DE10141552A1 - Lenksäule mit verbesserten Crash-Eigenschaften - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lenksäule (1) für Kraftfahrzeuge, mit zwei ineinander gestreckten Wellen (2, 3), wobei eine der Wellen (3) als Hohlwelle mit einer Innenverzahnung (6) und die andere Welle (2) mit einer Außenverzahnung (9, 10) versehen ist, sowie die in Längsrichtung der Wellen gerichteten Verzahnungen der Wellen miteinander kämmen. DOLLAR A Bei einer solchen Lenksäule wird vorgeschlagen, dass die Verzahnung der einen Welle (2) zwei Zahnabschnitte (9, 10) aufweist, die in Längsrichtung der Lenksäule in Abstand zueinander angeordnet sind, wobei der Außendurchmesser der beiden Zahnabschnitte (9, 10) größer ist als der Außendurchmesser des zwischen den Zahnabschnitten befindlichen Wellenbereiches (11). DOLLAR A Eine solche Lenksäule ermöglicht im Crash-Fall einen sicheren Einschub der Wellen, ohne dass unerwünschte Spitzen im Kraftverlauf auftreten. Das Crashverhalten der Lenksäule wird verbessert und damit auch die Sicherheit des Fahrers.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Lenksäule für Kraftfahrzeuge, mit zwei ineinander gesteckten Wellen, wobei eine der Wellen als Hohlwelle mit einer Innenverzahnung und die andere Welle mit einer Außenverzahnung versehen ist, sowie die in Längsrichtung der Wellen gerichteten Verzahnungen der Wellen miteinander kämmen.
• Wesentliche Bestandteile einer Lenksäule bilden die beiden ineinander gesteckten Wellen. An der oberen Welle ist ein Lenkrad und an der unteren Welle ein Kreuzgelenk befestigt. Im Crashfall sollen sich die beiden Wellen ineinander schieben. Dies einerseits um Energie abzubauen, wenn der Fahrer auf das Lenkrad aufschlagen sollte. In diesem Fall teleskopiert die Lenksäule von oben nach unten. Im anderen Fall soll ein zu weites Eindringen des Lenkrades in den Fahrgastraum verhindert werden, wenn die Stirnwand im Fußraumbereich so weit verformt wird, dass diese das Kreuzgelenk und damit die Lenksäule verschiebt. In diesem Fall teleskopiert die Lenksäule von unten nach oben.
• Aus der Praxis ist eine Lenksäule der eingangs genannten Art bekannt. Sie weist eine durchgehende zylindrische Verzahnung innerhalb der Überlappung der beiden Wellen auf. Aus Steifigkeitsgründen (hohe Eigenfrequenz) ist der Überlappungsbereich der beiden Wellen recht groß. Im Crash-Fall werden große Kräfte in die Lenksäule eingeleitet, die auch Biegemomente in den Wellen erzeugen. Die Wellen sollen sich durch die Axialkomponente der Kraft verschieben und Energie absorbieren. Durch die ebenfalls auftretenden Biegemomente resultieren Reibungskräfte in der Verzahnung, wodurch das Verklemmen der beiden Wellen ausgelöst werden kann. Wenn es zum Verklemmen kommt, bevor der gesamte Crashweg ausgenutzt ist, führt dies zu unerwünschten Spitzen im Kraftverlauf.
• Aus der EP 0 281 193 B1 ist eine Lenksäule für Kraftfahrzeuge mit teleskopierbaren Wellen bekannt. Die relative Verschiebbarkeit der Wellen ermöglicht es dem Fahrer das Lenkrad unter Komfortgesichtspunkten zu Positionieren. Bei dieser Lenksäule ist der äußere Verzahnungsbereich der einen Welle mit einer Aussparung zur Aufnahme eines elastischen Elementes versehen, das sich an der Innenwand der anderen Welle abstützt. Hierdurch ist sichergestellt, dass die beiden Wellen nur unter Überwindung einer Reibungskraft auseinander gezogen bzw. ineinander geschoben werden können. Diese Gestaltung der Lenksäule steht somit in keinem Zusammenhang mit deren Optimierung unter Crash-Aspekten.
• Weitere teleskopierbare Lenksäulen sind aus der EP 0 220 986 B1 und der DE 38 13 422 C2 bekannt.
• Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lenksäule der Eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass im Crashfall ein sicherer Einschub der Wellen gewährleistet ist, ohne dass unerwünschte Spitzen im Kraftverlauf eintreten. Es soll das Crashverhalten der Lenksäule und damit auch die Sicherheit des Fahrers verbessert werden.
• Gelöst wird die Aufgabe bei einer Lenksäule der Eingangs genannten Art dadurch, dass die Verzahnung der einen Welle zwei Zahnabschnitte aufweist, die in Längsrichtung der Lenksäule in Abstand zueinander angeordnet sind, wobei der Außendurchmesser der beiden Zahnabschnitte größer als der Außendurchmesser des zwischen den Zahnabschnitten befindlichen Wellenbereiches ist.
• Bei der erfindungsgemäßen Lenksäule ist die Verzahnung der einen Welle somit nicht durchgängig, sondern weist zwei in Abstand zueinander angeordnete Zahnabschnitte auf. Dadurch, dass der Außendurchmesser der beiden Zahnabschnitte größer ist als der Außendurchmesser des zwischen den Zahnabschnitten befindlichen Wellenbereiches, erfolgt der Kontakt zwischen den beiden Wellen nur im Bereich der beiden Zahnabschnitte der einen Welle und der Verzahnung der anderen Welle. Der zwischen den beiden Zahnabschnitten befindliche Wellenbereich kann auf sehr einfache Art und Weise dadurch erzeugt werden, dass die Welle dort frei gedreht ist.
• Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lenksäule ist insbesondere darin zu sehen, dass die Überlappungslänge der beiden Wellen erhalten bleibt. Dies ist wichtig für die Steifigkeit der Lenksäule. Durch die kleinere Kontaktfläche zwischen den Wellen wird die Gefahr des Verklemmens erheblich verringert. So ist es für die Abstimmung der Crash-Eigenschaften der Lenksäule von Vorteil, wenn weniger Reibung im System ist, da diese mit den Maßtoleranzen variiert.
• Zweckmäßig ist mindestens eine der Wellen bezüglich der anderen Welle mit einem Rücksprung versehen, in dessen Bereich beim Zusammenschieben der Wellen keine Führung der Wellen erfolgt. Im Crashfall führt bereits eine relativ geringe Bewegung der einen Welle in die andere Welle hinein dazu, dass einer der beiden Zahnabschnitte in den Bereich des Rücksprunges gelangt, womit die präzise axiale Führung der beiden Wellen aufgehoben wird. Die beiden Wellen können damit relativ frei teleskopieren.
• Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass einer der beiden Zahnabschnitte der einen Welle ballig ausgebildet ist. Durch diese Form der Verzahnung wird ein Verklemmen der beiden Wellen im Crashfall besonders wirksam verhindert.
• Grundsätzlich kann die Welle mit der Innenverzahnung oder die Welle mit der Außenverzahnung, ggf. können auch beide Wellen mit den Zahnabschnitten, zwischen denen eine Aussparung angeordnet ist, versehen sein. Wegen der einfacheren Herstellung wird es aber als zweckmäßig angesehen, wenn nur die mit der Außenverzahnung versehene Welle die beiden Zahnabschnitte aufweist. In diesem Fall sollte der Zahnabschnitt, der dem Wellenende der Welle, die mit der äußeren Verzahnung versehen ist, abgewandt ist, ballig ausgebildet sein. Im Crash-Fall gelangt der dem Wellenende zugewandte Zahnabschnitt in den Bereich des Rücksprunges der anderen Welle und es kann aufgrund der Balligkeit des anderen Zahnabschnittes die eine Welle relativ zu anderen Welle geringfügig geschwenkt werden.
• Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung der Figuren sowie den Figuren selbst dargestellt.
• In den Figuren ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels dargestellt, ohne hierauf beschränkt zu sein. Es zeigt
• Fig. 1 eine Seitenansicht einer Lenksäule im Verbindungsbereich ihrer beiden Wellen,
• Fig. 2 einen Schnitt durch die Lenksäule gemäß Linie II-II in Fig. 1,
• Fig. 3 eine Detailansicht A gemäß Fig. 2,
• Fig. 4 eine Seitenansicht der mit der Außenverzahnung versehenen Welle,
• Fig. 5 eine Detailansicht B gemäß Fig. 4.
• Die Lenksäule 1 ist im Wesentlichen durch die untere Zylinderwelle 2 und die obere Hohlwelle 3 gebildet. Die untere Welle 2 ist nur bezüglich ihres oberen Abschnittes veranschaulicht. Das obere Ende der oberen Welle 3 ist mit einer Verzahnung 4 zur Aufnahme eines nicht gezeigten Lenkrades versehen. Ausgehend vom unteren Ende 5 ist die obere Welle 3 über ihre Länge X mit einer durchgängigen Innenverzahnung 6 versehen, die sich über den Umfang der Welle 3 erstreckt, wobei die einzelnen Zähne in Längsrichtung der Welle 3 orientiert sind. Unmittelbar an den Bereich der Innenverzahnung 6 anschließend erweitert sich der Innendurchmesser der Hohlwelle 3, so dass ein Rücksprung 7 gebildet ist. Der in die Hohlwelle 3 eingesteckte Abschnitt der unteren Zylinderwelle 2 ist mit einer Außenverzahnung 8 versehen, wobei diese aber nicht über das Maß X durchgängig ist, sondern ein unterer, umlaufender Zahnabschnitt 9 und ein oberer, umlaufener Zahnabschnitt 10 der Welle 2 zwischen sich einen Mittenabschnitt 11 aufnehmen, der durch eine Freidrehung der Welle 2 erzeugt ist. Der Außendurchmesser des Mittenabschnittes 11 ist somit geringer als der Außendurchmesser des jeweiligen Zahnabschnittes 9 bzw. 10. Während eine umhüllende Ebene des oberen Zahnabschnittes 10 die Form eines Zylinders mit konstanten Durchmesser aufweist, ist die Hüllebene des unteren Zahnabschnittes 9 gewölbt ausgebildet, so dass dieser Zahnabschnitt 9 eine nach außen ballige Form aufweist. Der ballige Abschnitt ist deutlich der Detaildarstellung in Fig. 5 zu entnehmen.
• Beim Ineinanderschieben der beiden Wellen 2 und 3 im Crashfall, wie es in Fig. 2 durch Pfeile veranschaulicht ist, gelangt der obere Zahnabschnitt 10 der Außenverzahnung 8 der Zylinderwelle 2 in den Bereich des Rücksprunges 7, womit die Welle 2 aus der Führung in der Welle 3 herausgeschoben wird. Die Wellen 2 und 3 können somit frei teleskopieren. Aufgrund der balligen Form des unteren Zahnabschnittes 9 der Außenverzahnung 8, also des Zahnabschnitts, der beim Teleskopieren zuletzt aus der Führung läuft, wird ein Verklemmen der beiden Wellen 2 und 3 verhindert. Beispielsweise beträgt das Verhältnis vom jeweiligen Zahnabschnitt 9 bzw. 10 zum zwischen den beiden Zahnabschnitten 9 und 10 befindlichen Wellenabschnitt 11 zwischen 0,3 und 0,5, bezogen auf die Erstreckung der Abschnitte 9 bzw. 10 bzw. 11 in Längsrichtung der Lenksäule 1. Bezugszeichenliste 1 Lenksäule
  2 untere Zylinderwelle
  3 obere Hohlwelle
  4 Verzahnung
  5 unteres Ende
  6 Innenverzahnung
  7 Rücksprung
  8 Außenverzahnung
  9 unterer Zahnabschnitt
  10 oberer Zahnabschnitt
  11 Mittenabschnitt
  

Claims (7)

1. Lenksäule (1) für Kraftfahrzeuge, mit zwei ineinander gesteckten wellen (2, 3), wobei eine der Wellen (3) als Hohlwelle einer Innenverzahnung (6) und die andere Welle (2) mit einer Außenverzahnung (8) versehen ist, sowie die in Längsrichtung der Wellen (2, 3) gerichteten Verzahnungen (6, 8) der Wellen (2, 3) miteinander kämmen, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnung (8) der einen Welle (2) zwei Zahnabschnitte (9, 10) aufweist, die in Längsrichtung der Lenksäule (1) in Abstand zueinander angeordnet sind, wobei der Außendurchmesser der beiden Zahnabschnitte (9, 10) größer ist als der Außendurchmesser des zwischen den Zahnabschnitten (9, 10) befindlichen Wellenbereiches (11).

2. Lenksäule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Wellen (3) bezüglich der anderen Welle (2) mit einem Rücksprung (7) versehen ist, in dessen Bereich beim Zusammenschieben der Wellen (2, 3) keine Führung der Wellen (2, 3) erfolgt.

3. Lenksäule nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass einer der beiden Zahnabschnitte (9, 10) der einen Welle (2) ballig ausgebildet ist.

4. Lenksäule nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mit der Außenverzahnung (8) versehene Welle (2) die beiden Zahnabschnitte (9, 10) aufweist.

5. Lenksäule nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnabschnitt (9), dem am Wellenende der mit der äußeren Verzahnung (8) versehenen Welle (2) abgewandt ist, ballig ausgebildet ist.

6. Lenksäule nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlwelle (3), an den Bereich der Innenverzahnung (6) angrenzend, mit dem Rücksprung (7) versehen ist.

7. Lenksäule nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis vom jeweiligen Zahnabschnitt (9, 10) zum zwischen den Zahnabschnitten (9, 10) befindlichen Wellenabschnitt (11) zwischen 0,3 und 0,5 beträgt, bezogen auf die Erstreckung dieser Abschnitte (9, 10, 11) in Längsrichtung der Lenksäule (1).