DE10020085C1 - Lenkradeinheit für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

Abstract

Eine Lenkradanordnung mit einem Lenkkranz, der drehfest mit einer drehbeweglichen Lenkspindel verbunden ist, sowie mit einem Mittelteil, der relativ zu dem Lenkkranz und zu der Lenkspindel drehbeweglich gelagert ist und durch Kopplungsmittel gegenüber einer Drehbewegung des Lenkkranzes stillgesetzt ist, ist bekannt. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist als Kopplungsmittel ein Magnetkraftgetriebe aus Magnetanordnungen vorgesehen, die in der Lenkradeinheit räumlich integriert ist. DOLLAR A Einsatz für Personenkraftwagen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lenkradeinheit für ein Kraft­ fahrzeug, die mit einer Lenkspindel einer Lenkungsanordnung verbindbar ist, und die einen Lenkkranz, der drehfest mit der drehbeweglichen Lenkspindel verbindbar ist, sowie ein Mittel­ teil aufweist, das relativ zu dem Lenkkranz und zu der Lenk­ spindel im montierten Zustand drehbeweglich gelagert und durch Kopplungsmittel gegenüber einer Drehbewegung des Lenkrades stillgesetzt ist.

Eine Lenkungsanordnung mit einer solchen Lenkradeinheit ist aus der DE 43 28 562 C1 bekannt. Die Lenkungsanordnung weist ein Lenkrad auf, das für eine Drehung der Lenkspindel fest mit dieser verbunden ist. Ein Mittelteil der Lenkungsanordnung zentral innerhalb des Lenkrades hingegen, der auch als Prall­ körpereinheit bezeichnet ist und eine Airbageinheit aufweist, ist gegenüber dem drehbeweglichen Lenkrad stillgesetzt. Zur Stillsetzung des Mittelteiles gegenüber dem drehbeweglichen Lenkrad ist ein Zahnradgetriebe vorgesehen, das zwei gegenein­ ander kämmende Kegelverzahnungen aufweist, wobei die Träger­ platte der gegeneinander kämmenden Kegelverzahnungen die Lenk­ bewegung des Lenkrades nachvollzieht.

Es ist auch bekannt (DE 30 13 996 A1), bei einer Lenkradanord­ nung den Mittelteil gegenüber dem Lenkkranz durch hebelartige Kopplungselemente stillzusetzen, die schwenkbeweglich angeord­ net sind und durch Magnete zwischen einer Durchlass- und einer Kupplungsstellung beweglich sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Lenkradeinheit der eingangs genannten Art zu schaffen, die geräuscharm und zumindest weit­ gehend ohne zusätzliche Lenkkräfte arbeitet.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass als Kopplungsmittel ein Magnetkraftgetriebe aus Magnetanordnungen vorgesehen ist, die in der Lenkradeinheit räumlich integriert sind. Das Halten und somit Stillsetzen des Mittelteiles gegenüber dem drehbe­ weglichen Lenkkranz wird somit ausschließlich durch Magnet­ kräfte erzielt, ohne dass mechanische Getriebeelemente benö­ tigt werden. Dadurch entfallen nahezu alle Zusatzlenkkräfte, die durch mechanische Getriebeelemente entstehen. Insbesondere entfallen zusätzliche Getriebekräfte, beispielsweise Verzah­ nungskräfte, die die Lenkkraft erhöhen würden. Als Magne­ tanordnungen sind insbesondere Permanentmagnetelemente vorge­ sehen. In gleicher Weise können jedoch auch Elektromagnetan­ ordnungen vorgesehen sein. Die erfindungsgemäße Lösung ermög­ licht ein Stillsetzen des Mittelteiles gegenüber dem Lenk­ kranz, ohne dass entsprechende Getriebegeräusche auftreten oder nennenswerte zusätzliche Lenkkräfte benötigt werden, wie dies beim Stand der Technik durch die Verzahnung bzw. durch die schwenkbeweglichen Kupplungshebel der Fall ist. Durch die erfindungsgemäße Lösung ergibt sich der wesentliche Vorteil, dass das Magnetkraftgetriebe innerhalb der Lenkradeinheit räumlich integriert ist, so dass die Lenkradeinheit ein­ schließlich des Magnetkraftgetriebes in einfacher Weise auf die Lenkspindel sowie gegebenenfalls das die Lenkspindel um­ hüllende Mantelrohr aufsetzbar ist. Die erfindungsgemäße Lenk­ radeinheit ist somit mit Standard-Lenkrädern, die ein festste­ hendes oder ein mitdrehendes Mittelteil haben, ohne weiteres kompatibel.

In Ausgestaltung der Erfindung sind die einander zugeordneten, fahrzeug- und mittelteilfesten Magnetanordnungen durch einen unmagnetischen Ringabschnitt der Lenkradeinheit radial vonein­ ander getrennt. Dieser unmagnetische Ringabschnitt bildet vor­ zugsweise die Verbindung zwischen Lenkspindel und Lenkkranz, so dass der unmagnetische Ringabschnitt Teil einer Längsradna­ be ist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der unmagnetische Ringabschnitt hohlzylindrisch gestaltet und nimmt mittels ei­ ner unmagnetischen Lagerung die radial innere Magnetanordnung auf. Als unmagnetische Lagerung sind insbesondere nichtmetal­ lische Wälz- oder Gleitlager vorgesehen, um wegen der auftre­ tenden Magnetfelder die gewünschte Getriebefunktion nicht zu beeinträchtigen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die äußere, fahr­ zeugfeste Magnetanordnung an einer Mantelrohrverkleidung abge­ stützt. Die Mantelrohrverkleidung ist einstückiger Fortsatz des Mantelrohres, das wiederum fest mit der Karosserie­ tragstruktur, beispielsweise einem Cockpitquerträger, verbun­ den ist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die innere Magne­ tanordnung auf einem Außenmantel eines Aufnahmezylinders des Mittelteiles festgelegt. Vorzugsweise ist die innere Magne­ tanordnung auf diesen Außenmantel aufgeschrumpft. Der Aufnah­ mezylinder weist Trägerteile auf, die eine Airbageinheit sowie Signalhornfunktionselemente lagern.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Aufnahmezylin­ der mit wenigstens einem plastisch deformierbaren Wandungs­ abschnitt versehen. Vorzugsweise ist der Wandungsabschnitt des Aufnahmezylinders als koaxial zur Lenkspindelachse deformier­ barer, ziehharmonikaähnlicher Blechbalg gestaltet. Somit weist der Mittelteil grundsätzlich bekannte Pralltopfeigenschaften auf.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der unmagnetische Ringabschnitt Teil einer Lenkradnabe und trägt mehrere, mit dem Lenkkranz Verbundene Lenkkranzspeichen, die axial oberhalb der Mantelrohrverkleidung und der Magnetanordnungen mit einer radialen Komponente nach außen abragen. Die Lenkkranzspeichen behindern somit die Getriebefunktion der Magnetanordnungen nicht.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Lenkradnabe im Bereich des unmagnetischen Ringabschnittes mit integrierten, parallel zur Lenkspindelachse energieabsorbierend deformierba­ ren Spreizelementen versehen. Die Lenkradnabe kann sich somit bei einem Aufprall unter Energieabsorption zusammenfalten, wo­ bei als Spreizelemente vorzugsweise wechselseitig nach innen oder nach außen gebauchte Stege vorgesehen sind, die jäger­ zaunartig aufgebaut sind. Dadurch kann zum einen ein hoher De­ formationsweg realisiert werden. Zum anderen werden die Magne­ telemente bei der Bauchung der Stege umgestoßen, so dass sie den Deformationsweg des Lenkrades längs der Lenkspindelachse nicht behindern. Abhängig vom jeweiligen Fertigungsverfahren kann es notwendig sein, diesen unmagnetischen Ringabschnitt einschließlich seiner Spreizelemente in mehreren Schritten aufzubauen, indem beispielsweise zunächst die mit den Stegen versehen Stützstruktur nach Art eines Gerippes aufgebaut und anschließend die Ummantelung dieses Gerippes durchgeführt wird.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Lenkkranz­ speichen mit derart gekrümmten Energieabsorptionsabschnitten versehen, dass bei entsprechender Aufprallbelastung eine Ver­ formung nach dem Prinzip der rollenden Biegung erfolgt. Vor­ zugsweise sind die Lenkkranzspeichen als Flachspeichen ausge­ führt. Durch diese Ausgestaltung wird eine Energieabsorption auch beim Aufprallen auf den Lenkkranz erzielt. Die Flachspei­ chen können unverkleidet gestaltet und beispielsweise als Chromteil dargestellt sein oder auch mit einer dünnen Man­ schette verkleidet sein.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung, das anhand der einzigen Zeichnung dargestellt ist.

Die einzige Zeichnung zeigt schematisch in vergrößerter, längsgeschnittener Darstellung eine Ausführungsform ei­ ner erfindungsgemäßen Lenkradeinheit.

Eine Lenkradeinheit 1 ist Teil einer Lenkungsanordnung eines Kraftfahrzeugs und ist stirnseitig auf einer nicht dargestell­ ten Lenkspindel lösbar montierbar, wobei die Lenkspindel um eine Lenkspindelachse 3 in einem Mantelrohr oder auch in einer offenen, karosseriefest positionierten Lagerung drehbeweglich gelagert ist. Die Lenkradeinheit 1 weist einen Lenkkranz 4 auf, der von Lenkkranzspeichen 14 getragen ist, die wiederum starr mit einer Lenkradnabe 2, 7 verbunden sind. Die Lenkrad­ nabe 2, 7 dient zur lösbaren Festlegung der Lenkradeinheit 1 auf der Lenkspindel. Die Lenkradeinheit 1 weist außerdem ein als Prallkörpereinheit 5 gestaltetes Mittelteil auf, das ge­ genüber der Drehbeweglichkeit des Lenkkranzes 4 stillgesetzt ist.

Um die Prallkörpereinheit 5 gegenüber dem drehbeweglichen Lenkkranz 4 stillsetzen zu können, ist die Lenkradnabe 2, 7 hohlzylindrisch und topfförmig ausgeführt. Die Lenkradnabe 2, 7 setzt sich zusammen aus dem eigentlichen Nabenteil 2, das mit der nicht dargestellten Lenkspindel verbindbar ist, und einem topfförmigen Ringabschnitt 7. Der Lenkkranz 4, die Lenk­ kranzspeichen 14, die Lenkradnabe 2, 7 und die nicht darge­ stellte Lenkspindel sind somit gemeinsam um die Lenkspinde­ lachse 3 drehbeweglich gelagert.

Die Lenkradnabe 2 geht in einen topfförmigen Zylinderabschnitt 7 über, der als unmagnetischer Ringabschnitt zwischen der ra­ dial inneren Magnetanordnung 13 und der radial äußeren Magne­ tanordnung 12 gestaltet ist. Oberhalb der beiden Magnetanord­ nungen 12, 13 ist in dem hohlzylindrischen Ringabschnitt 7 der Lenkradnabe 2 eine Anzahl von als Flachspeichen gestalteten Lenkkranzspeichen 14 verankert, von denen lediglich eine ein­ zelne dargestellt ist. Die Lenkkranzspeichen 14 tragen den Lenkkranz 4. Jede Lenkkranzspeiche 14 ist mit einem Rollbie­ gungsabschnitt 21 versehen, der eine energieabsorbierende De­ formation der Lenkkranzspeichen 14 bei einer Aufprallbelastung auf den Lenkkranz 4 nach dem Prinzip der rollenden Biegung er­ möglicht.

Der topfförmige Ringabschnitt 7 ist mit einer Gitterstruktur 17 versehen, die aus nach außen und nach innen gebauchten Stegabschnitten gestaltet ist, die Spreizelemente darstellen. Bei einer Aufprallbelastung längs der Lenkspindelachse 3 kann eine Spreizung dieser Stegabschnitte 17 unter gleichzeitiger Energieaufnahme erfolgen.

Sowohl die äußere als auch die innere Magnetanordnung 12, 13 sind aus mehreren, gleichmäßig über den Umfang verteilten und mit ihrer Längserstreckung parallel zur Lenkspindelachse 3 ausgerichteten Permanentmagnetelementen versehen. Sowohl die Permanentmagnetelemente der inneren Magnetanordnung 13 als auch die Permanentmagnetelemente der äußeren Magnetanordnung 12 bilden jeweils einen Ring. Der Ring der Permanentmagnetele­ mente der inneren Magnetanordnung 13 ist mittels einer nicht näher dargestellten Manschette auf einen aus Metallblech be­ stehenden Aufnahmezylinder in Form eines Aufnahmetopfes 6 auf­ geschrumpft. Die innere, ringförmige Magnetanordnung 13 ist über nicht magnetische Wälzlagerungen 11 drehbeweglich in dem Ringabschnitt 7 der Lenkradnabe 2 gelagert. Die radial äußere Magnetanordnung 12 ist an der Innenseite eines Mantelrohrfort­ satzes 8 befestigt, wobei der hohlzylindrische Mantelrohrfort­ satz 8 derart stabil gestaltet ist, dass die entsprechenden Magnetkräfte ohne Verformung des Mantelrohrfortsatzes 8 aufge­ nommen werden. Gleiches gilt auch für den inneren Aufnahmetopf 6, der ebenfalls derart stabil gestaltet ist, dass durch die auftretenden Magnetkräfte, die insbesondere radial von innen nach außen auftreten, keine Deformation des Aufnahmetopfes 6 erfolgt.

Oberhalb der inneren Magnetanordnung 13 ist der Aufnahmetopf 6 fortgesetzt, wobei er einen hohlzylindrischen Rollbalgab­ schnitt 18 aufweist, der bei einer Aufprallbelastung auf die Prallkörpereinheit 5 eine energieabsorbierende Deformation längs der Lenkspindelachse 3 ermöglicht. Der Aufnahmetopf 6 trägt über Bolzenelemente 20, die Teil der Hupfunktionsein­ richtung sind, sowie über zugeordnete Federelemente eine Trä­ gerplatte 19, auf der die Airbageinheit 15 angeordnet ist. Al­ le Funktionsteile des Mittelteiles 5 sind durch Schaumkörper oder ähnliche Polsterungen verkleidet.

Die unterste Rollstufe des Rollbalges 18 ist derart ausgelegt, dass sie sich bei einer Deformation von der inneren Magne­ tanordnung 13 zur Mitte hin, d. h. zur Lenkspindelachse 3 hin, abschält.

Claims (11)

1. Lenkradeinheit für ein Kraftfahrzeug, die mit einer Lenkspindel einer Lenkungsanordnung verbindbar ist, und die einen Lenkkranz, der drehfest mit der drehbeweglichen Lenk­ spindel verbindbar ist, sowie ein Mittelteil aufweist, das re­ lativ zu dem Lenkkranz und zu der Lenkspindel im montierten Zustand drehbeweglich gelagert und durch Kopplungsmittel ge­ genüber einer Drehbewegung des Lenkkranzes stillgesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass als Kopplungsmittel ein Magnetkraftgetriebe aus Magnetanord­ nungen (12, 13) vorgesehen ist, die in der Lenkradeinheit räumlich integriert sind.

2. Lenkradeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetanordnungen (12, 13) im montierten Zustand einem fahrzeugfesten Teil (8) einerseits und dem Mittelteil (5) an­ dererseits zugeordnet sind.

3. Lenkradeinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die einander zugeordneten, fahrzeug- und mittelteilfesten Ma­ gnetanordnungen (12, 13) durch einen unmagnetischen Ringab­ schnitt (7) der Lenkradeinheit radial voneinander getrennt sind.

4. Lenkradeinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der unmagnetische Ringabschnitt (7) hohlzylindrisch gestaltet ist und mittels einer unmagnetischen Lagerung (11) die radial innere Magnetanordnung (13) aufnimmt.

5. Lenkradeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere, fahrzeugfeste Magnetanordnung (12) an einem Man­ telrohrfortsatz (8) abgestützt ist.

6. Lenkradeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Magnetanordnung (13) auf einem Außenmantel eines Aufnahmezylinders (6) des Mittelteils (5) festgelegt ist.

7. Lenkradeinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmezylinder (6) mit wenigstens einem plastisch defor­ mierbaren Wandungsabschnitt (18) versehen ist.

8. Lenkradeinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der unmagnetische Ringabschnitt (7) Teil einer Lenkradenabe (2) ist und mehrere, mit dem Lenkkranz (4) verbundene Lenk­ kranzspeichen (14) trägt, die axial oberhalb des Mantelrohr­ fortsatzes (8) und der Magnetanordnung (12) mit einer radialen Komponente nach außen abragen.

9. Lenkradeinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkradnabe im Bereich des unmagnetischen Ringabschnittes (7) mit integrierten, parallel zur Lenkspindelachse (3) ener­ gieabsorbierend deformierbaren Spreizelementen (17) versehen ist.

10. Lenkradeinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkkranzspeichen (14) mit derart gekrümmten Energieab­ sorptionsabschnitten (21) versehen sind, dass bei entsprechen­ der Aufprallbelastung eine Verformung nach dem Prinzip der rollenden Biegung erfolgt.

11. Lenkradeinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandungsabschnitt (18) des Aufnahmezylinders (6) als koa­ xial zur Lenkspindelachse (3) deformierbarer, ziehharmoni­ kaähnlicher Blechbalg gestaltet ist.