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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Absorption von Stoßenergie
in einer Kraftfahrzeuglenksäuleneinheit
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Eine
derartige Vorrichtung zur Absorption von Stoßenergie in einer Kraftfahrzeuglenksäuleneinheit
ist beispielsweise aus der Europäischen
Patentschrift
EP 0
474 400 B1 bekannt. In dieser Patentschrift ist eine Vorrichtung
zur Absorption von Stoßenergie
beschrieben, bei der durch destruktive Verformung eines Zwischengliedes
in der Kraftfahrzeuglenksäuleneinheit
kinetische Energie durch die Verformung dieses Zwischengliedes,
vor einer Übertragung
auf die Lenksäule,
aufgenommen und kompensiert wird.
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Ein
Nachteil eines solches Systems liegt darin, dass die Verformungsarbeit über den
Weg nicht konstant ist, sondern je nach Ausbildung des zu verformenden
Zwischengliedes starke Abhängigkeiten vom
Verformungsweg aufweist.
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Die
DE 24 17 543 A1 zeigt
eine Kraftfahrzeuglenksäuleneinheit
mit einer Vorrichtung zur Absorption von Stoßenergie, wobei die Kraftfahrzeuglenksäuleneinheit
eine längsverschiebbare
Lenksäule
und ein Lenkgestänge
aufweist. Innerhalb des Lenkgestänges
sind zwei mit einer fluiden Ausgleichssubstanz gefüllte Kammern
angeordnet, wobei die Zwischenwand der beiden Kammern eine Durchtrittsöffnung aufweist,
durch welche die fluide Ausgleichssubstanz von der ersten Kammer
in die zweite Kammer austreten kann, wenn die Lenksäule crashbedingt
in Richtung des Lenkgestänges
verschoben wird. In aufwendiger Weise sind die beiden Kammern dabei
innerhalb des Lenkgestänges
mit einer aufwendigen Mechanik, bestehend aus einer Feder und einem
zusätzlichen
Kolben, gestaltet.
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Die
US 6,279,952 B1 offenbart
eine weitere Vorrichtung zur Absorption von Stoßenergie, wobei die Kraftfahrzeuglenksäuleneinheit
ebenfalls eine längsverschiebbare
Lenksäule
und ein Lenkgestänge
aufweist. Innerhalb des Lenkgestänges
ist eine mit einer fluiden Ausgleichssubstanz gefüllte Kammer
angeordnet, in welche die längsverschiebliche Lenksäule hineinragt
und mit ihrem als Kolben ausgebildeten Ende die Kammer in zwei Kammerteile unterteilt.
Im Kolben sind mehrere Durchtrittsöffnungen angeordnet, durch
welche die fluide Ausgleichssubstanz im Crashfall von einem Kammerteil
in das andere Kammerteil austreten kann. Es ist hierzu in nachteiliger
Weise ein relativ großer
Bauraum bzw. große
Kammer notwendig, womit eine relativ große Menge an fluider Ausgleichssubstanz
benötigt
wird.
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Es
ist daher Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung zur
Absorption von Stoßenergie in
einer Kraftfahrzeuglenksäuleneinheit
zu finden, welche über
die Längsänderung
der Einheit eine konstantere Energieaufnahme ermöglicht.
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Die
Aufgabe wird durch die Merkmale des ersten Patentanspruches gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand untergeordneter Patentansprüche.
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Demgemäß schlagen
die Erfinder vor, die an sich bekannte Vorrichtung zur Absorption
von Stoßenergie
in einer Kraftfahrzeuglenksäuleneinheit,
mindestens aufweisend eine längsverschiebbare
Lenksäule,
Mittel zur Höhen-
und Längsverstellung
der Lenksäule
und eine mechanische Verbindung zu einem Lenkgestänge, dahingehend
zu verbessern, dass die Lenksäule
teilweise mindestens eine Kammer aufweist und vorzugsweise begrenzt,
die durch eine relative Längsverschiebung
der Lenksäule
gegenüber
dem Lenkgestänge
ihr Volumen verändert, wobei
die Kammer mindestens eine Durchtrittsöffnung aufweist, durch die
eine in der Kammer befindliche fluide Ausgleichssubstanz austreten
kann. Durch diese Art der Ausgestaltung kann über einen relativ langen Weg
der Längsverschiebung
der Lenksäule
gegenüber
dem Lenkgestänge
eine gleichmäßige Energieabsorbtion
erreicht werden, da diese Energieabsorbtion nun nicht mehr von irgendwelchen
spezifischen und sich bei der Deformation verändernden Deformierungseigenschaften
abhängt, sondern
durch die Größe der Durchtrittsöffnung und die
dadurch hindurchtretende Ausgleichssubstanz bestimmt wird.
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Grundsätzlich besteht
die Möglichkeit,
die mindestens eine Durchtrittsöffnung
durch einen Verschluss bspw. einen Verschlussstopfen, zu verschließen, so
dass sich dieser erst ab einem bestimmten Mindestdruck öffnet und
die Ausgleichssubstanz durch die Durchtrittsöffnung fließen kann.
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Eine
andere Möglichkeit
besteht darin, die Durchtrittsöffnung
durch einen elektromechanisch betriebenen Verschluss zu verschließen, der
sich gesteuert von einem elektrischen Befehl eines Bordrechners öffnet. Wird
eine derartige Variante gewählt,
kann die erfindungsgemäße Vorrichtung
in ein komplexeres Crash-System eines Fahrzeuges mit einbezogen
werden. Die mindestens eine Durchtrittsöffnung kann dabei nicht nur
einfach geöffnet,
sondern es kann auch gezielt in bezug auf Größe oder Anzahl der Öffnungen
an eine aktuelle Aufprallsituation und die dadurch erforderlichen
Absorptionswerte angepasst werden. Bei entsprechend schneller Steuerung
kann auch der zeitlichen Verlauf der Absorptionswerte optimal an
unterschiedliche Crash-Situationen angepasst werden.
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Zusätzlich kann
auf vorteilhafte Weise als Ausgleichssubstanz eine rheologisch aktive
Substanz gewählt
werden, wobei Mittel zum Erzeugen eines magnetischen und/oder elektrischen
Feldes im Bereich der rheologisch aktiven Substanz angeordnet sind,
welche durch Veränderung
des Feldzustandes die Viskosität
der rheologischen Flüssigkeit
verändern
und damit die Härte
der Dämpfung
einstellen. Diese Veränderung
der Viskosität
der rheologischen Flüssigkeit
muss jedoch nicht unbedingt über
das gesamte Volumen der Ausgleichssubstanz stattfinden, sondern
es reicht, wenn zumindest in einem Teilbereich, vorzugsweise im
Bereich der Durchtrittsöffnungen,
die Viskosität
aufgrund vorhandener Feldeigenschaften beeinflusst wird.
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Zur
Beeinflussung der rheologisch aktiven Substanz kann beispielsweise
ein schaltbarer Elektromagnet, vorzugsweise je Durchtrittsöffnung ein schaltbarer
Elektromagnet, zur variablen Erzeugung eines magnetischen Feldes
angebracht werden. Alternativ besteht jedoch auch die Möglichkeit,
ein veränderliches
Magnetfeld durch mindestens zwei gegeneinander verdrehbare oder
verschiebbare Permanentmagnete zu erzeugen, so dass entsprechend der
Ausrichtung und Position der Permanentmagnete das Feld in der rheologischen
Flüssigkeit
verstärkt oder
abgeschwächt
wird.
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Alternativ
zum magnetischen Feld besteht auch die Möglichkeit, bei entsprechenden
rheologisch aktiven Substanzen zur Veränderung der Viskosität ein elektrisches
Feld zu verwenden, wobei zur variablen Erzeugung dieses elektrischen
Feldes ein Kondensator verwendet werden kann.
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Erfindungsgemäß kann die
mindestens eine Kammer ringförmig
zwischen Lenksäule
und einem zylindrischen Verbindungsrohr gebildet werden. Eine andere
Alternative besteht darin, dass die mindestens eine Kammer zylinderförmig ausgebildet
ist und die Lenksäule
als Stempel, der auf die Kammer wirkt, ausgebildet ist.
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Im übrigen schlagen
die Erfinder auch vor, anstelle einer einzigen Öffnung eine Vielzahl von Öffnungen
zwischen der mindestens einen Kammer und einem Innenraum in der
Lenksäule
vorzusehen. Werden die Öffnungen
in einem örtlich
begrenzten Bereich angeordnet, so besteht die Möglichkeit, in diesem Bereich
einen oder mehrere Elektromagnete einzusetzen, so dass diese auf
alle Durchtrittsöffnungen
wirken kann.
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Zusätzliche
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen.
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Die
Erfindung soll nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert werden.
Es stellen dar:
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1:
Längsschnitt
durch eine Lenksäulenverstelleinrichtung
mit Lenksäule;
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2:
Erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Absorption von Stoßenergie
für eine
Kraftfahrzeuglenksäuleneinheit.
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Die 1 zeigt
eine im Stand der Technik bekannte Lenksäule mit einer Lenksäulenverstelleinheit,
welche dazu dient, einerseits die Lenkbewegungen vom Fahrer auf
das Lenkgestänge
eines Fahrzeuges zu übertragen
und andererseits eine Höhen- und
Längsverstellung
des Lenkrades für
den Fahrer zu ermöglichen.
Gleichzeitig soll eine derartige Lenksäulenverstelleinrichtung jedoch
auch im Falle eines Unfalls in Längsrichtung
nachgeben können
und dabei Aufprallenergie absorbieren, bevor sie auf den Fahrer übertragen
wird.
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Es
wird daher vorgeschlagen, eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Absorption
von Stoßenergie,
auch Crash-Modul genannt, in eine derartige Lenksäulenverstelleinrichtung
einzubauen. Eine bevorzugte Ausführung
dieses Crash-Moduls ist in der 2 dargestellt.
Dieses weist eine Kammer 1 auf, welche als Zwischenraum
zwischen der Lenksäule 2 und
dem Lenkgestänge 3 angeordnet
ist. Die Lenksäule 2 und
das Lenkgestänge 3 sind
gegeneinander in axialer Richtung verschiebbar, so dass die zwischen
diesen beiden Einheiten gebildete Kammer 1 bei einer Längsverschiebung
eine Volumenveränderung
erfährt.
In dieser Kammer 1 befindet sich eine fluide Ausgleichssubstanz,
welche durch Durchtrittsöffnungen 6 aus
dieser Kammer 1 austreten kann.
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Beispielhaft
können
diese Durchtrittsöffnungen 6 entweder
durch Verschlussstopfen im Normalbetrieb verstopft werden, wobei
die Verschlussstopfen 8 so ausgebildet sind, dass sie auf
einen bestimmten Druck von alleine aufgehen und danach eine kontrollierte
relative Längsverschiebung
von Lenksäule
und Lenkgestänge
ermöglichen.
Auf diese Weise wird durch den Austritt des Fluides aus der Kammer 1 über die Öffnungen 6 kinetische
Energie in gewünschter
Weise und gleichmäßig über einen
relativ langen Weg abgebaut. Werden die Durchtrittsöffnungen 6 als
Verbindung zu dem Innenraum 7 angeordnet, so kann das Fluid
aus der Kammer 1 austreten, ohne, dass eine Verletzungsgefahr
für die
Insassen des Fahrzeuges besteht.
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Im
Sinne der Erfindung können
die Öffnungen 6 jedoch
auch durch einen elektromechanisch betriebenen Verschlussmechanismus
verschlossen und geöffnet
werden, wobei ein elektrischer Befehl eines im Fahrzeug befindlichen
Bordrechners die Verschlussmechanismen entsprechend einer festgestellten
Unfallsituation mehr oder minder öffnen kann. Durch eine gezielte
Veränderung
der Öffnungsweite oder
Anzahl der Öffnungen
lässt sich
auch eine unterschiedliche Charakteristik des Energieverzehrs bei
einer relativen Längsverschiebung
von Lenksäule 2 zu
Lenkgestänge 3 erreichen.
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Alternativ
zu einem elektromechanischen Verschluss oder einem Verschlussstopfen
können die Öffnungen
der Kammer 1 auch dadurch verschlossen werden, dass sich
in der Kammer 1 eine rheologisch aktive Substanz befindet,
die in Abhängigkeit
eines im Bereich der Öffnungen 6 befindlichen Magnetfeldes
oder auch elektrischen Feldes bezüglich ihrer Viskosität eingestellt
werden. Auch durch diese Variante besteht die Möglichkeit, die Charakteristik
der Energieumwandlung über
den relativ zwischen Lenksäule
und Lenkgestänge
zurückgelegten Weg
in gewünschter
Weise zu beeinflussen.
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Beispielhaft
sind in der 2 im Bereich der linken Öffnung 6 zwei
Elektromagnete 4.1 und 4.2 angebracht, die ein
variables Magnetfeld im Öffnungsbereich
erzeugen können.
Alternativ ist auf der rechten Seite ein weiterer Elektromagnet 5 dargestellt,
dessen Kern jedoch hohl ausgeführt
ist und dessen Hohlraum konzentrisch mit der Öffnung 6 verläuft, so
dass die rheologisch aktive Substanz in der Kammer 1 durch
den Hohlzylinder des Magneten 5 beim Austritt aus der Kammer 1 hindurchgeführt wird, so
dass hier eine optimale Beeinflussung der Flüssigkeit aufgrund der dort
hohen erreichbaren Felddicke möglich
ist.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten Merkmale der Erfindung
nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen
Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen
der Erfindung zu verlassen. Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung eine
mechanische Umkehr der Funktionen der einzelnen mechanischen Elemente
der Erfindung zu bewirken.
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Insgesamt
wird also durch die Erfindung eine Vorrichtung zur Absorption von
Stoßenergie
in einer Kraftfahrzeuglenksäuleneinheit
vorgestellt, welche es ermöglicht,
durch gezielte Steuerung des Austretens eines Fluides, vorzugsweise
eines rheologisch aktiven Fluides aus einer volumenveränderlichen Kammer
der Vorrichtung, eine gewünschte
Charakteristik der Energieabsorbtion über eine Längenkontraktion der Vorrichtung
zu bestimmen.
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- 1
- Kammer
- 2
- Lenksäule
- 3
- Lenkgestänge
- 4.1
- Elektromagnet
- 4.2
- Elektromagnet
- 5
- Zylinderförmiger Elektromagnet
- 6
- Durchtrittsöffnungen
- 7
- Innenraum
- 8
- Verschlussstopfen