DE102007052257A1

DE102007052257A1 - Mantelrohr für eine längsverstellbare Lenksäule eines Kraftwagens

Info

Publication number: DE102007052257A1
Application number: DE200710052257
Authority: DE
Inventors: Philip Dipl.-Ing. Bockshammer; Karsten Dipl.-Ing. Braeuer (Fh); Fred Dipl.-Ing. Eggers; Holger Dipl.-Ing. Kittler; Hans Dipl.-Ing. Klümper; Carsten Dipl.-Ing. Saß; Christian Dipl.-Ing. Spielmannleitner
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Bockshammer Philip Dipl-Ing De; Braeuer Karsten Dipl-Ing (fh) De; Kittler Holger Dipl-Ing De; Kluemper Hans Dipl-Ing De; Sass Carsten Dipl-Ing De; Schwichtenberg Anke De; Spielmannleitner Christian Dipl-Ing De
Priority date: 2007-11-02
Filing date: 2007-11-02
Publication date: 2008-05-21

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Mantelrohr für eine längsverstellbare Lenksäule eines Kraftwagens, mit wenigstens zwei teleskopisch angeordneten Rohrteilen (12, 14), welche bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung relativ zueinander bewegbar sind, und mit zwischen dem Außenumfang (20) des inneren Rohrteils (14) und dem Innenumfang (16) des äußeren Rohrteils (12) angeordneten Energieabsorptionsmitteln (18, 22, 26, 28, 30, 32), mittels welchen eine Unfallkraft bei der unfallbedingten Relativbewegung der Rohrteile (12, 14) absorbierbar ist, wobei die Energieabsorptionsmittel als vom Außenumfang (20) des inneren Rohrteils (14) und/oder vom Innenumfang (16) des äußeren Rohrteils (12) abstehende Erhebungen (18) ausgebildet sind, welche mit wenigstens einer in den Außenumfang (20) des inneren Rohrteils (14) und/oder den Innenumfang (16) des äußeren Rohrteils (12) eingebrachten Vertiefung (22, 26, 28, 30, 33) kommunizieren.

Description

Die Erfindung betrifft ein Mantelrohr für eine längsverstellbare Lenksäule eines Kraftwagens, gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ein solches Mantelrohr ist beispielsweise bereits aus der DE 41 01 972 A1 als bekannt zu entnehmen, bei welchem zwei teleskopisch angeordnete Rohrteile bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung relativ zueinander bewegbar sind. Zwischen den beiden Rohrteilen sind dabei eine Mehrzahl von Wälzkörpern angeordnet, welche innerhalb eines Käfigs angeordnet sind. Im Bereich der gegenseitigen Überdeckung weist dabei wenigstens eines der beiden teleskopisch ineinander schiebbaren Bauteile im Bereich seiner Überdeckung mit den Wälzkörpern einen über den gegenseitigen Verstellweg der beiden Rohrteile hin variierenden Verformungswiderstand auf, um somit im Bereich von gegebenenfalls behindernden Anbauten der Lenksäule einen in etwa gleich bleibenden Verformungswiderstand zu erreichen.
Aus der DE 198 33 421 C2 ist darüber hinaus eine Sicherheitslenksäule als bekannt zu entnehmen, bei welcher ein Rohrteil des Mantelrohrs gezielt mit Materialschwächungen beziehungsweise Energieabsorptionsmitteln versehen ist, welche zwischen dem Außenumfang des inneren Rohrteils und dem Innenumfang des äußeren Rohrteils angeordnet sind.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Mantelrohr der eingangs genannten Art zu schaffen, mittels welchem auf einfache Weise ein besonders günstiger Kraftverlauf bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung erreicht werden kann.
Zur Lösung der Aufgabe wird ein Mantelrohr mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Patentansprüchen angegeben.
Um ein Mantelrohr zu schaffen, welches besonders einfach herstellbar ist und mittels welchem darüber hinaus ein besonders günstiger Kraftverlauf bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung zu realisieren ist, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass zwischen den beiden relativ zueinander bewegbaren teleskopischen Rohrteilen Energieabsorptionsmittel vorgesehen sind, welche als vom Außenumfang des inneren Rohrteils und/oder vom Innenumfang des äußeren Rohrteils abstehende Erhebungen ausgebildet sind, welche mit wenigstens einer in den Außenumfang des inneren Rohrteils und/oder den Innenumfang des äußeren Rohrteils vorgesehenen Vertiefung zusammenwirken. Mit anderen Worten sind somit jeweils miteinander zusammenwirkende Energieabsorptionsmittel auf Seiten des Außenumfangs des inneren Rohrteils beziehungsweise auf Seiten des Innenumfangs des äußeren Rohrteils vorgesehen, welche entsprechend miteinander kommunizieren. Der Vorteil solcher Energieabsorptionsmittel besteht dabei darin, dass diese unmittelbar in das jeweilige Rohrteil integriert sein können, so dass keine zusätzlichen Bauteile wie beispielsweise Käfige und Wälzkörper oder dergleichen erforderlich sind. Vielmehr können die miteinander korrespondierenden Energieabsorptionsmittel – die Erhebungen und die Vertiefungen – auf einfache Weise am Außenumfang des inneren Rohrteils und/oder am Innenumfang des äußeren Rohrteils eingebracht sein.
Durch die derart ausgestalteten Energieabsorptionsmittel ist es somit auf einfache Weise möglich, auch einen gestuften Kraftverlauf beziehungsweise eine gestufte Energieabsorption bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung und Relativbewegung der beiden Rohrteile zueinander zu erreichen, indem die Erhebungen beziehungsweise Vertiefungen entsprechend gestaltet werden. Beispielsweise kann durch die entsprechend angepasste Höhe der Erhebungen beziehungsweise Tiefe der Vertiefungen somit auf einfache Weise eine Grash- und Losbrechkraft über die jeweiligen Materialkennwerte und Geometrien eingestellt werden, um eine gezielte Relativbewegung der beiden Rohrteile des Mantelrohrs ab einer bestimmten Höhe einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung zu erreichen. Durch die derart gestalteten Energieabsorptionsmittel kann dabei die Streuung der Losbrechkraft in engen Grenzen gehalten werden, so dass ein Mantelrohr mit hoher Reproduzierbarkeit geschaffen ist. Durch die entsprechende Ausgestaltung der Erhebungen beziehungsweise Vertiefungen ist es darüber hinaus möglich, eine Vielzahl verschiedener Crashwege beziehungsweise Kraftverläufe bei einer entsprechenden unfallbedingten Kraftbeaufschlagung der beiden Rohrteile des Mantelrohrs zu realisieren. So ist es beispielsweise je nach Ausgestaltung der Erhebungen und Vertiefungen möglich, den Kraftverlauf bei der Bewegung der beiden Rohrteile zueinander in Stufen zu gestalten, wobei die Kraft beziehungsweise die absorbierte Energie entsprechend in Stufen ansteigen oder absinken kann.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die jeweils am Außenumfang des inneren Rohrteils und/oder am Innenumfang des äußeren Rohrteils vorgesehen Vertiefung radial umlaufend, insbesondere als Nut, oder aber sich axial erstreckend, ebenfalls insbesondere als Nut, ausgebildet sein. Durch die radiale oder axiale Ausbildung der jeweiligen Nut kann somit auf einfache Weise ein entsprechender Kraftverlauf der unfallbedingten Relativbewegung der beiden Rohrteile zueinander eingestellt werden.
Schließlich hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn die vom Außenumfang des inneren Rohrteils und/oder vom Innenumfang des äußeren Rohrteils abstehenden Erhebungen als lokale plastische Verformungen, insbesondere als Einprägungen, Einstanzungen, Eindrückungen oder dergleichen ausgebildet sind. Auf solche Weise gestaltete plastische Verformungen beziehungsweise Erhebungen sind äußerst kostengünstig und genau realisierbar.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von fünf bevorzugten Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigt:
1 eine schematische perspektivische Darstellung eines Mantelrohrs für eine längsverstellbare Lenksäule eines Kraftwagens, mit wenigstens zwei teleskopisch zueinander angeordneten Rohrteilen, welche bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung relativ zueinander bewegbar sind, wobei Energieabsorptionsmittel in Form von vom Innenumfang des äußeren Rohrteils nach innen abstehende Erhebungen vorgesehen sind, welche bei einer unfallbedingten Relativbewegung der Rohrteile mit einer in den Außenumfang des inneren Rohrteils eingebrachten Vertiefung in Form einer radial umlaufenden Nut zusammenwirken, um hierdurch eine Unfallkraft bei der unfallbedingten Relativbewegung der Rohrteile zu absorbieren;
2 eine schematische perspektivische Darstellung des Mantelrohrs mit den beiden Rohrteilen analog zu 1, wobei vorliegend in den Außenumfang des inneren Rohrteils zwei hintereinander angeordnete Vertiefungen in Form von radial umlaufenden Nuten vorgesehen sind;
3 eine schematische perspektivische Darstellung des Mantelrohrs mit den beiden Rohrteilen analog zu den Ausführungsformen gemäß den 1 und 2, wobei die vom Innenumfang des äußeren Rohrteils nach innen hin abstehenden Erhebungen mit jeweils korrespondierenden, in den Außenumfang des inneren Rohrteils angebrachten Vertiefungen kommunizieren, welche als sich in Axialrichtung des Mantelrohrs bzw. des jeweiligen Rohrteils erstreckende Nuten ausgebildet sind;
4 eine schematische perspektivische Darstellung des Mantelrohrs mit den beiden Rohrteilen analog zu den Ausführungsformen gemäß den 1 bis 3, wobei vorliegend die sich in Axialrichtung des inneren Rohrteils erstreckenden Nuten kürzer ausgebildet sind als bei der Ausführungsform gemäß 3; und in
5 eine weitere schematische Perspektivansicht auf das Mantelrohr mit den beiden Rohrteilen analog zu den Ausführungsformen gemäß den 1 bis 4, wobei in den Außenumfang des inneren Rohrteils vorliegend zwei radial umlaufende Vertiefungen bzw. Nuten eingebracht sind, welche mit den vom Innenumfang des äußeren Rohrteils nach innen abstehenden Erhebungen bei einer unfallbedingten Relativbewegung der beiden Rohrteile zueinander zusammenwirken.
In den 1 bis 5 ist jeweils in einer schematischen Perspektivansicht ein Mantelrohr 10 für eine längsverstellbare Lenksäule eines Kraftwagens dargestellt, welches jeweils zwei teleskopisch zueinander angeordnete Rohrteile, ein äußeres Rohrteil 12 und ein inneres Rohrteil 14, umfasst. Eine innerhalb und koaxial des Mantelrohrs 10 beziehungsweise der Rohrteile 12, 14 verlaufende Lenkspindel der längsverstellbaren Lenksäule, welche mechanisch oder elektrisch verstellt werden kann, ist in den 1 bis 5 nicht dargestellt.
Allen fünf Ausführungsformen ist es vorliegend gemeinsam, dass am Innenumfang 16 des äußeren Rohrteils 12 eine Mehrzahl von Erhebungen 18 vorgesehen sind, welche in Richtung des inneren Rohrteils 14 abstehen. Die Erhebungen 18 sind vorliegend als lokale plastische Verformungen, insbesondere als Einprägungen, Einstanzungen, Eindrückungen oder dergleichen ausgebildet. Demzufolge sind die Erhebungen 18 in den 1 bis 5 auch von der Außenseite bzw. vom Außenumfang des äußeren Rohrteils 12 her erkennbar.
Im Unterschied zum äußeren Rohrteil 12, sind die inneren Rohrteile 14 in den Ausführungsformen gemäß den 1 bis 5 jeweils unterschiedlich gestaltet. Als Grundgedanke ist es jedoch allen inneren Rohrteilen 14 vorliegend gemeinsam, dass diese jeweils wenigstens eine, im Weiteren noch näher erläuterte Vertiefung aufweisen, welche in den Außenumfang 20 des jeweiligen inneren Rohrteils 14 eingebracht ist.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß 1 wird die in den Außenumfang 20 des inneren Rohrteils eingebrachte Vertiefung durch eine Nut 22 gebildet, welche radial umlaufend ausgebildet ist. Auf der dem äußeren Rohrteil 12 abgewandten Seite schließt sich an diese Nut 22 ein Bereich 24 des inneren Rohrteils 14 an, welcher einen gegenüber der Nut 22 vergrößerten Radius bzw. Querschnitt aufweist.
Von der Ausführungsform gemäß 1 unterscheidet sich das innere Rohrteil 14 gemäß 2 dadurch, dass am Außenumfang 20 des inneren Rohrteils 14 eine weitere Nut 26 eingebracht ist, welche jedoch gegenüber der Nut 22 einen leicht vergrößerten Radius bzw. Querschnitt aufweist. An die Nut 26 schließen sich dann wiederum die Nut 22 und der Bereich 24 an, welche bereits im Zusammenhang mit 1 erläutert worden sind. Allerdings weisen die Nut 22 und der Bereich 24 eine etwas unterschiedliche Breite auf.
Die vom Innenumfang 16 des äußeren Rohrteils 12 abstehenden Erhebungen 18 bilden damit mit den in den Außenumfang 20 des inneren Rohrteils 14 eingebrachten jeweiligen Nuten 22 bzw. 26 entsprechende Energieabsorptionsmittel, welche herangezogen werden können, um bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung des Mantelrohrs und einer damit einhergehenden Relativbewegung der beiden Rohrteile 12, 14 zueinander eine entsprechende Unfallkraft zu absorbieren. Insbesondere ist es durch das Zusammenwirken der Erhebungen 18 und Vertiefungen (Nuten 22, 26) möglich, einen entsprechend erwünschten gestuften bzw. stufigen Kraftverlauf zu erreichen. Wie aus 1 und 2 erkennbar ist, wird dieser Kraftverlauf, welcher auch das Energieabsorptionsvermögen an Unfallkraft bestimmt, im Wesentlichen durch den Radius bzw. Querschnitt der aufeinander folgenden Nuten 22 bzw. 26 und des Bereichs 24 beeinflusst. Mit anderen Worten ist durch die Nuten 22, 26 ein gestufter wegabhängiger Kraftverlauf darstellbar, wenn sich die beiden Rohrteile 12, 14 relativ zueinander bewegen. Je nachdem, in welcher Weise dabei die Nuten 22, 26 und der Bereich 24 angeordnet sind, kann der Kraftverlauf im Verlauf der Relativbewegung der beiden Rohrteile 12, 14 ansteigen oder absinken. Somit ist eine auf die Fahrzeuganforderungen anpassbare gestufte Energieabsorption vorliegend möglich. Ein weiterer Vorteil ist es, dass hierdurch die Crash- und Losbrechkräfte über die entsprechenden Materialkennwerte der Rohrteile 12, 14 und deren Geometrie eingestellt werden kann. Geometrisch wird dabei der Kraftverlauf insbesondere durch die Geometrie der Erhebungen 18 bzw. der Nuten 22 und 26 bestimmt.
Die Ausführungsform gemäß 3 unterscheidet sich von denjenigen gemäß den 1 und 2 insbesondere dadurch, dass vorliegend in den Außenumfang 20 des inneren Rohrteils 14 eine Mehrzahl von Nuten 28 als Vertiefungen eingebracht sind, welche sich in Axialrichtung des inneren Rohrteils 14 bzw. des Mantelrohrs insgesamt erstrecken. An die Nuten 28 schließt sich dann wiederum der Bereich 24 an, welcher bereits im Zusammenhang mit den 1 und 2 beschrieben worden ist und welcher den Durchmesser des inneren Rohrteils 14 angibt. Aus 3 ist darüber hinaus erkennbar, dass die Erhebungen 18 so in das äußere Rohrteil 12 eingebracht sind, dass diese in Überdeckung mit den Nuten 28 liegen, wenn die Rohrteile 14, 16 gegeneinander verschoben werden. Gegebenenfalls können die Nuten 28 dann auch als Führungen für die Erhebungen 18 bzw. das äußere Rohrteil 12 dienen. Es ist klar, dass sich hierdurch wiederum bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung des Mantelrohrs ein gestufter Kraftverlauf realisieren lässt, beispielsweise wenn die Erhebungen 18 das hintere, an den Bereich 24 angrenzende Ende der Nuten 28 erreichen.
Bei der Ausführungsform gemäß 4 unterscheiden sich die Nuten 28 von denjenigen gemäß der Ausführungsform in 3 dadurch, dass diese etwas kürzer ausgebildet sind. Somit ist in 4 auch das jeweils vordere, dem äußeren Rohrteil 12 zugewandte Ende der jeweiligen Nut 28 erkennbar. In einer ersten Phase der unfallbedingten Kraftbeaufschlagung ergibt sich somit noch ein Kraftverlauf mit einer erhöhten Kraft, welche in dem Moment abfällt, wenn die Erhebungen 18 die Nuten 28 erreichen und welche in dem Moment wieder ansteigt, wenn die Erhebungen 18 die Nuten 28 verlassen.
Schließlich zeigt 5 eine Ausführungsform des inneren Rohrteils 14, welche ähnlich zu derjenigen gemäß 2 ist. Wiederum sind zwei aneinander angrenzende Vertiefungen in Form von radial umlaufenden Nuten 30, 32 vorgesehen, an welche sich der Bereich 24 analog zu den 1 und 2 anschließt. Allerdings weisen vorliegend die Nuten 30, 32 einen jeweils anderen Querschnitt auf, insbesondere bei der Ausführungsform gemäß 2, so dass sich wiederum ein entsprechend anderer Kraftverlauf bei der Relativbewegung der beiden Rohrteile 12, 14 zueinander ergibt.
Insgesamt ist somit aus den Ausführungsformen erkennbar, dass aufgrund der radial umlaufenden Nuten 22, 26, 30, 32 bzw. der in Axialrichtung des Mantelrohrs 10 verlaufenden Nuten 28 das Energieabsorptionsvermögen bzw. der Kraftverlauf bei der Relativbewegung der beiden Rohrteile 12, 14 des Mantelrohrs 10 entsprechend beeinflusst werden kann.
Es ist klar, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die gezeigten Ausführungen der Vertiefungen bzw. Erhebungen beschränkt ist. Vielmehr wären auch andersartige Kombinationen von Vertiefungen und Erhebungen denkbar. Insbesondere wäre es auch denkbar, die vorliegend am Innenumfang 16 des äußeren Rohrteils 12 vorgesehenen Erhebungen 18 am Außenumfang 20 des inneren Rohrteils 14 anzuordnen. In diesem Fall sind dann die Vertiefungen 22, 26, 28, 30, 32 in den Innenumfang 16 des äußeren Rohrteils 12 eingebracht bzw. einzubringen.

Claims

Mantelrohr für eine längsverstellbare Lenksäule eines Kraftwagens, mit wenigstens zwei teleskopisch angeordneten Rohrteilen (12, 14), welche bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung relativ zueinander bewegbar sind, und mit zwischen dem Außenumfang (20) des inneren Rohrteils (14) und dem Innenumfang (16) des äußeren Rohrteils (12) angeordneten Energieabsorptionsmitteln (18, 22, 26, 28, 30, 32), mittels welchen eine Unfallkraft bei der unfallbedingten Relativbewegung der Rohrteile (12, 14) absorbierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieabsorptionsmittel als vom Außenumfang (20) des inneren Rohrteils (14) und/oder vom Innenumfang (16) des äußeren Rohrteils (12) abstehende Erhebungen (18) ausgebildet sind, welche mit wenigstens einer in den Außenumfang (20) des inneren Rohrteils (14) und/oder den Innenumfang (16) des äußeren Rohrteils (12) vorgesehenen Vertiefung (22, 26, 28, 30, 33) zusammenwirken.
Mantelrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die am Außenumfang (20) des inneren Rohrteils (14) und/oder am Innenumfang (16) des äußeren Rohrteils (12) vorgesehene Vertiefung radial umlaufend, insbesondere als Nut (22, 26, 30, 32), ausgebildet ist.
Mantelrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die am Außenumfang (20) des inneren Rohrteils (14) und/oder am Innenumfang (16) des äußeren Rohrteils (12) vorgesehene Vertiefung sich axial erstreckend, insbesondere als Nut (28), ausgebildet ist.
Mantelrohr nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von sich axial erstreckenden Nuten (28) am Außenumfang (20) des inneren Rohrteils (14) und/oder am Innenumfang (16) des äußeren Rohrteils (12) gleichmäßig verteilt angeordnet sind.
Mantelrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Außenumfang (20) des inneren Rohrteils (14) und/oder vom Innenumfang (16) des äußeren Rohrteils (12) abstehenden Erhebungen (18) als lokale plastische Verformungen, insbesondere als Einprägungen, Einstanzungen und/oder Eindrückungen, ausgebildet sind.