DE102004019961A1

DE102004019961A1 - Lenksäule für Kartfahrzeuge

Info

Publication number: DE102004019961A1
Application number: DE102004019961A
Authority: DE
Inventors: Daniel Wolf
Original assignee: Invenio GmbH Engineering Services
Current assignee: Invenio GmbH Engineering Services
Priority date: 2004-04-23
Filing date: 2004-04-23
Publication date: 2005-11-17
Also published as: WO2005102816A1

Abstract

Eine Lenksäule für Kartfahrzeuge und ähnliche Sportfahrzeuge weist eine Lenkwelle (2) auf, die in einem unteren Lager (4) und einem oberen Lenkwellenlager (7) am Chassis des Kartfahrzeugs gelagert ist. Das obere Lenkwellenlager (7) weist einen mit einer Strebe des Chassis verbundenen Halteabschnitt und einen in Fahrtrichtung davor liegenden Lagerabschnitt auf, der eine die Lenkwelle (2) aufnehmende Lagerbohrung umschließt. Der Lagerabschnitt des Lenksäulenlagers (7) gibt bei Überschreiten einer vorgegebenen, radial in Fahrtrichtung und/oder axial nach unten gerichteten, auf die Lenkwelle (2) ausgeübten Kraft unter Verformung mindestens eines Lagerteils die Lenkwelle (2) in Fahrtrichtung frei.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lenksäule für Kartfahrzeuge und ähnlicher Sportfahrzeuge mit einer Lenkwelle, die in einem unteren Lager und einem oberen Lenkwellenlager am Chassis des Kartfahrzeugs gelagert ist, wobei das obere Lenkwellenlager einen mit einer Strebe des Chassis verbundenen Halteabschnitt und einen in Fahrtrichtung davor liegenden Lagerabschnitt aufweist, der eine die Lenkwelle aufnehmende Lagerbohrung umschließt.
Bei Kartfahrzeugen, zu denen in diesem Zusammenhang außer Renn-Karts und Go-Karts auch ähnliche Sportfahrzeuge gezählt werden sollen, besteht bei Unfällen, insbesondere beim Frontalaufprall auf ein Hindernis, das besondere Problem, dass der Fahrer dabei nach vorn geschleudert wird, wobei die Lenksäule zu einer erheblichen Verletzungsgefahr für den Fahrer führt. Der Einsatz von Sicherheitsgurten, mit denen der Fahrer am Kartfahrzeug zurückgehalten würde, macht ähnlich wie bei Krafträdern keinen Sinn, da im Kartfahrzeug infolge fehlender Crashstrukturen für den Fahrer kaum ein Überlebensraum besteht.

Herkömmliche Kartfahrzeuge weisen eine starre, fest an einer Strebe des Chassis gelagerte Lenkwelle auf, deren unteres Ende in einem winkelbeweglichen Festlager gelagert ist und deren oberes, als Loslager ausgeführtes Lenkwellenlager am Chassis des Kartfahrzeugs festgelegt ist. Die Lenkwelle ist durch eine Nabe mit dem Lenkrad verbunden. Das herkömmliche Lenkwellenlager besteht aus einem einstückigen Kunststoffkörper, dessen Halteabschnitt eine horizontale Bohrung aufweist, über die das Lenkwellenlager an einer Strebe des Chassis befestigt ist. Der in Fahrtrichtung davor liegende Lagerabschnitt umschließt die Lenksäule vollständig.

Bei einem Frontalaufprall kommt es zu einem Sturz des Fahrers aus dem Kartfahrzeug, wobei die feststehende, starre Lenksäule einen erheblichen, oftmals unüberwindbaren Widerstand für den Fahrer darstellt. Dies kann zu schweren, sogar tödlichen Verletzungen führen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Lenksäule mit dem zugehörigen Lenkwellenlager so auszugestalten, dass die Verletzungsgefahr für den Fahrer bei einem Frontalaufprall wesentlich vermindert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Lagerabschnitt des Lenkwellenlagers bei Überschreiten einer vorgegebenen, radial in Fahrtrichtung und/oder axial nach unten gerichteten, auf die Lenkwelle ausgeübten Kraft unter Verformung mindestens eines Lagerteils die Lenkwelle in Fahrtrichtung freigibt.

Damit wird erreicht, dass durch die vom Fahrer im Falle eines Frontalaufpralls auf das Lenkrad ausgeübten Kräfte, die im wesentlichen in Fahrtrichtung sowie nach unten gerichtet sind, die Lenkwelle aus dem oberen Lenkwellenlager ausgelöst wird und nach vorn geschwenkt werden kann, so dass sie den Fahrer nicht oder nicht wesentlich behindert und insbesondere keinen Anlass zu ernsthaften Verletzungen gibt.

Durch Crashtests wurde belegt, dass bei einem Frontalaufprall des Kartfahrzeugs auf ein Hindernis ein Abflug des Fahrers ohne Hängenbleiben an der Lenksäule ermöglicht wird. Der Fahrer rutscht dabei im Sitz zunächst nach vorne und schlägt mit der Brust auf das Lenkrad auf und drückt es nach vorne. Nach dem Auslösen der Lenkwelle am oberen Lenkwellenlager fliegt der Fahrer mit dem Kopf voran aus dem Kartfahrzeug, ohne dass sein Körper oder seine Beine durch die Lenkwelle verletzt werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Lenkwellenlager einen den Halteabschnitt und den Lagerabschnitt bildenden Lagerhauptkörper aus Kunststoff aufweist, und dass der Lagerabschnitt an seinem in Fahrtrichtung vorn angeordneten vorderen Rand einen Schlitz oder eine Sollbruchstelle aufweist.

Dadurch wird ein Auslösen der Lenkwelle dadurch erreicht, dass sich das Lenkwellenlager unter einer vorgegebenen Radialkraft öffnet und die Lenkwelle freigibt.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass mindestens der Lagerabschnitt des Lagerhauptkörpers von einem Blechkäfig teilweise umschlossen ist, der im Bereich des vorderen Randes des Lagerhauptkörpers mindestens eine Sollbruchstelle aufweist. Dieser Blechkäfig bildet eine zweite Sicherheitsstufe, weil die Lenkwelle erst dann vollständig freigegeben wird, wenn nach dem Öffnen des Lagerabschnitts des Lagerhauptkörpers auch die Sollbruchstellen des Blechkäfigs ausgelöst werden, um die Lenkwelle endgültig freizugeben.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass der Lagerabschnitt einen die Lagerbohrung bildenden Lagerinnenkörper aufweist, der in einem Lageraußenkörper aufgenommen ist, dass der Lageraußenkörper an seiner in Fahrtrichtung vorderen Seite eine Öffnung aufweist, deren Ränder den Lagerinnenkörper teilweise umgreifen, und dass der Lageraußenkörper durch mindestens ein Abreißblech im Lagerhauptkörper festgelegt ist.

Eine Auslösung der Lenkwelle nach vorn in Fahrtrichtung wird bei Überschreiten einer nach vorn gerichteten Radialkraft dadurch erreicht, dass das mindestens eine Abreißblech entweder den Lageraußenkörper freigibt oder ein Austreten des Lagerinnenkörpers durch Aufspreizen des Lageraußenkörpers ermöglicht oder dass beide Wirkungen eintreten.

Bei dieser Ausführung des Lenkwellenlagers kann vorteilhafterweise zusätzlich vorgesehen sein, dass die Lenkwelle unter einer vorgegebenen Axialkraft nach unten verformbar ist, wobei sie sich mit einem Widerlager auf dem Lagerinnenkörper abstützt, und dass der Lagerinnenkörper unter Verformung eines Verformungskörpers axial nach unten aus dem Lageraußenkörper heraus verschiebbar ist.

Hierbei dient zunächst die axial nach unten auf die Lenkwelle ausgeübte Kraft dazu, den Lagerinnenkörper nach unten aus dem Lageraußenkörper zu lösen. In dieser Stellung, in der die Lenkwelle verkürzt wurde, kann die Lenkwelle durch die Öffnung des Lageraußenkörpers nach vorn geschwenkt werden. Damit wird erreicht, dass allein schon durch eine wesentlich leichter auszuübende Axialkraft die Freigabe der Lenkwelle aus dem oberen Lenkwellenlager erfolgt, ohne dass hierfür bereits eine höhere, nach vorn gerichtete Radialkraft ausgeübt werden müsste. Diese Funktion ist besonders für junge und leichte Fahrer vorteilhaft.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.

Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in der Zeichnung dargestellt sind. Es zeigt:
1 in räumlicher Darstellungsweise ein Chassis eines Kartfahrzeugs mit einer Lenksäule,
2 eine Draufsicht auf das obere Lenkwellenlager des Kartfahrzeugs nach 1,
3 in räumlicher, auseinander gezogener Darstellung die Teile des Lenkwellenlagers nach 2,
4 in räumlicher Darstellungsweise eine andere Ausführungsform eines oberen Lenkwellenlagers,
5 in räumlicher, auseinander gezogener Darstellung die Teile des Lenkwellenlagers nach 4 und
6 in räumlicher Darstellungsweise die Lenksäule des Kartfahrzeugs nach 1 mit dem Lenkwellenlager gemäß 4 und 5.
Wie in 1 gezeigt, weist das Chassis eines Kartfahrzeugs einen Bodenrahmen 1 auf, an dem das untere Ende einer Lenkwelle 2 einer Lenksäule 3 in einem unteren Lager 4 axial fest, jedoch schwenkbar gelagert ist. Nahe ihrem oberen Ende, an dem die Lenkwelle 2 über eine Lenksäulennabe 5 ein Lenkrad 6 trägt, ist die Lenkwelle 2 in einem oberen Lenkwellenlager 7 gelagert, das über eine Strebe 8 mit dem Bodenrahmen 1 des Chassis verbunden ist.
Einzelheiten des Lenkwellenlagers 7 sind in den 2 und 3 dargestellt. Das Lenkwellenlager 7 weist einen aus Kunststoff bestehenden Lagerhauptkörper 9 auf, der aus einem Halteabschnitt 10 und einem Lagerabschnitt 11 besteht. Eine Querbohrung 12 im Halteabschnitt 10 dient über eine Verschraubung 13 zur Verbindung mit der Strebe 8.
Der Lagerabschnitt 11, der eine die Lenkwelle 7 aufnehmende Lagerbohrung 14 umschließt, weist an seinem in Fahrtrichtung vorn (links in 2) angeordneten vorderen Rand einen Schlitz 15 auf. Anstelle des Schlitzes 15 kann auch eine Sollbruchstelle vorgesehen sein.
Beiderseits des Schlitzes 15 oder der Sollbruchstelle liegende Segmente 16 des Lagerabschnitts 11 sind jeweils über ein Biegegelenk 17 mit dem übrigen Teil des Lagerhauptkörpers 9 verbunden. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Biegegelenke 17 dadurch gebildet, dass von der Lagerbohrung 14 ausgehende Einschnitte 18 sich bis kurz vor der Außenwand des Lagerhauptkörpers 9 erstrecken. Die verbleibenden dünnen Wandabschnitte bilden die Biegegelenke 17.
Der Lagerabschnitt 11 des Lagerhauptkörpers 9 ist teilweise von einem Blechkäfig 19 umschlossen, der im Bereich des vorderen Randes des Lagerhauptkörpers 9 mindestens eine Sollbruchstelle aufweist. Der Blechkäfig 19 ist über Schraubenbohrungen 20 am Lagerhauptkörper 9 angeschraubt.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist der im senkrechten Schnitt angenähert U-förmige Blechkäfig 19, dessen beide Schenkel 21 und 22 auf der Oberseite bzw. der Unterseite des Lagerhauptkörpers 9 liegen, eine vor dem vorderen Rand des Lagerhauptkörpers 9 liegende Vorderwand 23 auf, die über an ihrem Rand liegende Sollbruchstellen 24 mit dem übrigen Teil des Blechkäfigs 21 verbunden ist. Ein die Lagerbohrung 14 umschließender Ring 25 des Blechkäfigs 19 weist an der Vorderseite des Lenkwellenlagers 7 ebenfalls eine durch eine Einschnürung gebildete Sollbruchstelle 26 auf.
Wenn im Crashfall eine radiale, nach vorn gerichtete Kraft über das Lenkrad 6 auf die Lenkwelle 2 ausgeübt wird, wird das Lenkwellenlager 7 bei Überschreiten einer vorgegebenen Kraft zerstört und gibt die Lenkwelle 2 nach vorn frei, so dass die Lenksäule den sich vom Kartfahrzeug nach vorn lösenden Fahrer nicht behindert. Hierbei öffnen sich die beiden Segmente 16 des Lagerabschnitts 11, so dass die Lenkwelle 2 durch den sich öffnenden Schlitz 15 nach vorn austreten kann. Sodann bricht der Ring 25 an der Sollbruchstelle 26. Der Blechkäfig 19 bildet ein Abreißblech. Bei weiterer radialer Krafteinwirkung reißt die Vorderwand 23 an den Sollbruchstellen 24 des Blechkäfigs 19 ab und gibt die Lenkwelle 2 endgültig nach vorn frei.
Bei dem in den 4 und 5 dargestellten Lenkwellenlager 7' weist der zur Aufnahme der Lenkwelle 2 bestimmte Lagerabschnitt 11' einen die Lagerbohrung 14 bildenden Lagerinnenkörper 27 auf, der in einem Lageraußenkörper 28 aufgenommen ist. Der Lageraußenkörper 28 weist an seiner in Fahrtrichtung vorderen Seite eine Öffnung 29 auf, deren Ränder den Lagerinnenkörper 27 teilweise umgreifen. Ein Lagerhauptkörper 9', der wie beim vorher beschriebenen Ausführungsbeispiel die Bohrung 12 aufweist, greift mit zwei seitlichen Schenkeln 30 um den Lageraußenkörper 28.
Der Lageraußenkörper 28 ist über ein Abreißblech 31 im Lagerhauptkörper 9' festgelegt. Hierzu ist der Lageraußenkörper 28 an zwei jeweils zwischen Sollbruchstellen 32 liegenden Befestigungsabschnitten 33 angeschraubt. Das Abreißblech 31 ist durch eine Querschraube 31a im Lagerhauptkörper 9' festgelegt.
Außerdem wird der Lageraußenkörper 28 mindestens teilweise von einem am Lagerhauptkörper 9' an Schraublöchern 34 befestigten Blechkäfig 35 umschlossen, dessen an der Vorderseite des Lageraußenkörpers 28 liegende Wände 36 über Sollbruchstellen 37 mit dem übrigen Teil des Blechkäfigs 35 verbunden sind. Die oberen und unteren Schenkel des Blechkäfigs 35 weisen beiderseits der in der Lagerbohrung 14 aufgenommenen Lenkwelle 2 Einschnitte 38 auf.
Bei der in 6 dargestellten Lenksäule ist die Lenkwelle 2 unter einer vorgegebenen Axialkraft nach unten verformbar. Zu diesem Zweck besteht die Lenkwelle 2 aus zwei gegen die Kraft einer Feder 39 teleskopartig gegeneinander verschiebbaren Lenkwellenabschnitten 2a und 2b, die über zwei seitliche Führungslaschen 40 drehfest miteinander verbunden sind. Die sich parallel zur Achse der Lenkwelle 2 erstreckenden Führungslaschen 40 sind am unteren Lenkwellenabschnitt 2b befestigt und erstrecken sich längsbeweglich durch Führungsschlitze 41 in zwei Blechen 42, die mit dem oberen Lenkwellenabschnitt 2a drehfest verbunden sind.
Ein die beiden Führungslaschen 40 an ihren Enden verbindender Ring 43 bildet ein unteres Widerlager für die als Schraubendruckfeder ausgeführte Feder 39, die sich mit ihrem oberen Ende an einem Stellring 44 abstützt, der auf dem oberen Lenkwellenabschnitt 2a befestigt ist.
Ein auf der Lenkwelle 2 oberhalb des Lenkwellenlagers 7 befestigter Stellring 45 bildet ein Widerlager, über das sich die Lenkwelle 2 auf dem Lagerinnenkörper 27 abstützt. Der Lagerinnenkörper 27 ist eine zylindrische Hülse mit auf beiden gegenüberliegenden Seiten vorspringenden Umfangsabschnitten 46 (5). Der Lageraußenkörper 28 ist an diese Außenkontur des Lagerinnenkörpers 27 angepasst. Der Blechkäfig 35 hält den Lagerinnenkörper 27 in axialer Richtung formschlüssig im Lageraußenkörper 28, weil die vorspringenden Umfangsabschnitte 46 auf den Rändern des Blechkäfigs 35 im Bereich der Einschnitte 38 aufliegen. Bei Überschreiten einer vorgegebenen Axialkraft wird der Blechkäfig 35 im Bereich der Einschnitte 38 verformt und gibt den Lagerinnenkörper 27 frei, so dass er axial nach unten aus dem Lageraußenkörper 28 heraus verschoben werden kann, wobei die Feder 39 zusammengedrückt und die Lenkwelle 2 somit verkürzt wird.
Nachdem der Lagerinnenkörper 27 aus dem Lageraußenkörper 28 nach unten herausgetreten ist, kann die Lenkwelle 2 nach vorn verschwenkt werden, wobei sich die Lenkwelle 2 durch die Öffnung 29 des Lageraußenkörpers 28 herausbewegt.

Claims

Lenksäule für Kartfahrzeuge und ähnliche Sportfahrzeuge mit einer Lenkwelle, die in einem unteren Lager und einem oberen Lenkwellenlager am Chassis des Kartfahrzeugs gelagert ist, wobei das obere Lenkwellenlager einen mit einer Strebe des Chassis verbundenen Halteabschnitt und einen in Fahrtrichtung davor liegenden Lagerabschnitt aufweist, der eine die Lenkwelle aufnehmende Lagerbohrung umschließt, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerabschnitt (11, 11') des Lenksäulenlagers (7, 7') bei Überschreiten einer vorgegebenen, radial in Fahrtrichtung und/oder axial nach unten gerichteten, auf die Lenkwelle (2) ausgeübten Kraft unter Verformung mindestens eines Lagerteils die Lenkwelle (2) in Fahrtrichtung freigibt.
Lenksäule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenksäulenlager (7) einen den Halteabschnitt (10) und den Lagerabschnitt (11) bildenden Lagerhauptkörper (9) aus Kunststoff aufweist, und dass der Lagerabschnitt (11) an seinem in Fahrtrichtung vorn angeordneten vorderen Rand einen Schlitz (15) oder eine Sollbruchstelle aufweist.
Lenksäule nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens der Lagerabschnitt (11) des Lagerhauptkörpers (9) von einem Blechkäfig (19) teilweise umschlossen ist, der im Bereich des vorderen Randes des Lagerhauptkörpers (9) mindestens eine Sollbruchstelle (24, 26) aufweist.
Lenksäule nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Blechkäfig (19) in einem die Lagerbohrung (14) umschließenden Ring (25) eine Sollbruchstelle (26) aufweist.
Lenksäule nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Blechkäfig (19) eine vor dem vorderen Rand des Lagerhauptkörpers (9) liegende Vorderwand (23) aufweist, die über Sollbruchstellen (24) mit dem übrigen Teil des Blechkäfigs (19) verbunden ist.
Lenksäule nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiderseits des Schlitzes (15) oder der Sollbruchstelle liegenden Segmente (16) des Lagerabschnitts (11) jeweils über ein Biegegelenk (17) mit dem übrigen Teil des Lagerhauptkörpers (9) verbunden sind.
Lenksäule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerabschnitt (11') einen die Lagerbohrung (14) bildenden Lagerinnenkörper (27) aufweist, der in einem Lageraußenkörper (28) aufgenommen ist, dass der Lageraußenkörper (28) an seiner in Fahrtrichtung vorderen Seite eine Öffnung (29) aufweist, deren Ränder den Lagerinnenkörper (27) teilweise umgreifen, und dass der Lageraußenkörper (28) durch mindestens ein Abreißblech (31, 35) im Lagerhauptkörper (9') festgelegt ist.
Lenksäule nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein im Lagerhauptkörper (9') festgelegtes Abreißblech (31) mindestens einen zwischen Sollbruchstellen (32) liegenden Befestigungsabschnitt (33) aufweist, der mit dem Lageraußenkörper (28) verschraubt ist.
Lenksäule nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Lageraußenkörper (28) mindestens teilweise von einem am Lagerhauptkörper (9') befestigten Blechkäfig (35) umschlossen ist, dessen an der Vorderseite des Lageraußenkörpers (28) liegenden Wände (36) über Sollbruchstellen (37) mit dem übrigen Teil des Blechkäfigs (35) verbunden sind.
Lenksäule nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkwelle (2) unter einer vorgegebenen Axialkraft nach unten verformbar ist, wobei sie sich mit einem Widerlager (45) auf dem Lagerinnenkörper (27) abstützt, und dass der Lagerinnenkörper (27) unter Verformung eines Verformungskörpers axial nach unten aus dem Lageraußenkörper (28) heraus verschiebbar ist.
Lenksäule nach Ansprüchen 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Blechkäfig (35) den Lagerinnenkörper (27) in axialer Richtung formschlüssig im Lageraußenkörper (28) hält und ihn bei Überschreiten einer vorgegebenen Axialkraft unter Verformung des Blechkäfigs (35) freigibt.
Lenksäule nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkwelle (2) aus zwei gegen die Kraft einer Feder (39) teleskopartig gegeneinander verschiebbaren Lenkwellenabschnitten (2a, 2b) besteht, die drehfest miteinander verbunden sind.
Lenksäule nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerinnenkörper (27) eine zylindrische Hülse mit auf beiden gegenüberliegenden Seiten vorspringenden Umfangsabschnitten (46) ist.
Lenksäule nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Lageraußenkörper (28) an die Außenkontur des Lagerinnenkörpers (27) angepasst ist.