DE102006052356A1

DE102006052356A1 - Zwischenwelle im Lenkungsstrang eines Fahrzeuges

Info

Publication number: DE102006052356A1
Application number: DE200610052356
Authority: DE
Inventors: Peter Reintgen; Jürgen Siebeneick
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2006-11-07
Filing date: 2006-11-07
Publication date: 2008-05-08

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zwischenwelle (1) im Lenkungsstrang eines Fahrzeugs, insbesondere eines Personenkraftwagens, wobei die Zwischenwelle ein teleskopierbares Element (7) aufweist. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass die Zwischenwelle ein Crashelement (9) aufweist, das mit dem teleskopierbaren Element verbunden ist. Eine solche Zwischenwelle ist somit nicht nur teleskopierbar, sondern es können von dieser auch Kräfte bei einem Crash des Fahrzeugs aufgenommen werden, bei räumlicher Trennung dieser Funktionsteile.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zwischenwelle im Lenkungsstrang eines Fahrzeuges, insbesondere eines Personenkraftwagen, wobei die Zwischenwelle ein teleskopierbares Element aufweist.
Bei einer solchen aus der Praxis bekannten Zwischenwelle im Lenkungsstrang eines Fahrzeuges weist das teleskopierbare Element zwei teleskopierbare Rohre auf, wobei die Rohre mittels Kugelführungen, Kunststoffgleitern oder ähnlich verschieblich ineinander gelagert sind.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Zwischenwelle der eingangs genannten Art so weiter zu bilden, dass diese nicht nur teleskopierbar ist, sondern auch Kräfte bei einem Crash des Fahrzeugs, insbesondere einem Frontalaufprall, aufnehmen kann und dies bei räumlicher Trennung dieser Funktionsteile.
Gelöst wird die Aufgabe bei einer Zwischenwelle der eingangs genannten Art dadurch, dass sie ein Crashelement aufweist, das mit dem teleskopierbaren Element verbunden ist.
Dem teleskopierbaren Element kommt somit die Aufgabe zu, Längenänderungen der Zwischenwelle im Normalbetrieb des Fahrzeuges aufzunehmen, während das Crashelement im Crashfall zerstört wird und hiermit eine Längenreduzierung der Zwischenwelle im Bereich des Crashelements erfolgt.
Das teleskopierbare Element und das Crashelement sind somit funktional getrennt. Die beiden Elemente befinden sich insbesondere an den Enden der Zwischenwelle und es weist die Zwischenwelle einen verjüngten Mittelbereich auf. In diesem verjüngten Mittelbereich ergibt sich zusätzlicher Bauraum für die Pedalbewegungen.
Mittels des teleskopierbaren Elementes lässt sich insbesondere die Lenkradhöhe verstellen. Das teleskopierbare Element ist darüber hinaus geeignet, Schwingungen, die über den Vorderradträger mit Lenkgetriebe in die Zwischenwelle eingeleitet werden, auszugleichen.
Das teleskopierbare Element weist insbesondere zwei teleskopierbare Rohre auf, wobei die Rohre mittels Kugelführungen oder Kunststoffgleitern verschieblich ineinander gelagert sind. Das Außenrohr des teleskopierbaren Elements ist vorzugsweise lenkradseitig angeordnet.
Von Vorteil ist es, wenn das teleskopierbare Element lenkradseitig und das Crashelement lenkgetriebeseitig angeordnet ist. Das teleskopierbare Element ist somit im Bereich desjenigen Endes der Zwischenwelle angeordnet, in dem die Verstellung des Lenkrades erfolgt. Das Crashelement ist in demjenigen Bereich der Zwischenwelle angeordnet, in dem Crashkräfte in die Zwischenwelle eingeleitet werden.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass auch das Crashelement teleskopierbar ist. Im Unterschied zum vorstehend erörterten teleskopierbaren Element wird aber die Teleskopfunktion nur im Crashfall zur Verfügung gestellt.
Vorteilhaft weist das Crashelement ein Innenrohr und ein Außenrohr auf, wobei das Innenrohr in das Außenrohr gesteckt und die beiden Rohre mittels mindestens eines Abrissteils miteinander verbunden sind. Nur im Crashfall wird die Verbindung der Rohre zerstört. Die Verbindung der Rohre des Crashelements kann auf unterschiedliche Art und Weise gestaltet sein: Das Abrissteil besteht beispielsweise aus Kunststoff oder ist als elastisches Bauteil, insbesondere Gummiteil ausgebildet. Bei Verwendung eines Abrissteils aus Kunststoff ergibt sich im normalen Fahrzustand des Fahrzeuges eine starre Verbindung zwischen den beiden Rohren. Nur im Crashfall, bei Einleitung von den hohen Crashkräften, wird diese Verbindung zerstört, womit die Teleskopfunktion des Crashelements herbeigeführt wird. Ist das Abrissteil als elastisches Bauteil, insbesondere Gummiteil ausgebildet, kann dieses Bauteil im normalen Zustand Schwingungen, die über den Vorderradträger und das Lenkgetriebe in die Zwischenwelle eingeleitet werden, aufnehmen, so dass sie deutlich gedämpft werden und damit von der das Fahrzeug lenkenden Person nicht wahrgenommen werden. Im Crashfall treten so hohe Kräfte auf, dass das elastische Bauteil zerstört wird oder aber die Verbindung des elastischen Bauteils mit dem Innen- oder dem Außenrohr zerstört wird.
Der Crashbereich verfügt vorzugsweise über einen radialen Formschluss, um Lenkraddrehbewegungen auch nach dem Versagen des Crashelements zu übertragen. Diese Bewegungen müssen nicht spielfrei sein.
Es wird als besonders vorteilhaft erachtet, die beiden Rohre des Crashelements über eine grobe Schiebeverzahnung zu lagern und diese mit Kunststoff oder einem elastischen Material auszuspritzen. In diesem Fall erfüllen der Kunststoff und das elastische Bauteil gleichfalls die Funktion des Abrissteils mit den vorstehend erörterten Wirkungen.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Crashelement, insbesondere das eine oder die mehreren Abrissteile energieabsorbierend gestaltet sind. Durch diese Gestaltung des Crashelements, insbesondere der Abrissteile, die beispielsweise als Ring oder Steg mit definiertem Querschnitt ausgebildet sind, ferner durch die Anzahl der verwendeten Abrissteile lässt sich eine gezielte Energieabsorption bei der teleskopierbaren Zwischenwelle erreichen. Insbesondere dann, wenn das Fahrzeug einen isolierten Vorderachsträger aufweist, lässt sich eine optimal gestaltete Crashkurve erzielen.
Gemäß einer besonderen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Crashelement ein Innenrohr, ein Mittelrohr und ein Außenrohr aufweist, wobei das Innenrohr in das Mittelrohr und das Mittelrohr in das Außenrohr gesteckt ist, wobei entweder das Innenrohr und das Mittelrohr mittels mindestens eines Abrissteils, insbesondere eines aus Kunststoff bestehenden Abrissteils, miteinander verbunden sind, und das Mittelrohr und das Außenrohr mittels mindestens eines elastischen Bauteils, insbesondere eines Gummiteils miteinander verbunden sind, oder aber das Mittelrohr und das Außenrohr mittels mindestens eines Abrissteils, insbesondere eines aus Kunststoff bestehenden Abrissteils, miteinander verbunden sind und das Innenrohr und das Mittelrohr mittels mindestens eines elastischen Bauteils, insbesondere eines Gummiteils, miteinander verbunden sind. – Bei dieser Ausbildung erfolgt eine räumliche Trennung der Funktionen der elastischen Verbindung und der zerstörbaren Verbindung der Rohre des Crashelements. Abrissparameter, dargestellt durch die Kunststoffverbindung, und Schwingungsparameter, dargestellt durch die elastische Verbindung, lassen sich somit trennen, womit die Zwischenwelle gestaltungstechnisch optimiert werden kann. Bei dieser Ausführungsform werden somit Kräfte, hintereinander geschaltet, vom Außenrohr in das Mittelrohr und von dort ins Innenrohr geleitet. Im Unterschied zu der Integrierung des konzentrischen Isolationselementes bei der Ausführungsform, bei der das Crashelement nur das Innenrohr und das Außenrohr aufweist, ist somit durch die konzentrische Schachtelung von elastischem Isolationselement und zerstörbarem Crashelement eine nachhaltige Parameteroptimierung möglich.
Bei Verwendung von Kunststoff wird dieser zwischen die Rohre gespritzt, beispielsweise unmittelbar zwischen die Rohre oder aber es wird die grobe Schiebeverzahnung zwischen den Rohren mit Kunststoff ausgespritzt. Im Fall des elastischen Bauteils, insbesondere der Verwendung von Gummi, wird das elastische Bauteil vorzugsweise zwischen die Rohre vulkanisiert.
Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn das Innenrohr des teleskopierbaren Elements und das Innenrohr des Crashelements ein und dasselbe Rohr darstellen. Dieses Innenrohr ist somit zwischen den Außenrohren von teleskopierbarem Element und Crashelement angeordnet. Dies ist von besonderem Vorteil unter Packaging-Aspekten. Nicht nur die Baulänge der Zwischenwelle ist dadurch optimiert, sondern es weist die Zwischenwelle insbesondere im Bereich der Betätigungspedale des Fahrzeugs einen geringen Durchmesser auf, womit sich dort ein zusätzlicher Bauraum für die Pedalbewegungen ergibt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Zwischenwelle beidendig kardanisch gelagert.
Die Erfindung schlägt somit eine Zwischenwelle im Lenkungsstrang eines Fahrzeuges, insbesondere eines Personenkraftwagens vor, die aufgrund ihres teleskopierbaren Elements vom Lenker des Fahrzeugs einstellbar ist und überdies eine Crashfunktion besitzt. Der zentrale Bereich der Zwischenwelle ist unter Package-Gesichtspunkten optimiert. Das Crashelement kann darüber hinaus eine Isolationsfunktion durch Verwendung eines elastischen Bauteils aufweisen.
Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung der Figuren sowie den Figuren selbst dargestellt.
In den Figuren ist die Erfindung anhand zweier Ausführungsbeispiele dargestellt, ohne hierauf beschränkt zu sein. Es zeigt:
1 eine räumliche Ansicht der erfindungsgemäßen Zwischenwelle, die beidendig kardanisch gelagert ist, für eine erste Ausführungsform mit Abrissteil und elastischem Bauteil,
2 eine teilweise geschnittene Darstellung des das Crashelement aufweisenden Endes der in 1 dargestellten Zwischenwelle,
3 eine räumliche Ansicht einer modifizierte Ausführungsform der Zwischenwelle, die nur mit dem Abrissteil versehen ist.
Ausführungsform nach den 1 und 2:
Die Zwischenwelle 1 weist im Bereich ihrer beiden Enden Kardangelenke 2 und 3 auf, wobei das Kardangelenk 2 mit einem Anschlussstück 4 des Lenkgetriebes des Personenkraftwagen und das Kardangelenk 3 mit einem Anschlussstück 5 für eine Lenkstange verbunden ist, die das Lenkrad des Fahrzeuges aufnimmt. Mit der zwischenwellenseitigen Gabel 6 des Kardangelenks 3 ist das teleskopierbare Element 7, mit der Gabel 8 des Kardangelenks 2 das Crashelement 9 verbunden.
Das teleskopierbare Element 7 weist zwei teleskopierbare Rohre, nämlich ein Außenrohr 10 und ein konzentrisch hierzu angeordnetes Innenrohr 11 auf, wobei das Außenrohr 10 mit der Gabel 6 verbunden ist. Die beiden Rohre 10 und 11 sind mittels Kugelführungen oder Kunststoffgleitern verschieblich ineinander gelagert.
Das Crashelement 9 weist gleichfalls ein Innenrohr und ein Außenrohr auf. Das Innenrohr 11 des teleskopierbaren Elements 7 und das Innenrohr des Crashelements 9 stellen ein und dasselbe Rohr dar. Deshalb ist das Innenrohr des Crashelements 9 gleichfalls mit der Bezugsziffer 11 bezeichnet. Das konzentrisch zum Innenrohr 11 angeordnete Außenrohr des Crashelements 9 ist mit der Bezugsziffer 12 bezeichnet. Es ist mit der Gabel 8 verbunden. Zwischen dem Innenrohr 11 und dem Außenrohr 12 weist das Crashelement 9 ein konzentrisch zu diesem angeordnetes Mittelrohr 14 auf.
Zumindest in einem Teil des Überlappungsbereichs von Innenrohr 11 und Mittelrohr 14 sind diese beiden Rohre 11 und 14 mittels eines Abrissmechanismus 13 miteinander verbunden. Der Abrissmechanismus 13 ist durch mehrere stegförmige Abrissteile 17 gebildet, die die beiden Rohre 11 und 14 miteinander verbinden. Das jeweilige Abrissteil besteht beispielsweise aus Kunststoff, womit im Crashfall die starre Verbindung zwischen den beiden Rohren 11 und 14 zerstört wird. Der Querschnitt der Abrissteile 17 wird vorzugsweise so gestaltet, dass eine gezielte Energieabsorption im Crashfall stattfindet. Darüber hinaus verfügt der Crashbereich des Crashelements 9, somit das Crashelement 9 im Bereich der beiden Rohre 11 und 14 und auch im Bereich zwischen den beiden Rohren 12 und 14 über einen radialen Formschluss, um Lenkradbewegungen auch nach dem Versagen der die Rohre verbindenden Elemente zu gewährleisten. Diese Bewegungen müssen nicht spielfrei sein.
Zwischen dem Mittelrohr 14 und dem Außenrohr 12 ist eine Isolationsschicht angeordnet, die als elastisches Bauteil 15 ausgeführt ist und die Rohre 12 und 14 fest miteinander verbindet. Das elastische Bauteil 15, bei dem es sich insbesondere um ein Gummiteil handelt, dient der Optimierung der Zwischenwelle unter dem Aspekt des Schwingungsverhaltens. Im Crashfall wird nur die Verbindung zwischen dem Innenrohr 11 und dem Mittelrohr 14 zerstört, nicht aber die Verbindung zwischen dem Mittelrohr 14 und dem Außenrohr 12.
Bei dieser Ausführungsform ist somit das Außenrohr 12 mit der Gabel 8 des Kardangelenks 2 verbunden.
Ausführungsform nach der 3:
Diese unterscheidet sich von der Ausführungsform nach den 1 und 2 nur dadurch, dass, funktional betrachtet, das Crashelement 9 kein elastisches Bauteil 15 und kein Außenrohr 12 aufweist. Es ist vielmehr das Mittelrohr 14, das bei dieser Ausführungsform das Außenrohr darstellt, unmittelbar mit der Gabel 8 des Kardangelenks 2 verbunden. Bei der Ausführungsform nach der 3 weist das Crashelement 9 somit nur den zwischen dem Innenrohr 11 und dem Rohr 14 angeordneten Abrissmechanismus 13 auf. Grundsätzlich kann dieser Abrissmechanismus 13 aus Kunststoff bestehen, wie zur Ausführungsform nach den 1 und 2 beschrieben, oder als elastisches Bauteil, insbesondere Gummiteil gestaltet sein.
Bei beiden in den Figuren beschriebenen Ausführungsformen sind das teleskopierbare Element 7 und das Crashelement funktional getrennt an den Enden der Zwischenwelle 1 angeordnet und es weist die Zwischenwelle 1 einen verjüngten Mittelbereich 16 auf, womit sich in diesem Mittelbereich 16 zusätzlicher Bauraum für die Pedalbewegungen ergibt.

1: Zwischenwelle
2: Kardangelenk
3: Kardangelenk
4: Anschlussstück
5: Anschlussstück
6: Gabel
7: teleskopierbares Element
8: Gabel
9: Crashelement
10: Außenrohr
11: Innenrohr
12: Außenrohr
13: Abrissmechanismus
14: Mittelrohr
15: elastisches Bauteil
16: Mittelbereich
17: Abrissteil

Claims

Zwischenwelle (1) im Lenkungsstrang eines Fahrzeuges, insbesondere eines Personenkraftwagen, wobei die Zwischenwelle (1) ein teleskopierbares Element (7) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenwelle (1) ein Crashelement (9) aufweist, das mit dem teleskopierbaren Element (7) verbunden ist.
Zwischenwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das teleskopierbare Element (7) lenkradseitig und das Crashelement (9) lenkgetriebeseitig angeordnet ist.
Zwischenwelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das teleskopierbare Element (7) und das Crashelement (9) funktional getrennt an den Enden der Zwischenwelle (1) angeordnet sind und die Zwischenwelle (1) einen verjüngten Mittelbereich (16) aufweist.
Zwischenwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das teleskopierbare Element (7) zwei teleskopierbare Rohre (10, 11) aufweist, wobei die Rohre (10, 11) mittels Kugelführungen oder Kunststoffgleitern verschieblich ineinander gelagert sind.
Zwischenwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das teleskopierbare Element (7) ein Innenrohr (11) und ein Außenrohr (10) aufweist, wobei das Innenrohr (11) im Außenrohr (10) geführt verschieblich gelagert ist, sowie das Außenrohr (10) lenkradseitig angeordnet ist.
Zwischenwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Crashelement (9) teleskopierbar ist.
Zwischenwelle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Crashelement (9) ein Innenrohr (11) und ein Außenrohr (12) aufweist, wobei das Innenrohr (11) in das Außenrohr (12) gesteckt und die beiden Rohre (11, 12) mittels mindestens eines Abrissteils (17) miteinander verbunden sind.
Zwischenwelle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Crashelement (9) über einen radialen Formschluss zum Übertragen eine Lenkraddrehbewegung nach dem Versagen des Crashelements (9) verfügt.
Zwischenwelle nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Abrissteil (17) aus Kunststoff besteht oder als elastisches Bauteil, insbesondere Gummiteil ausgebildet ist.
Zwischenwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Crashelement (9) ein Innenrohr (11), ein Mittelrohr (14) und ein Außenrohr (12) aufweist, wobei das Innenrohr (11) in das Mittelrohr (14) und das Mittelrohr (14) in das Außenrohr (12) gesteckt ist, wobei entweder das Innenrohr (11) und das Mittelrohr (14) mittels mindestens eines Abrissteils (17), insbesondere eines aus Kunststoff bestehenden Abrissteils, miteinander verbunden sind und das Mittelrohr (14) und das Außenrohr (12) mittels mindestens eines elastischen Bauteils (15), insbesondere eines Gummiteils miteinander verbunden sind, oder aber das Mittelrohr (14) und das Außenrohr (12) mittels mindestens eines Abrissteils, insbesondere eines aus Kunststoff bestehenden Abrissteils miteinander verbunden sind und das Innenrohr (11) und das Mittelrohr (14) mittels mindestens eines elastischen Bauteils, insbesondere eines Gummiteils miteinander verbunden sind.
Zwischenwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Crashelement (9), insbesondere das eine oder die mehreren Abrissteile (17) energieabsorbierend gestaltet sind.
Zwischenwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenrohr (11) des teleskopierbaren Elements (7) und das Innenrohr (11) des Crashelements (9) ein und dasselbe Rohr (11) darstellen.
Zwischenwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass sie beidendig kardanisch gelagert ist.