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Die
Erfindung betrifft eine Lenksäulenanordnung
für Fahrzeuge,
gemäß Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Aus
der
DE 103 41 704
A1 geht eine Lenksäulenanordnung
der hier angesprochenen Art hervor, die eine Lenksäule aufweist,
welche über
einen Konsolenschlitten an einer fahrzeugfesten Konsole festgelegt
ist. Der Konsolenschlitten ist verschiebbar an der Konsole gelagert
und über
Befestigungsmittel so an der Konsole festgelegt, dass Konsolenschlitten und
Konsole im bestimmungsgemäßen Gebrauch nicht
relativ zueinander verschiebbar sind. Bei Überschreiten einer auf die
Lenksäulenanordnung
aufgebrachten Kraft, die beispielsweise durch einen Fahrzeuginsassen
im Falle eines Crashs auf die Lenksäulenanordnung aufgebracht wird,
lösen sich
die Befestigungsmittel, so dass ein Verschieben des Konsolenschlittens
relativ zur Konsole erfolgt. Mit dem Konsolenschlitten verschiebt
sich die Lenksäule,
so dass zusätzlicher
Raum für
den Insassen geschaffen wird. Die bekannte Lenksäule weist ferner Mittel auf,
welche während
des Verschiebens des Konsolenschlittens relativ zur Konsole ein
definiertes Maß an
Energie absorbieren. Die Energieabsorptionsmittel umfassen ein von
einem Draht- oder Blechstreifen gebildetes Energieabsorptionselement,
welches bei der Bewegung des Konsolenschlittens relativ gegenüber der
Konsole durch Absorption von Energie verformt wird.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, eine Lenksäulenanordnung der eingangs
genannten Art zu schaffen, die bei gleicher Funktionalität einen
kostengünstigeren
Aufbau ermöglicht.
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Zur
Lösung
der Aufgabe wird eine Lenksäulenanordnung
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Diese zeichnet
dadurch aus, dass die Energieabsorptionsmittel einstückig mit
der Konsole und/oder dem Konsolenschlitten ausgebildet sind. Im
Zusammenhang mit der hier vorliegenden Erfindung wird unter dem
Begriff "einstückig" verstanden, dass
die Energieabsorptionsmittel an der Konsole beziehungsweise an dem
Konsolenschlitten angeformt sind, was unmittelbar bei der Herstellung
der Konsole beziehungsweise des Konsolenschlittens erfolgen kann
oder aber auch in einem nachfolgenden Bearbeitungsschritt. Sofern
das die Energieabsorptionsmittel aufweisende Bauteil in einem Gießverfahren
hergestellt ist, können
die die Energieabsorptionsmittel bildenden Konturen bei der Herstellung
des Bauteils angeformt werden. Bei der anderen Ausführungsvariante
ist vorgesehen, dass nach der Herstellung des Grundkörpers der
Konsole beziehungsweise des Konsolenschlittens die Energieabsorptionsmittel
in einem nachfolgenden Bearbeitungsschritt an dem jeweiligen Bauteil
angeformt werden, beispielsweise durch das Einbringen von Prägungen oder
das Ausbilden und Ausstellen von Laschen oder dergleichen. Wichtig
ist, dass die Energieabsorptionsmittel kein separates, in einer
geeigneten Verbindungstechnik mit der Konsole bzw. dem Konsolenschlitten
zu verbindendes Bauteil sind. Die erfindungsgemäße Lenksäulenanordnung weist daher gegenüber der
bekannten Lenksäulenanordnung Kostenvorteile
auf.
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In
besonders bevorzugter Ausführungsform der
Lenksäulenanordnung
ist vorgesehen, dass zumindest die Konsole in einem Gießverfahren
hergestellt wird und die Energieabsorptionsmittel daran angeformt
sind. Die Konsole ist vorzugsweise aus einem metallenen Material,
insbesondere Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellt
und weist aufgrund auf ihrer Funktion als Träger- und Verbindungseinheit
für den
Konsolenschlitten mit der daran angeordneten Lenksäule einen
entsprechend massiveren Aufbau als der Konsolenschlitten auf, der
in einer vorteilhaften Ausführungsvariante
als Blechbauteil ausgebildet ist. Selbstverständlich ist es möglich, dass
die Energieabsorptionsmittel auch alternativ an dem Konsolenschlitten
ausgebildet sein können,
wobei dieser als Blechbauteil oder als in einem Gießverfahren
hergestelltes Gussteil ausgebildet sein kann. Bei einer dritten
Ausführungsvariante
ist vorgesehen, dass die Energieabsorptionsmittel sowohl an der Konsole
als auch dem Konsolenschlitten ausgebildet sind.
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Weiterhin
wird ein Ausführungsbeispiel
der Lenksäulenanordnung
bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass die Energieabsorptionsmittel
so ausgebildet sind, dass bei einer Verschiebung des Konsolenschlittens
relativ gegenüber
der Konsole eine Energieabsorption durch Verformungsarbeit oder
Abscherung erfolgt. Die Verformungsarbeit erfolgt durch Biegung
(Zug-Druck-Spannungen).
Die Abscherung erfolgt bei entsprechender Ausgestaltung der Energieabsorptionsstrukturen
durch Schubspannungen oder Zugspannungen.
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Beim
besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Lenksäulenanordnung
ist vorgesehen, dass die Energieabsorptionsmittel mehrere -in Verlagerungsrichtung
des Konsolenschlittens gesehen- hintereinander angeordnete Crashelemente
aufweist, die bei einer Verschiebung des Konsolenschlittens relativ
gegenüber
der Konsole nacheinander aktivierbar sind, das heißt, nacheinander
umgebogen oder abgeschert werden. Diese Crashelemente sind nicht
gesondert gefertigt, sondern Bestandteil vorzugsweise der Konsole
oder des Konsolenschlittens. Nach einer Weiterbildung ist vorgesehen,
dass in Verlagerungsrichtung des Konsolenschlittens gesehen, mehrere
nebeneinander angeordnete Reihen von Crashelementen vorgesehen sind.
Durch eine entsprechende Anordnung mehrerer Crashelementenreihen
und/oder Variation der Verformungsquerschnitte, insbesondere der
Dicke der Crashelemente sowie deren Abstände zueinander kann ein individuelles
Kraft-Weg-Profil der Energieabsorption vorbestimmt werden. Bei dieser
Ausführungsform
der als einzelne, voneinander beabstandet angeordnete Crashelemente
ausgebildeten Energieabsorptionsmittel weist die Energieabsorptionskraft
im Crashfall einen unstetigen, insbesondere welligen Verlauf auf.
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Bei
einem anderen Ausführungsbeispiel
der Lenksäulenanordnung
weisen die Energieabsorptionsmittel mindestens ein, sich zumindest über einen Teil
der Bewegungsbahn des Konsolenschlittens erstreckendes, längliches
Crashelement auf. Dieses kann leistenförmig ausgebildet sein und wird
bei einer Relativbewegung des Konsolenschlittens gegenüber der
Konsole vorzugsweise abgeschert. Die leistenförmige Ausgestaltung des Crashelements
weist den Vorteil auf, dass ein Verlauf der Energieabsorptionskraft
vorgegeben werden kann, welcher keine Sprünge oder Wellen aufweist. Auch
hier kann durch eine Variation des Abscherquerschnitts, welcher
entweder über
die Länge
des Crashelements konstant ist, aber auch unterschiedlich sein kann,
ein individuelles Kraft-Weg-Profil
vorgegeben werden.
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Nach
einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass mehrere längliche
Crashelemente vorgesehen sind, welche -in Verlagerungsrichtung des
Konsolenschlittens gesehennebeneinander angeordnet sind. Dabei können die
länglichen
Crashelemente, welche einen geraden oder gekrümmten Verlauf aufweisen, parallel
zueinander angeordnet sein. Bevorzugt ist jedoch eine Anordnung
der länglichen
Crashelemente schräg
zur Verlagerungsrichtung des Konsolenschlittens, die eine definierte
Abscherung gewährleistet
und eine gezielte Deformierung des bereits abgescherten Abschnitts
des beziehungsweise der Crashelemente ermöglicht.
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Weitere
vorteilhafte Ausführungsbeispiele der
Lenksäulenanordnung
ergeben sich aus Kombinationen der in den Unteransprüchen, der
Beschreibung sowie in den Zeichnungen offenbarten Merkmale.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es
zeigen:
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1A bis 1C jeweils
eine Ansicht eines Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Lenksäulenanordnung
mit Energieabsorptionsmitteln gemäß einer ersten Ausführungsvariante,
in stark schematisierter Darstellung;
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2A bis 2C jeweils
eine Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels
der Lenksäulenanordnung
mit Energieabsorptionsmittels gemäß einer zweiten Ausführungsvariante,
in stark schematisierter Darstellung und
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3A bis 3C jeweils
eine Ansicht eines dritten Ausführungsbeispiels
der Lenksäulenanordnung
mit Energieabsorptionsmitteln gemäß einer dritten Ausführungsvariante,
in stark schematisierter Darstellung.
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Die
erfindungsgemäße Lenksäulenanordnung 1 weist
unabhängig
von der Ausführungsform ihrer
Energieabsorptionsmittel jeweils eine Konsole 3 mit einem
Konsolenschlitten 5 auf. Die Konsole 3 ist mittels
geeigneter Befestigungsmittel fahrzeugfest angeordnet, das heißt an einer
Karosserietragstruktur direkt oder indirekt befestigt. An der Konsole 3 ist der
Konsolenschlitten 5 verschiebbar gelagert, was mittels
einer geeigneten Führungseinrichtung,
insbesondere Linearführung,
realisiert ist. An dem Konsolenschlitten 5 ist eine in
den Figuren nicht dargestellte Lenksäule, welche teleskopierbar/zusammenschiebbar
ausgebildet sein kann, befestigt. Der Konsolenschlitten 5 selbst
ist mittels geeigneter Befestigungsmittel, insbesondere Klemmmittel,
mit der Konsole 3 verbunden.
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Wenn
im Crashfall eine Kraft über
ein drehfest mit der Lenksäule
gekoppeltes Lenkrad in den Konsolenschlitten 5 eingeleitet
wird und die Kraft ein vorbestimmtes Maß überschreitet, löst sich
die Verbindung zwischen Konsolenschlitten 5 und Konsole 3,
so dass sich der Konsolenschlitten 5 relativ zur Konsole 3 verschiebt.
Während
der Verschiebung wird die Energie des Crashs in einem definierten
Maß durch
nachfolgend anhand der 1A bis 3C beschriebene
Energieabsorptionsmittel abgebaut. Da die Lenksäule an dem Konsolenschlitten 5 befestigt
ist, macht sie die Bewegung mit und es entsteht zusätzlicher
Raum im Fahrzeuginnenraum. Wie im Folgenden noch näher beschrieben,
sind Konsole 3 und Konsolenschlitten 5 so ausgeführt, dass
beim einem Frontalaufprall des Kraftfahrzeugs auf ein Hindernis
der Konsolenschlitten 5, nachdem die Verbindung zwischen
Konsolenschlitten 5 und Konsole 3 gelöst wurde
beziehungsweise sich gelöst
hat, eine definierte Bewegung relativ zur Konsole 3 durchführen kann.
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1A bis 1C zeigen
jeweils einen Ausschnitt der Lenksäulenanordnung 1 in
verschiedenen Ansichten. Die Darstellung ist aus Vereinfachungsgründen stark
schematisiert. Dabei zeigt 1A eine Draufsicht
auf eine Bewegungsbahn, welche der schematisch lediglich als Platte
dargestellte Konsolenschlitten 5 im Crashfall durchläuft. Die
Verlagerungsrichtung 7 des Konsolenschlittens 5 im
Crashfall erfolgt gemäß der Darstellung
der 1A von links nach rechts, wie mit einem Pfeil
angedeutet. Zu erkennen ist noch eine schienenähnliche Führungselemente 9 und 11 umfassende
Führungseinrichtung 13 für den Konsolenschlitten 5,
welche im Crashfall eine definierte, vorgegebene lineare Bewegung
des Konsolenschlittens 5 sicherstellt.
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Die
Lenksäulenanordnung 1 umfasst
Energieabsorptionsmittel, welche einstückig mit der vorzugsweise aus
Aluminium oder eine Aluminiumlegierung in einem Gießverfahren
hergestellten Konsole 3 einstückig ausgebildet, das heißt also
daran angeformt sind. Die Energieabsorptionsmittel sind von einer
Anzahl Crashelementen 15A und 15B gebildet, welche
in die Bewegungsbahn des Konsolenschlittens 5 hineinragen.
Die Crashelemente 15A und 15B sind – in Verlagerungsrichtung 7 des
Konsolenschlittens 5 gesehen – jeweils in Reihe angeordnet, wobei die
jeweiligen Crashelemente innerhalb einer Reihe einen Abstand zueinander
aufweisen. Wie aus 1B ersichtlich, die eine Schnittdarstellung
durch die Lenksäulenanordnung
gemäß 1A entlang der
Schnittlinie A-A zeigt, sind die Crashelemente 15A, welche
vorzugsweise identisch mit den Crashelemente 15B ausgebildet
sind, stiftförmig
ausgeführt und
stehen über
eine dem Konsolenschlitten 5 zugewandte Flachseite 17 domartig,
das heißt,
im Wesentlichen senkrecht hervor.
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In
den 1A und 1B ist
der Konsolenschlitten 5 im normalen Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs
dargestellt, in welcher er mittels geeigneter Halteelemente an der
Konsole 3 fixiert ist. Wie vorstehend beschrieben, wird
im Crashfall diese Fixierung aufgehoben, so dass der Konsolenschlitten 5 durch
die in Verlagerungsrichtung 7 auf die Lenksäule wirkende
Crashkraft verschoben.
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In 1C ist
der Konsolenschlitten 5 in einer Position dargestellt,
in der er seine durch die Führungseinrichtung 13 vorgegebene
lineare Bewegungsbahn durchlaufen hat. Zu erkennen ist, dass der
Konsolenschlitten 5 die zuvor senkrecht von der Flachseite 17 der
Konsole 3 abstehenden, in die Bewegungsbahn des Konsolenschlittens 5 hineinragenden
Crashelemente 15A, 15B umgebogen hat, wobei in
Folge dieser Verformungsarbeit Crashenergie absorbiert wurde. Zu
erkennen ist ferner, dass bei diesem Ausführungsbeispiel der Konsolenschlitten 5 beziehungsweise
dessen im Crashfall mit den Crashelementen 15 zusammenwirkende
Teil in seiner in Verlagerungsrichtung 7 gemessenen Länge so bemessen
ist, dass er mehrere der Crashelemente 15 überdeckt,
so dass zumindest über
einen gewissen Abschnitt der Bewegungsbahn des Konsolenschlittens 5 die
absorbierte Energie sich aus Verformungsarbeit und den Reibungskräften, welche
die bereits umgebogenen Crashelemente aufgrund ihrer materialbedingten
elastischen Rückstellkräfte kontaktieren,
zusammensetzt.
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Bei
diesem Ausführungsbeispiel
kontaktiert der Konsolenschlitten 5 die Crashelemente unmittelbar
mit einer quer zur Verlagerungsrichtung 7 verlaufende Stirnwand.
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Die
Crashelemente 15 können
jeweils identisch ausgebildet sein oder aber einer unterschiedliche
Dicke und/oder Querschnittsform aufweisen. Dabei kann die konkrete
Ausgestaltung der Crashelemente in Abhängigkeit eines gewünschten
Profils der Energieabsorption über
den Verlagerungsweg des Konsolenschlittens 5 vorgenommen
werden.
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2A bis 2C zeigen
jeweils eine Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der Lenksäulenanordnung 1 in
stark schematisierter Darstellung. Gleiche Teile sind mit gleichen
Bezugszeichen versehen, so dass insofern auf die Beschreibung zu den
vorangegangenen Figuren verwiesen wird. Im Folgenden wird lediglich
auf die Unterschiede näher eingegangen.
Die Energieabsorptionsmittel umfassen hier längliche, gerade verlaufende
Crashelemente 19A und 19B, welche ebenfalls an
der Konsole 3 ausgebildet sind und über deren Flachseite 17 in
die Bewegungsbahn des Konsolenschlittens 5 hineinragen.
Die von Stegen gebildeten, leistenförmigen Crashelemente 19A, 19B verlaufen
schräg
zur Verlagerungsrichtung 7 des Konsolenschlittens 5,
wie aus 2A ersichtlich. Die Anordnung
der Crashelemente 19A, 19B ist so gewählt, dass
diese in Verlagerungsrichtung 7 des Konsolenschlittens 5 einen
divergierenden Verlauf aufweisen, das heißt, deren Abstand zueinander
entlang des Verlagerungsweges des Konsolenschlittens 5 wird
zunehmend größer. Die
Crashelemente 19 sind so ausgebildet, dass sie im Crashfall
durch eine Verlagerung des Konsolenschlittens 5 relativ
gegenüber
der Konsole 3 abgeschert werden.
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In
den 2A und 2B ist
der Konsolenschlitten 5 im normalen Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs
dargestellt, in welcher er mittels geeigneter Halteelemente an der
Konsole 3 fixiert ist. Dabei zeigt 2B eine
Schnittdarstellung der Lenksäulenanordnung 1 entlang
der in 2A gekennzeichneten Schnittlinie
A-A.
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In 2C ist
der Konsolenschlitten 5 in einer Position dargestellt,
in der er nach Auflösung
der Fixierung mit der Konsole 3 entlang seiner durch die Führungseinrichtung 13 vorgegebene
Bewegungsbahn um eine gewisse Strecke bereits verschoben ist. Dabei
hat der Konsolenschlitten 5 die Crashelemente 19A, 19B bereits
teilweise von der Konsole 3 abgeschert, wobei die abgescherten
Abschnitte der Crashelemente 19A, 19B durch den
Konsolenschlitten 5 in den Freiraum zwischen den Crashelementen 19A und 19B gedrängt wurden.
Die abgescherten Abschnitte der Crashelemente 19A, 19B krümmen sich
material- und kraftbeaufschlagungsbedingt spiralförmig zusammen.
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Dass
die Crashelemente 19A, 19B bei einer Verlagerung
des Konsolenschlittens 5 definiert von der Konsole 3 abgeschert
werden, wodurch Energie absorbiert wird, ist insbesondere durch
den schrägen Verlauf
der leistenförmigen
Crashelemente 19 zur Bewegungsbahn des Konsolenschlittens 5 erreicht.
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3A bis 3C zeigen
jeweils eine Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der Lenksäulenanordnung 1.
Teile, die bereits anhand der vorangegangenen Figuren beschriebe
sind, wurden mit gleichen Bezugszeichen versehen, so dass insofern auf
die Beschreibung zu den 1A bis 2C verwiesen
wird.
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Die
Energieabsorptionsmittel umfassen hier leistenförmige Crashelemente 21,
welche innerhalb einer in der Flachseite 17 der Konsole 3 vorgesehenen Öffnung 23 ausgebildet
sind. Die Crashelemente 21 stehen nicht über die
dem Konsolenschlitten zugewandte Flachseite 17 der Konsole 3 hinaus,
so dass zur Aktivierung dieser Crashelemente 21 der Konsolenschlitten 5 mit
einem Prallelement 25 versehen ist, der in die Öffnung 23 hineinragt,
wie aus 3B ersichtlich. Bei einer Verlagerung
des Konsolenschlittens 5 im Crashfall in Verlagerungsrichtung 7 werden
durch den Konsolenschlitten 5 beziehungsweise dem daran
angebrachten Prallelement 25 die im Wesentlichen quer zur
Bewegungsbahn des Konsolenschlittens 5 angeordneten Crashelemente 21 durchtrennt,
wodurch Energie absorbiert wird. Zur Feinabstimmung des Kraftverlaufs
der Energieabsorption entlang der Bewegungsbahn des Konsolenschlittens 5 können diese
Crashelemente 21, wie auch die anhand der 2a bis 2C beschriebenen
Crashelemente 19A und 19B, mit einer Schwächung versehen
sein. Diese Schwächung
ist beispielsweise dadurch realisierbar, dass die Crashelemente 21 mit
einer Sollbruchstelle versehen. Denkbar ist auch, die Crashelemente
an einer definierten Stelle mit einem verringerten Querschnitt,
also einer Materialverjüngung
bzw. -einschnürung
zu versehen.
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Die
in den 3A bis 3C dargestellten Crashelemente 21 sind
so angeordnet und ausgebildet, dass sie eine Gitterstruktur bilden.
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Allen
Ausführungsvarianten
der erfindungsgemäßen Lenksäulenanordnung 1 ist
gemeinsam, dass die Energieabsorptionsmittel einstückig mit
der Konsole 3 oder alternativ mit dem Konsolenschlitten 5 ausgebildet
sind. Die Anzahl der Crashelemente, deren Anordnung zueinander und
auch relativ gegenüber
dem Konsolenschlitten 5 sowie deren Abmessungen und gegebenenfalls
daran vorgesehene Schwächungen
können
so gewählt
sein, dass ein gewünschter
Kraft-/Energieabsorptionsverlauf während der Verlagerung des Konsolenschlittens 5 im
Crashfall erreicht wird. Die vorstehend genannten konstruktiven
Vorgaben für
die Crashelemente werden vorzugsweise experimentell oder empirisch
ermittelt.