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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Lenksäulenanordnung eines Kraftfahrzeugs
nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Eine
derartige Lenksäulenanordnung
ist aus der
DE 195
40 318 C1 und weiterhin aus der
DE 32 41 839 A1 bekannt.
Diese umfasst insbesondere eine Lenksäule mit einem Lenkrad, einen
Lagerbock zur Abstützung
der Lenksäule
gegen einen Fahrzeugaufbau außerhalb
der Spritzwand des Fahrzeugaufbaus, und eine knicksteife Strebe,
die mit dem Lagerbock gekoppelt ist, zur Abstützung des Lagerbocks gegen
die Spritzwand des Fahrzeugaufbaus.
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Bei
Lenksäulenanordnungen
für Personenkraftwagen
besteht aus Gründen
der Unfallsicherheit ein großes
Interesse daran, im Falle eines Frontalaufpralls eine Bewegung des
Lenkrades auf den Fahrer hin zu vermeiden. Diese Bewegung wird in
der Regel durch die Verformung des Vorderwagens des Fahrzeugaufbaus
verursacht, indem die Lenksäule
in Richtung auf die Fahrerposition mit einer im Wesentlichen horizontalen
Kraft beaufschlagt wird. Dabei ist die zumeist zusammenschiebbare
Lenksäule
an einem oberen, sich bei einem Frontalaufprall weniger stark verformenden
Abschnitt des Fahrzeugaufbaus sowie an einem unteren, sich in der
Regel stark verformenden Abschnitt gelagert. Je nach Aufbau der Lenksäulenanordnung
kommt es dadurch zu einem stärkeren
oder schwächeren
Verschwenken der Lenksäule
sowie zu einer Translation in Richtung der Fahrerposition. Insbesondere
bei einem Verschwenken der Lenksäule,
die vor allem aus einer starken Verlagerung des unteren Lenksäulenlagers
in Richtung der Fahrerposition resultiert, gelangt das Lenkrad in
eine für
den Kopfaufprall oder auch für
die Entfaltung eines Airbags ungünstige
Position.
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Es
sind daher bereits eine Vielzahl von Lösungen vorgeschlagen worden,
mit denen die Verlagerung des Lenkrades bei einem Frontalaufprall
kontrolliert und Idealerweise verhindert wird. Aus der
US 5,181,435 A ist beispielsweise
eine Anordnung bekannt, bei der die Lenksäule über einen Lagerbock unmittelbar
an der Spritzwand des Fahrzeugaufbaus befestigt wird. Bei einem
Frontalaufprall wird die Spritzwand und damit auch der Lagerbock
in Richtung der Fahrerposition verschoben. Ein zusätzlicher Bügel stellt
hierbei sicher, daß diese
Verschiebung lediglich in der Horizontalen, nicht jedoch in der
Vertikalen erfolgt. Ein Verschwenken der Lenksäule soll damit vermieden werden.
Jedoch läßt sich
in diesem Fall eine gewisse Bewegung des Lenkrades auf die Fahrerposition
hin kaum verhindern.
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Aus
der
DE 32 41 839 A1 ist
es bekannt, die Lenksäule über einen
Lagerbock an einem Querträger
abzustützen,
der bei einer crashbedingten Verformung seine Position im Wesentlichen
beibehält.
Der Lagerbock ist über
eine Verbindungsstück
bezeichnete Strebe an einem Halter befestigt, der seinerseits an
der Spritzwand befestigt ist. Bei einer Verschiebung der Spritzwand
in Richtung Fahrerposition bzw. Querträger löst sich die Strebe bzw. das
Verbindungsstück
vom Halter. Die Verbindungsstelle ist dabei wie in der
DE 195 40 318 C1 unmittelbar
an der Spritzwand angeordnet.
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Weiterhin
ist aus der
DE 41 18
227 A1 bekannt eine bei einem Frontalaufprall auftretende
Verschwenkung der Lenksäule
durch eine entgegengerichtete Schwenkbewegung zu kompensieren. Hierzu
wird bei einem Frontalaufprall das untere Lenksäulenlager mittels eines Steuerelementes
nach oben verschoben. Die Steuerbewegung wird dabei ebenfalls durch
die Unfallkraft bewirkt. Dazu ist im Bodenbereich, insbesondere
im Bereich einer Fußschräge für den Fahrerfuß eine Strebe
vorgesehen, die an dem unteren Lenksäulenlager angreift. Wird die
Fußschräge bei einem
Unfall in Richtung der Fahrerposition gedrückt, so bewirkt die Strebe
eine Aufwärtsbewegung
des unteren Lenksäulenlagers.
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In
der
DE 195 21 793
A1 wird das Aufstellen einer Lenksäule dadurch vermieden, daß deren
Lagerbock nicht gegen die Spritzwand abgestützt wird. Verformungen derselben
werden damit nicht mehr unmittelbar an dem Lagerbock wirksam. Zur
Abstützung
des unteren Lenksäulenlagers
ist eine Querstrebe vorgesehen, die zu der A-Säule des Fahrzeugaufbaus verläuft. Diese
Querstrebe besitzt eine Sollbruchstelle, die bei einem stärkeren Frontalaufprall
nachgibt, so daß die
Strebe in etwa in ihrer Mitte bricht. Allerdings ist durch diese
Anordnung die Abstützung
der Lenksäule
an dem Fahrzeugaufbau nicht ausreichend stabil, so daß im Normalbetrieb störende Schwingungen
und Vibrationen an der Lenksäule
auftreten können.
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Dagegen
erfolgt bei der Lenksäulenanordnung
nach der eingangs genannten
DE 195 40 318 C1 die Abstützung der Lenksäule wieder
an der Spritzwand. Dazu ist eine knicksteife Strebe vorgesehen,
die sich bei einem Frontalaufprall nicht verformt. Die knicksteife
Strebe ist über
einen an einem Querträger
der Spritzwand befestigten Haltedorn geführt, der im Wesentlichen in
Horizontalrichtung auf die Fahrerposition zeigt. Bei einem Frontalaufprall
gleitet das aufbauseitige Ende der Querstrebe an dem Haltedorn entlang
und ermöglicht
es dadurch, die Lenksäule
im Crashfall in einer unveränderten
Position zu halten.
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Vor
diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine
Lenksäulenanordnung zu
schaffen, die es erlaubt, bei einem Frontalaufprall die Verletzungsgefahr
für den
Fahrer gering zu halten.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Lenksäulenanordnung
gemäß Patentanspruch
1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in weiteren Patentansprüchen angegeben.
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Die
Verbindung des Lagerbocks mit der Strebe ist derart ausgebildet,
um unter Einwirkung einer im Wesentlichen horizontalen Kraft infolge
eines Frontalaufpralls zu entkoppeln. Hierdurch wird einerseits
im Normalbetrieb eine solide, steife Abstützung der Lenksäule an dem
Fahrzeugaufbau erzielt, wodurch sich das Auftreten von Schwingungen
im Fahrbetrieb minimieren läßt. Andererseits
erfolgt im Crashfall eine zuverlässige
Entkopplung der Lenksäule von
der Stirnwandintrusion, indem die Kopplung zwischen dem Lagerbock
und der Strebe unmittelbar an dem Lagerbock aufgehoben wird. Die
Strebe ist hierzu ausreichend steif ausgebildet, um sich nicht selbst infolge
der auftretenden Kräfte
zu verformen oder gar zu brechen. Im Crashfall werden von der Strebe
keine nennenswerten Kräfte
auf den Lagerbock übertragen.
Damit wird die Gefahr eines Verschwenkens der Lenksäule infolge
einer Verformung der Stirnwand und ein damit verbundenes Verlagern
des Lenkrades vermieden. Die Schußrichtung eines in dem Lenkrad vorgesehenen
Airbags bleibt unverändert,
so daß dieser
seine Wirkung optimal entfalten kann.
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Für eine gute
Schwingungsunterdrückung
ist die Strebe derart angeordnet, daß sich diese in Vorwärtsfahrtrichtung
des Fahrzeugaufbaus von dem Lagerbock schräg nach oben zu der Spritzwand
erstreckt.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Strebe
ein U-förmiges
Querschnittsprofil mit einander gegenüberliegenden Profilwangen auf.
Dabei ist an dem lagerbockseitigen Ende der Strebe jede der beiden
in einem Abstand einander gegenüberliegenden
Wangen des Profils mit dem Lagerbock gekoppelt. Hierdurch ergibt
sich eine hohe Steifigkeit der Strebe und damit eine besonders hohe Knickssicherheit.
Dadurch läßt sich
wiederum sicherstellen, daß im
Crashfall die Entkopplung der Strebe im Verbindungsbereich des Lagerbocks
auftritt. Das U-förmige
Profil ermöglicht
weiterhin auch eine sehr torsionssteife Abstützung des Lagerbockes.
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Vorzugsweise
besitzt der Lagerbock im Bereich der Kopplung mit der Strebe ein
U-förmiges Querschnittsprofil,
in dessen Freiraum das lagerbockseitige Ende der Strebe nach der
Entkopplung verlagerbar ist. Damit wird sichergestellt, daß nach einem
Entkoppeln der Lagerbock die Bewegung der Strebe nicht behindert,
so daß auch
nach dem Entkoppeln keine im wesentlichen horizontal gerichteten Kräfte von
der Spritzwand über
die Strebe auf den Lagerbock übertragen
werden.
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Um
den Lagerbock im Crashfall in seiner Position halten, ist dieser
vorzugsweise gegen einen von der Spritzwand beabstandeten Querträger des Fahrzeugaufbaus
abgestützt,
der außerhalb
des Bereiches starker Deformation des Fahrzeugaufbaus bei einem
Frontalaufprall verläuft.
Alternativ oder in Ergänzung
hierzu kann der Lagerbock auch über
geeignete Kopplungsglieder, beispielsweise weitere Streben, gegen
die A-Säule
des Fahrzeugaufbaus abgestützt
werden.
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In
einer besonderen Ausführungsform
der Erfindung läßt sich
eine weitgehende Entkopplung bereits dadurch erreichen, daß an dem
Lagerbock im Bereich der Ankopplungspunkte der Strebe jeweils eine
Sollbiegestelle ausgebildet ist. Diese weist eine solch hohe Nachgiebigkeit
auf, daß die
auf den Lagerbock einwirkenden Kräfte zu keiner merklichen Veränderungen
der Lage der Lenksäule
führen.
Vorzugsweise ist jedoch an dem Lagerbock im Bereich der Ankopplungspunkte
der Strebe jeweils eine Sollbruchstelle ausgebildet, die eine vollständige Entkopplung
erlaubt.
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Der
Lagerbock kann für
jede Sollbruch/biegestelle einen geknickten Haltebügel aufweisen,
der einstückig
mit einem Grundkörper
des Lagerbocks ausgebildet ist. Dabei besitzt der Haltebügel dann
einen Befestigungsabschnitt zur Anbindung an die Strebe und einen
dazu angewinkelten Verbindungsabschnitt als Sollbruch/biegestelle,
der den Befestigungsabschnitt mit dem Grundkörper des Lagerbocks verbindet.
Bevorzugt ist hierbei der Verbindungsabschnitt flächenartig
ausgebildet und quer zur Vorwärtsfahrtrichtung
sowie im wesentlichen parallel zur Hochachse des Fahrzeugaufbaus
angeordnet. Bei dieser Anordnung besitzt der Verbindungsabschnitt
eine für
die Abstützung
im Normalbetrieb ausreichende Steifigkeit, da die Belastung in Richtung
eines hohen Widerstandsmomentes erfolgt. Andererseits wirkt im Crashfall
die im wesentlichen horizontale Belastung in Richtung des kleinsten
Widerstandsmomentes des Verbindungsabschnittes, so daß dieser
sich leicht verformen läßt bzw.
brechen kann.
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In
einer alternativen Ausführungsvariante
ist zwischen dem Lagerbock und der Strebe eine Art Hakenverbindung
ausgebildet. Dazu ist an dem Lagerbock an den Ankopplungspunkten
der Strebe jeweils eine Verbindung aus einem reibschlüssig in
einem horizontalen Langloch gehaltenen Bolzen vorgesehen. Damit
wird im normalen Fahrbetrieb eine feste Verbindung gewährleistet.
Diese Verbindung ist jedoch derart ausgebildet, daß sich der
Bolzen und das Langloch infolge einer Unfallkraft gegeneinander
verschieben. Im Crashfall erfolgt dann die Entkopplung der Strebe
und des Lagerbocks durch eine Relativverschiebung zwischen dem Bolzen
und den Langloch. Prinzipiell ist es hier möglich, das Langloch an der
Strebe auszubilden und den Bolzen an dem Lagerbock festzulegen oder
aber umgekehrt das Langloch an dem Lagerbock auszubilden und den
Bolzen an der Strebe festzulegen. In einer vorteilhaften Ausgestaltung
dieser Ausführungsvariante
ist das Langloch als an der jeweiligen Profilwange der Strebe ausgebildeter,
in Vorwärtsfahrtrichtung öffnender Schlitz
ausgebildet. Wird die Strebe infolge einer Unfallkraft in Richtung
der Fahrerposition verschoben, so erfolgt dies in bezug auf den
Lagerbock weitestgehend kraftfrei. Bei größeren Verschiebungen kann die
Strebe auch vollkommen aus den Bolzen ausgehängt werden.
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Nachfolgend
wird nun die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Die
Zeichnung zeigt in:
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1 eine
räumliche
Ansicht des Lagerbocks und der Strebe einer Lenksäulenanordnung
für einen
Personenkraftwagen,
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2 eine
räumliche
Ansicht der Lenksäulenanordnung
in Richtung quer zu einem hier nicht näher dargestellten Fahrzeugaufbau,
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3 eine
weitere räumliche
Ansicht des Lagerbocks und der Strebe aus 1,
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4 eine
räumliche
Ansicht einer weiteren Strebe, die anstelle der Strebe in den 1 bis 3 verwendet
werden kann, und in
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5 eine
räumliche
Ansicht des Lagerbocks und der Strebe zusammen mit einer Spritzwand
eines Fahrzeuges.
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Das
Ausführungsbeispiel
zeigt in 2 eine Lenksäulenanordnung 1 mit
einer im Crashfall zusammenschiebbaren Lenksäule 2 und einem Lenkrad 3.
Die Lenksäule 2 ist über einen
Lagerbock 4 an einem hier nicht näher dargestellten Fahrzeugaufbau abgestützt. Dazu
sind an dem Lagerbock 4 Befestigungsabschnitte 5 ausgebildet, über welche
der Lagerbock 4 mit Abschnitten des Fahrzeugaufbaus koppelbar
ist, die bei einem Frontalaufprall keinen oder wenigstens geringeren
Verformungen ausgesetzt sind, als beispielsweise dessen Spritzwand 6. Diese
Abstützung
kann gegen einen von der Spritzwand 6 beabstandeten Querträger erfolgen.
Außerdem
können
zur Abstützung
Querstreben verwendet werden, die beispielsweise zu einer A-Säule des Fahrzeugaufbaus
leiten. 5 zeigt den Lagerbock 4 zusammen
mit der Spritzwand 6. Zur Abstützung an einem nicht gezeigten
Querträger
des Fahrzeugaufbaus besitzt der Lagerbock 4 zwei im wesentlichen
rechtwinklig zueinander angeordnete Anlageflächen 5a und 5b,
die der Spritzwand 6 zugewandt sind.
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Weiterhin
ist eine knicksteife Strebe 7 vorgesehen, über welche
der Lagerbock 4 mit der hier nur andeutungsweise gezeigten
Spritzwand 6 des Fahrzeugaufbaus verbunden ist. Die Strebe 7 dient
im normalen Fahrbetrieb dazu, Schwingungen des Lagerbocks 4 und
der Lenksäule 2 gering
zu halten. Sie erstreckt sich in Vorwätsfahrtrichtung des Fahrzeugaufbaus
von dem Lagerbock 4 schräg nach oben zu der Spritzwand 6.
Im Falle eines Frontalaufpralls werden jedoch die Strebe 7 und
der Lagerbock 4 unter Einwirkung einer im wesentlichen
horizontalen Kraft F2 voneinander abgekoppelt.
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Wie
insbesondere den 1 und 3 entnommen
werden kann, besitzt die Strebe 7 ein U-förmiges,
nach unten offenes Querschnittsprofil, dessen Seitenwangen 8 an
dem lagerbockseitigen Ende der Strebe 7 in Befestigungslaschen 9 auslaufen.
Jede dieser Befestigungslaschen 9 ist über einen Bolzen 10 an
dem Lagerbock 4 befestigt. Dazu weist der Lagerbock 4 für jede Befestigungslasche 9 einen
Haltebügel 11 auf.
Die beiden Haltebügel 11 erstrecken sich
von einem Grundkörper 12 des
Lagerbocks 4 zwischen die einander gegenüberliegenden
Seitenwangen 8 bzw. die Befestigungslaschen 9,
so daß die Haltebügel 11 gemeinsam
eine Gabel für
die Strebe 7 bilden. Dazu sind die Enden der Haltebügel 11 bei einer
Betrachtung von oben im wesentlichen L-förmig ausgebildet, wobei jeweils
zwei parallele Schenkel als Befestigungsabschnitte 13 zwischen
die Befestigungslaschen 9 hineinragen, so daß letztere
mittels der Bolzen 10 gegen die Befestigungsabschnitte 13 verspannbar
sind. Dabei kann zwischen den Befestigungslaschen 9 und
den Befestigungsabschnitten 13 jeweils ein Distanzstück 14 eingegliedert
werden.
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Jeder
der Haltebügel 11 umfaßt weiterhin
einen Verbindungsabschnitt 15, über den ein Befestigungsabschnitt 13 einstückig mit
dem Grundkörper 12 des
Lagerbocks 4 verbunden ist. Dieser Verbindungsabschnitt 15 bildet
den zweiten Schenkel der L-Form, so daß der Verbindungsabschnitt 15 im
wesentlichen quer zu den Seitenwangen 8 bzw. den Befestigungslaschen 9 verläuft. Wie
insbesondere 3 zu entnehmen ist, liegt der
Verbindungsabschnitt 15 bei Betrachtung in Längsrichtung
des Fahrzeugaufbaus unmittelbar hinter den Enden der Befestigungslaschen 9.
Der Verbindungsabschnitt 15 ist flächenartig ausgebildet und quer
zur Vorwärtsfahrtrichtung
sowie im wesentlichen parallel zur Hochachse des Fahrzeugaufbaus
angeordnet. Folglich weist der Verbindungsabschnitt 15 in
Richtung der im normalen Fahrbetrieb auftretenden Betriebskräfte F1 ein hohes Widerstandsmoment auf, so daß die Verbindung
zwischen dem Lagerbock 4 und der Strebe 7 in dieser
Richtung besonders steif ist. In Richtung der bei einem Frontalaufprall
auftretenden horizontalen Crashkraft F2 besitzt
der Verbindungsabschnitt 15 hingegen nur ein sehr geringes
Widerstandsmoment, so daß dieser
bei einer entsprechenden Belastung nachgibt.
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Der
Verbindungsabschnitt 15 wird im Hinblick auf die zu erwartenden
Kräfte
ausgelegt. Vorzugsweise ist dabei eine Sollbruchkraft vorgegeben, bei
der der Verbindungsabschnitt 15 bricht, um die Strebe 7 von
dem Lagerbock 4 zu entkoppeln. Es ist jedoch auch möglich, den
Verbindungsabschnitt 15 sehr biegeweich auszubilden, so
daß im
Crashfall zwar eine Verbindung zwischen der Strebe 7 und dem
Lagerbock 4 erhalten bleibt, jedoch lediglich geringe Verformungskräfte wirksam
werden, womit eine kraftmäßige Entkopplung
des Lagerbocks 4 von der Strebe 7 erzielt wird.
In jedem Fall ist zur Gewährleistung
einer definierten Verformung bzw. eines Durchbrechens des Verbindungsabschnittes 15 die
Knicksteifigkeit der Strebe 7 größer als die Sollbruchkraft bzw.
die Sollverformungskraft.
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Um
eine Relativbewegung zwischen dem lagerbockseitigen Ende der Strebe 7 und
dem Lagerbock 4 nicht zu behindern, weist letzterer einen
Freiraum 16 auf, in den die Strebe 7 eindringen
kann. Dazu besitzt auch der Lagerbock 4 ein im wesentlichen
U-förmiges,
nach unten zu der Lenksäule 2 offenes
Querschnittsprofil, das jedoch breiter ist, als das der Strebe 7.
Es wird lediglich an dem fußseitigen
Ende des Lagerbocks 4 durch die einwärts gerichteten Verbindungsabschnitte 15 verjüngt, die
im Crashfall gleichfalls mit den Befestigungslaschen 9 in den
Freiraum 16 eindringen können.
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In
Abwandlung zu dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist es prinzipiell
möglich,
die Befestigungslaschen 9 zwischen die Befestigungsabschnitte 13 der
Haltebügel 11 zu
verlegen. Allerdings führt dies
zu einer geringeren Profilweite der Strebe 7 und damit
zu einer Verminderung der Torsionssteifigkeit derselben. Jedoch
lassen sich in diesem Fall auch die Bolzen 10 als Sollbruchstellen
mit definierter Bruchkraft verwenden, um eine Abkopplung im Crashfall
zu bewirken.
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In
einer weiteren Variante des Ausführungsbeispiels
wird die Entkopplung durch eine hakenartige Verbindung zwischen
der Strebe 7 und dem Lagerbock 4 erzielt. Dazu
ist in jeder Seitenwange 8 bzw. jeder Befestigungslasche 9 der
Strebe 7, wie in 4 gezeigt,
ein Langloch in Form eines in Vorwärtsfahrtrichtung öffnenden
Schlitzes 17 ausgebildet. Dieser Schlitz 17 verläuft im wesentlichen
horizontal und nimmt einen an dem Lagerbock 4 bzw. an dem
Befestigungsabschnitt 13 des Haltebügels 11 vorgesehenen
Bolzen 10 reibschlüssig
auf. Im normalen Fahrzustand sind die eingestellten Reibungskräfte so hoch,
daß eine
Relativverschiebung zwischen der Strebe 7 und dem Lagerbock 4 ausgeschlossen
ist. Bei Einwirkung einer Crashkraft F2 wird die
Reibungskraft jedoch überwunden.
Die mit der Spritzwand 6 in Richtung der Fahrerposition
im wesentlichen horizontal bewegte Strebe 7, gleitet dann mit
dem Schlitz 17 an dem jeweiligen Bolzen 10 entlang,
wodurch eine kraftmäßige Entkopplung
erzielt wird. Unter Umständen
gelangen die Schlitze 17 sogar außer Eingriff mit den Bolzen 10.
Die während des
Gleitens auftretenden Reibkräfte
sind so gering, daß diese
von den weiteren Abstützeinrichtungen des
Lagerbocks 4 aufgenommen werden, ohne daß der Lagerbock 4 dabei
seine Position verändert.
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In
allen beschriebenen Fällen
wird damit im Crashfall eine kräftemäßige Entkopplung
zwischen der Strebe 7 und dem Lagerbock 4 erzielt,
so daß dessen
Position unverändert
bleibt. Damit bleibt die Ausrichtung der an dem Lagerbock 4 gehaltenen Lenksäule 2 unabhängig von
der Verformung der Spritzwand 6, wodurch wiederum die Lenkradposition
und damit die Schußrichtung
eines in dem Lenkrad 3 aufgenommenen Airbags erhalten bleibt.
Im normalen Fahrbetrieb ergibt sich hingegen eine stabile, vibrationsfreie
Abstützung
der Lenksäule 2 an dem
Fahrzeugaufbau.
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- 1
- Lenksäulenanordnung
- 2
- Lenksäule
- 3
- Lenkrad
- 4
- Lagerbock
- 5
- Befestigungsabschnitt
- 6
- Spritzwand
des Fahrzeugaufbaus
- 7
- knicksteife
Strebe
- 8
- Seitenwange
der Strebe 7
- 9
- Befestigungslasche
der Strebe 7
- 10
- Bolzen
- 11
- Haltebügel
- 12
- Grundkörper des
Lagerbocks 4
- 13
- Befestigungsabschnitt
des Haltebügels 11
- 14
- Distanzstück
- 15
- Verbindungsabschnitt
des Haltebügels 11
- 16
- Freiraum
- 17
- Schlitz