DE10008523A1 - System zur kontinuierlichen Energieaufnahme mit Relativverschiebung durch Walzen eines Metallstreifens zwischen zwei Bauteilen mit definiertem Querschnitt - Google Patents

Abstract

Das vorgechlagene System zur kontinuierlichen Energieaufnahme mit Relativverschiebung durch Walzen eines Mittelstreifens (10) zwischen zwei Bauteilen (11, 12) mit definiertem Querschnitt ermöglicht auf kontrollierte und kontinuierliche Weise eine Energieaufnahme und gleichzeitig eine Relativbewegung der Bauteile zueinander, aus denen das System beteht, mittels einer Baugruppe, die aus drei Bauteilen besteht: Ein Metallstreifen (verwendbar sind auch andere Materialien, deren Eigenschaften für den erforderlichen Zweck angemessen sind) wird dadurch gewalzt, daß er durch eine von außen einwirkende Kraft in Längsrichtung zwischen und von zwei einander ergänzenden Bauteilen mitgezogen wird, deren innere Profile in Kontakt zum Streifen stehen und diesen verformen und führen, solange die Kraft einwirkt, die die zuvor erwähnte Verschiebung verursacht.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur kontinuierli­ chen Energieaufnahme mit Relativverschiebung durch Walzen eines Metallstreifens zwischen zwei Bauteilen mit definiertem Quer­ schnitt, dessen neue Konstruktionseigenschaften, Anpassung und Auslegung die Aufgabe erfüllen, für die es bei höchster Sicher­ heit und Effizienz speziell entwickelt wurde.

Auf dem Markt gibt es Mechanismen zur Energieaufnahme, die zu einem gewissen Grad in der Lage sein müssen, bei Einwirken einer bestimmten Kraft eine gewisse Energiemenge aufzunehmen und außerdem eine relative Verschiebung der Bauteile zueinan­ der, die diese Mechanismen bilden, zu ermöglichen. Sie können daher als Stand der Technik angesehen werden.

Beispielsweise müssen die Sicherheitssysteme, wie zum Beispiel Lenksäulen, bei einem Aufprall von Automobilen die Energie des Aufpralls aufnehmen und sich gleichzeitig von den Insassen des Fahrzeugs wegbewegen.

Das vorgeschlagene System ermöglicht auf kontrollierte und kontinuierliche Weise eine Energieaufnahme und gleichzeitig eine Relativbewegung zwischen den Bauteilen, aus denen das System besteht, durch eine Baugruppe, die aus drei Bauteilen besteht: Ein Metallstreifen (anwendbar sind auch andere Mate­ rialien, deren Eigenschaften für den erforderlichen Zweck geeignet sind) wird dadurch gewalzt, daß er durch eine von außen ausgeübte Kraft in Längsrichtung zwischen zwei einander ergänzenden Bauteilen verzogen wird, deren innere Profile in Kontakt mit dem Streifen stehen und diesen verformen und füh­ ren, solange die Kraft einwirkt, die die erwähnte Verschiebung verursacht.

Obgleich dieses System konkret als Sicherheitsmechanismus für Lenksäulen ausgelegt ist, die in Fahrzeugen vorhanden sind, sind aufgrund seiner Einfachheit und einfachen Wirkungsweise auch andere Anwendungen möglich.

Die Erfindung betrifft ein System zur Energieaufnahme, das gleichzeitig die relative und kontinuierliche Verschiebung zwischen Bauteilen ermöglicht, aus denen das System besteht und die eine elementare Baugruppe bilden. Obgleich auch andere Anwendungen möglich sein können, ist diese Baugruppe speziell für den Einbau als Sicherheitselement für Lenksäulen von Auto­ mobilen ausgelegt, das heißt für die Mechanismen, die für die Übertragung der Drehbewegung vom Lenkrad auf das Lenkgetriebe des Fahrzeugs verwendet werden.

Genauer gesagt, betrifft die vorliegende Erfindung ein Walzsy­ stem, das als Sicherheitssystem mit kontinuierlicher Kraftauf­ nahme wirkt und das bei Ausübung einer bestimmten Kraft in Längsrichtung und in einem bestimmten Moment ausgelöst wird. Dabei wird die Energie der Kraft durch die höchstwahrscheinlich mechanische fortschreitende Verformung eines Streifens aufge­ nommen, wobei sich der Streifen zwischen zwei Bauteilen mit einander ergänzenden Profilen bewegt, die ebenfalls aus Metall und aus Materialien mit ähnlichen Eigenschaften gefertigt sind. Die beiden Bauteile wirken während des Walzvorgangs als Führun­ gen, wobei der Walzvorgang beispielsweise bei einem Aufprall, der auf das Lenksystem einwirkt, erfolgen kann, wenn sein Verhalten als Sicherheitssystem des Fahrzeugs geprüft werden soll.

Es ist bekannt, daß ein Walzvorgang normalerweise mit Hilfe einer Baugruppe erfolgen kann, die aus zwei Elementen besteht, die ein geeignetes Profil aufweisen, das es ermöglicht, daß das Material, das sich zwischen diesen Elementen bewegt, eine bestimmte Verformung erfährt, während es zwischen beiden Bau­ teilen durch eine axiale Kraft verzogen wird.

Es ist von Bedeutung, daß, während bei dem in Erwägung gezoge­ nen Typ des Formvorgangs im allgemeinen das zu walzende Materi­ al relativ zu den beiden Führungsstücken, die normalerweise als fest angesehen werden, beweglich ist, die hier dargestellte Erfindung außerdem die Möglichkeit bereitstellt, den Streifen zu befestigen, während die beiden anderen Bauteile, die in diesem Fall beispielhaft dargestellt werden, oder in anderen Fällen sogar nur ein einzelnes Bauteil die Längsbewegung aus­ führen bzw. ausführt, wobei die Längsbewegung durch eine be­ stimmte Kraft hervorgerufen wird, die ihrerseits die in Axial­ richtung ausgeübte Kraft bewirkt. Dabei wird der Streifen, während er kontinuierlich verzogen wird, auf fortschreitende Weise verformt. Gleichzeitig wird die Energie kontrolliert aufgenommen, so daß die Sicherheitsfunktion, die für die Lenk­ säule erforderlich ist, ausgeübt wird.

Andererseits sind entsprechend den Funktions- und Gestaltungs­ anforderungen an die Lenksäule selbst sowohl hinsichtlich der relativen Position des Streifens als auch seines Befestigungs­ systems mögliche Veränderungen bezüglich der Ausführungsformen möglich, ohne daß der erfinderische Grundgedanke der vorliegen­ den Erfindung verändert wird.

So kann die Baugruppe, die aus den drei Teilen besteht, die an dem Walzvorgang teilnehmen, bei zahlreichen möglichen Anordnun­ gen grundsätzlich sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Position angeordnet sein. Außerdem könnte sie in Richtung der Krafteinwirkung oder entgegengesetzt angeordnet sein. Abgesehen davon können mehrere Baugruppen parallel symmetrisch oder entgegengesetzt angeordnet sein, wobei alle möglichen Kombina­ tionen, die für die spezifischen Anwendungen als sinnvoll angesehen werden, einbezogen werden können.

Je nach der Funktion, die dieses Energieaufnahmesystem inneha­ ben soll, und der Art und Weise, in der seine Führung erfolgen soll, kann der Streifen zwischen seinen beiden Enden oder, falls ein größerer Freiheitsgrad bezüglich der Beweglichkeit gewünscht wird, nur an einem Ende befestigt sein.

Im Hinblick auf den Querschnitt des betreffenden Streifens ist es offensichtlich, daß der Querschnitt je nach den spezifischen Anforderungen der jeweiligen Anwendung eine beliebige Form aufweisen kann. Er könnte sogar einen im Verlauf seiner gesam­ ten Länge oder eines Abschnitts seiner Länge veränderlichen Querschnitt aufweisen, falls es die Anforderungen an die Auf­ nahme der Energie erfordern.

Schließlich hat die vorliegende Erfindung die Aufgabe, ein System zur Energieaufnahme bereitzustellen, das nicht nur bezüglich der Abmessungen anpaßbar ist, derart daß es mit der Anordnung der Baugruppe aus integrierten Bauteilen in der Lenksäule vollkommen kompatibel ist, sondern das auch eine optimale Kontrolle der aufzunehmenden Energie und des kontinu­ ierlichen Vorgangs, durch den die Energie aufgenommen werden soll, ermöglicht. Diese Kontrolle wird durch eine geeignete Auslegung sowohl hinsichtlich der Abmessungen und des Einbaus der drei Bauteile, die grundlegende Bestandteile dieses Systems sind, als auch hinsichtlich einer genauen Auswahl der Materia­ lien, aus denen sie bestehen, ermöglicht. So sind ihre mechani­ sche Anordnung und Funktion effizient und das Ergebnis ermög­ licht gleichzeitig eine große Einfachheit und verringerte Kosten.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden im Verlauf der folgenden Beschreibung deutlich, wobei auf die Figuren, die dieser Beschreibung beigefügt sind und in denen die bevorzugten Einzelheiten dargestellt werden, Bezug genommen wird. Diese Einzelheiten werden beispielhaft aufge­ führt, indem auf mögliche praktische Ausführungsformen Bezug genommen wird. Es besteht jedoch keine Beschränkung hinsicht­ lich der Einzelheiten, die hier dargestellt werden.

Es folgt eine ausführliche Auflistung der verschiedenen Elemen­ te, die in der vorliegenden Anmeldung des Erfindungspatents erwähnt werden: 10 Streifen, 11 oberes Bauteil, 12 unteres Bauteil.

Fig. 1 ist eine Vorderansicht im Längsschnitt des erfindungs­ gemäßen Systems zur Energieaufnahme, das für eine be­ stimmte Lenksäule, die beispielhaft aufgeführt wird, verwendet wird.

Fig. 2 ist eine Seitenansicht im Querschnitt, die dem betref­ fenden System entspricht, um die relative Anordnung der Bauteile, aus denen das System besteht, deutlicher zu zeigen.

Fig. 3 ist eine räumliche perspektivische Zeichnung, die die Ansichten, die in den vorherigen Figuren dargestellt wurden, ergänzt und die das Wesen der vorliegenden Er­ findung klarer erkennen läßt.

Nach Fig. 1 steht die Art der Energieaufnahme in diesem System direkt mit der Form und den Abmessungen des Walzprofils im Verhältnis, das durch das obere Bauteil 11 und das untere Bauteil 12 gebildet wird, wobei bei Auftreten der Relativver­ schiebung, die die Verformung des Streifens verursacht das obere Bauteil 11 und das untere Bauteil 12 an dem Streifen 10 entlang gleiten. Daher ist eine optimale Entwicklung der Pro­ filgestaltung der Bauteile 11 und 12 von vorrangiger Bedeutung, um ein geeignetes und kontinuierliches Fortschreiten des Walz­ vorgangs des Streifens 10 während der gesamten Dauer, die der Vorgang in Anspruch nimmt, zu erreichen, so daß sich die Ener­ gieaufnahme und die Führung der Baugruppe während der Bewegung nach den erforderlichen technischen Spezifikationen der betref­ fenden Lenksäule richten.

Weiterhin ist ersichtlich, daß die relative Anordnung des Streifens in bezug zu den anderen beiden Bauteilen je nach der Richtung der Krafteinwirkung und je nach der gewünschten Ziel­ setzung für eine konkrete Anwendung auf eine Weise variieren kann, so daß der Walzvorgang in Richtung der Kraft, der Kraft entgegen oder unter einem gewissen Neigungswinkel erfolgt. Weiterhin ermöglicht die Variation des Drucks zwischen dem oberen Bauteil 11 und dem unteren Bauteil 12 eine Anpassung und Einstellung der aufzunehmenden Energie bei der Verformung des Streifens 10.

Unter Bezugnahme auf Fig. 2, die beispielhaft einen rechtecki­ gen Querschnitt des Streifens darstellt, wird im Hinblick auf die Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten, für die dieses System zur Energieaufnahme entwickelt worden ist, auf die Vielfalt der möglichen Querschnitte dieses Streifens hingewiesen, die in Betracht gezogen werden können. Aus verschiedenen Gründen ist es auch möglich, daß anstatt eines Streifens 10 mehrere Strei­ fen mit kleinerem Querschnitt für ein und dieselbe Baugruppe von Bauteilen 11 und 12 vorliegen.

Ebenso ist das System in umgekehrter Anordnung für den Fall denkbar, daß es aus verschiedenen einbautechnischen und gestal­ tungstechnischen Gründen erforderlich ist. Weiterhin können nach Fig. 2 mögliche Alternativen zur horizontalen Anordnung, wie sie in dem Beispiel gezeigt wird, in Betracht gezogen werden, wie beispielsweise seitliche oder vertikale Anordnungen oder geneigte Anordnungen oder Anordnungen in einem bestimmten Winkel bzw. Kombinationen aus den verschiedenen Möglichkeiten, so daß die Anzahl der energieaufnehmenden Einheiten je nach den technischen oder abmessungstechnischen Anforderungen oder Notwendigkeiten variieren kann.

Nach Fig. 3 ist außerdem ein Ausschnitt gezeigt, der sowohl die relative Anordnung der verschiedenen Bauteile des Systems zueinander, als auch die vorhandenen Befestigungen für die verschiedenen Bauteile des Beispiels darstellt. Demgemäß ist der Streifen 1 mit einem seiner Enden am Hauptflansch befes­ tigt, obgleich er, wenn es sinnvoll ist, auch an beiden Enden befestigt sein kann. Er könnte sogar Bestandteil des Flansches selbst sein. Die Bauteile 11 und 12 sind aneinander befestigt, wobei beide Bauteile sehr verschiedene Formen aufweisen können, je nachdem, wie es aus Gründen der Gestaltung oder des Einbaus der Lenksäule oder der betreffenden Anwendung erforderlich ist.

Aus Fig. 3 ist weiterhin ersichtlich, daß die Bauteile 11 und 12 eine Relativbewegung in bezug auf den Streifen 10 ausführen müssen, damit die Verformung bei Ausübung der Kraft in Längs­ richtung erfolgt, sei es, daß sich der Streifen verschiebt oder daß die beiden anderen Bauteile die Relativbewegung ausführen, wie es bei dem vorliegenden Beispiel der Fall ist.

Obgleich die im Beispiel beschriebene Kraft axial einwirkt und die Verformung in Längsrichtung erfolgt, sind Ausführungsformen denkbar, bei denen sowohl die Ausrichtung und die Richtung der Kraft als auch die Verformung nicht mit der Richtung der Kraft und mit der Verformung übereinstimmen, die in der oben darge­ stellten Ausführungsform in Betracht gezogen wurden. Die vor­ liegende Erfindung kann jedoch in jedem Fall wirkungsvoll angewendet werden.

Claims (7)

1. System zur kontinuierlichen Energieaufnahme mit Relativ­ verschiebung durch Walzen eines Metallstreifens zwischen zwei Bauteilen mit definiertem Querschnitt dadurch gekennzeichnet, daß das System aus einem oberen Bauteil (11) und einem un­ teren Bauteil (12) besteht, die durch ein beliebiges Mit­ tel befestigt sind, wobei zwischen diesen ein Streifen (10) angeordnet ist, der in bezug auf das obere Bauteil (11) und das untere Bauteil (12) verschiebbar ist, wenn ein Energieaufkommen als Folge der Einwirkung einer be­ stimmten Kraft auftritt, wobei die relative Verschiebung des Streifens (10) in Bezug auf das obere Bauteil (11) und das untere Bauteil (12) erfolgt.

2. System zur kontinuierlichen Energieaufnahme mit Relativ­ verschiebung durch Walzen eines Metallstreifens zwischen zwei Bauteilen mit definiertem Querschnitt dadurch gekennzeichnet, daß das System aus einem oberen Bauteil (11) und einem un­ teren Bauteil (12) besteht, die durch ein beliebiges Mit­ tel befestigt sind, wobei zwischen diesen ein Streifen (10) angeordnet ist, derart daß das obere Bauteil (11) und das untere Bauteil (12) in Bezug auf den Streifen (10) verschiebbar sind, wenn ein Energieaufkommen als Folge der Einwirkung einer bestimmten Kraft auftritt, wobei die re­ lative Verschiebung des oberen Bauteils (11) und des unte­ ren Bauteils (12) in bezug auf den Streifen (10) erfolgt.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufnahmesystem und damit das obere Bauteil (11), das untere Bauteil (12) und der Streifen (10) jede beliebige Form und Abmessung aufweisen können.

4. System nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß durch Ausübung unterschiedlicher Intensitäten des Drucks zwischen den Bauteilen (11) und (12) im Verhältnis zum Streifen (10), aus denen das System besteht, eine ef­ fiziente Steuerung des aufzunehmenden Energieaufkommens erfolgt, ausgehend von der ausgeübten Kraft und in Funkti­ on zu der betreffenden Anwendungsart.

5. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Streifen (10) über eine große Vielzahl von möglichen Querschnitten verfügt, wobei er sogar einen im Verlauf seiner Vollständigen oder eines Teils seiner Länge verän­ derlichen Querschnitt aufweisen kann.

6. System nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Streifen (10) in Funktion zur jeweiligen spezifischen Anwendungsart aus einem oder mehreren Streifen besteht, die durch zwei Bauteile (11) und (12) gewalzt werden, die als Führung dienen, während die relative Bewegung erfolgt, die die Verformung des Streifens (10) ermöglicht.

7. System nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Funktionsposition des Systems an die Er­ fordernisse hinsichtlich der Abmessungen und der Funktio­ nen der konkreten Anwendung angepaßt ist, so daß der Ein­ bau in horizontaler Position, in verlängerter oder entge­ gengesetzter, vertikaler oder seitlich verschobener Posi­ tion und sogar in einem bestimmten Winkel im Verhältnis zu den Hauptwellen des Systems geneigt erfolgen kann.