel der bis anzutreiben, wird eine Übersetzungsstufe, beispielsweise mit Zahnstange eingefügt, um die lineare Bewegung des Stellglieds in eine Drehbewegung der beweglichen Nocke umzuwandeln.
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Natürlich dienen die auf den Abbildungen und oben erläuterten Beispiele nur zur Veranschaulichung. Sie sind außerdem nicht erschöpfend. Es ist ausdrücklich vorgesehen, dass die verschiedenen veranschaulichten Ausführungsbeispiele miteinander zu neuen Ausführungsbeispiele kombiniert werden können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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