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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft eine Sicherheitslenksäule für ein Fahrzeug, insbesondere
für ein
Kart.
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Hintergrund der Erfindung
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Sicherheitslenksäulen für Fahrzeuge
sind vom Prinzip her bekannt. Es handelt sich dabei insbesondere
um Rohr-in-Rohr-Anordnungen,
welche ein Zusammenschieben der Lenksäule ermöglichen, wodurch insbesondere
verhindert wird, dass die Lenksäule
ins Fahrzeug eindringt. Lenkräder
von Fahrzeugen ohne Airbag weisen üblicherweise eine energieabsorbierende
Prallplatte auf.
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Es
hat sich aber gezeigt, dass es je nach Unfallsituation nicht zu
einem flächigen
Kontakt des Fahrers mit dem gesamten Lenkrad kommt, sondern dass
ein großer
Teil der Bewegungsenergie insbesondere im unteren Bereich des Lenkradkranzes,
abgebaut wird. Hierdurch kann es naturgemäß zu schweren Verletzungen
kommen.
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Weiter
besteht bei Kart-Fahrzeugen, insbesondere bei Kart-Fahrzeugen, in welchen
der Fahrer nicht angeschnallt ist, das Problem, dass der Fahrer bei
einem Frontalaufprall in das Kart hinein rutschen und sich dadurch
schwere Verletzungen zuziehen kann.
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Aufgabe der Erfindung
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Der
Erfindung liegt demgegenüber
die Aufgabe zugrunde, die genannten Nachteile des Standes der Technik
zumindest zu reduzieren.
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Insbesondere
ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine möglichst leichte und einfach
aufgebaute Konstruktion bereitzustellen, bei welcher im Falle des Unfalls
der Energieabbau möglichst
gleichmäßig und flächig auf
das Lenkrad verteilt wird. So soll eine geringe maximale Druckbelastung
erreicht werden.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist es, auf einfache Weise, abgestimmt
auf das Gewicht des Fahrers, das Rutschen des Fahrers in ein Kart-Fahrzeug
bei einem Frontalaufprall zu vermeiden.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
Aufgabe der Erfindung wird bereits durch eine Sicherheitslenksäule für ein Fahrzeug
sowie durch ein Abrisselement nach einem der unabhängigen Ansprüche gelöst.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
und Weiterbildungen der Erfindung sind den jeweiligen Unteransprüchen zu
entnehmen.
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Die
Erfindung betrifft eine Sicherheitslenksäule für ein Fahrzeug, insbesondere
für ein Kart-Fahrzeug.
Die Sicherheitslenksäule
umfasst ein Deformationselement, welches zwischen Lenkrad und Lenksäule angeordnet
ist und welches bei Belastung eine Schwenkbewegung des Lenkrads
um das lenkradseitige Ende der Lenksäule zulässt.
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Im
Falle eines Unfalls kommt beispielsweise der Fahrer zunächst mit
dem unteren Lenkradkranz in Kontakt. Bei einer vorgegebenen Kraft
gibt das Deformationselement nach und der untere Lenkradkranz kann
durch die dadurch stattfindende Schwenkbewegung des Lenkrads um
das Ende der Lenksäule
in Fahrtrichtung ausweichen. Der Fahrer kommt sodann flächig mit
im Wesentlichen der gesamten Fläche
des Lenkrads in Kontakt, so dass die Bewegungsenergie über die
gesamte Fläche
des Lenkrads verteilt abgebaut werden kann. Schwere Verletzungen,
insbesondere bei Unfällen
im Kart-Sport, können
so in vielen Unfallsituationen vermieden werden. Aus einer quasi-Punktbelastung wird
also eine Flächenbelastung.
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Es
versteht sich, dass das Deformationselement derart ausgebildet ist,
dass es im normalen Betrieb des Fahrzeugs nicht nachgibt.
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Vorzugsweise
sind Lenkrad und Lenksäule von
dem Deformationselement abnehmbar, insbesondere abschraubbar, ausgebildet.
So kann das Deformationselement auf einfache Weise ausgetauscht werden
und insbesondere einem anderen Fahrergewicht angepasst werden.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung umfasst das Deformationselement einen im Wesentlichen
U-förmig
ausgebildeten Abschnitt, an dessen einem Schenkel das Lenkrad und
an dessen gegenüberliegendem
Schenkel die Lenksäule befestigt
ist. Der U-förmige
Abschnitt, welcher vorzugsweise aus Blech, insbesondere aus Stahl
ausgebildet ist, weist also eine Basis und zwei Schenkel auf. Bei
Belastung von der offenen Seite des U-förmigen Abschnitts her gibt
eine derartige Anordnung leichter nach, als bei einer an der Basis
angreifenden Belastung.
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Die
Sicherheitslenksäule
ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass das Lenkrad bei einer
an einem unteren Rand des Lenkrades angreifenden Belastung leichter
nachgibt als bei einer an einem oberen Rand angreifenden Belastung.
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Im
eingebauten Zustand ist daher vorzugsweise die Basis des U-förmigen Abschnitts
in Fahrtrichtung angeordnet, wohingegen die offene Seite des U-förmigen Abschnitts
in Richtung des Fahrers zeigt. So biegen sich die Schenkel des U-förmigen Abschnitts
beim Kontakt des Fahrers mit dem unteren Lenkradkranz zusammen.
Bereits wenn sich das Lenkrad bei einem Unfall flächig anlegt,
kann sich auch die Basis des U-förmigen
Abschnitts zusammenbiegen. So wirkt das Deformationselement gleichzeitig
in hohem Maße
als Energieabsorber, welcher die Bewegungsenergie abbaut.
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Das
Deformationselement ist bei einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung derart ausgebildet, dass es ein gebogenes Blech umfasst, welches
zumindest abschnittsweise in Bereichen mit größerem Krümmungsradius gegenüber Abschnitten mit
geringerem Krümmungsradius
geschwächt
ist.
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Insbesondere
ist vorgesehen, bei einem U-förmigen
Abschnitt die Basis des U-förmigen
Abschnitts zu schwächen.
Derartige Schwächungen können beispielsweise
durch seitliche Ausnehmungen, Bohrungen oder auch durch dünner ausgestaltetes
Blech gebildet werden.
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Bei
einer Verformung des Deformationselementes verteilt sich so die
Spannung gleichmäßiger über den
gesamten U-förmigen Abschnitt.
Bereiche mit einem größeren Krümmungsradius,
insbesondere im Wesentlichen eben ausgebildete Bereiche, tragen
so in höherem
Maße zur
Verformung bei. Gleichzeitig ist der geschwächte Abschnitt in höherem Maße als energieabsorbierende
Knautschzone wirksam.
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Weiter
können
die Schwächungen,
insbesondere als Bohrung ausgebildet der einfachen Abstimmung des
Deformationselementes auf das Gewicht des Fahrers dienen.
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Insbesondere
aus gebogenem Blech lässt sich
auf sehr einfache Weise ein Deformationselement mit einem geringen
Gewicht bereitstellen, insbesondere einem Gewicht von weniger als
1000, vorzugsweise von weniger als 500 g.
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Bei
einer Weiterbildung der Erfindung umfasst das Deformationselement
Mittel zur Verstellung des Winkels des Lenkrads zur Lenksäule. So
kann der Fahrer das Lenkrad nach seinen Wünschen einstellen.
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Ins0besondere
ist vorgesehen, den U-förmig ausgestalteten
Abschnitt über
eine Schraube zusammenzuziehen und so den Winkel des Lenkrads zur Lenksäule zu verstellen.
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Das
Deformationselement dient in diesem Fall nicht nur der Sicherheit,
sondern ermöglicht
zugleich eine Anpassung des Fahrzeugs, insbesondere des Karts, auf
den jeweiligen Fahrer.
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Vorzugsweise
verläuft
die Stellschraube im Wesentlichen parallel zur Lenksäule und
greift an einer zwischen zwei lenkradseitigen Flügeln angeordneten Brücke des Deformationselementes
an. So ist eine besonders einfache Verstellung möglich.
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Bei
einer Weiterbildung der Erfindung ist die Lenksäule mit einem Abrisselement
am Fahrzeug befestigt.
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Insbesondere
für Karts
ist vorgesehen, eine Lenksäule
bereitzustellen, welche eine herkömmliche untere Befestigung
beziehungsweise ein unteres Lager der Lenksäule aufweist und welche in
einem oberen Bereich mit einem Abrisselement befestigt ist, welches
bei einer vorgegebenen Kraft abreißt, so dass die Lenksäule in Fahrtrichtung
wegklappen kann.
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Eine
derartige Ausgestaltung kann beim Frontalaufprall verhindern, dass
der Fahrer, insbesondere eines Karts, in das Fahrzeug hinein rutscht. Vielmehr
wird der Fahrer auf dem Lenkrad über
das Kart gehoben.
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Bei
anders ausgestalteten Fahrzeugen ist alternativ aber auch denkbar,
die Lenksäule
derart aufzuhängen,
dass beim Auslösen
des Abrisselementes die gesamte Lenksäule nach vorne ausweichen kann.
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Die
Erfindung betrifft des Weiteren ein Abrisselement für die Lenksäule eines
Fahrzeugs, insbesondere für
eine vorstehend beschriebene Sicherheitslenksäule.
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Gemäß der Erfindung
umfasst das Abrisselement Mittel zur Befestigung an einem Fahrzeug
und eine Sollbruchstelle.
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Vorzugsweise
ist das Abrisselement als Lager für die Lenksäule ausgebildet. Die Lenksäule ist also
drehbar im Abrisselement gelagert.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird die Sollbruchstelle durch am Lager angeordnete
Stege gebildet.
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Vorzugsweise
ist das Abrisselement als einstückiges
Kunststoffbauteil ausgestaltet, bei welchem über die Breite des Steges die
Auslösekraft,
bei welcher das Abrisselement abreißt, eingestellt werden kann.
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Auf
diese Weise lassen sich, insbesondere wenn die Stege durch Einbringen
von Fräsnuten
in ein Kunststoffspritzgussteil gebildet werden, mit einem Werkzeug
eine Mehrzahl von Abrisselementen mit unterschiedlicher Auslösekraft
bereitstellen.
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Gegenüber der
Ausbildung der Nuten durch die Spitzgussform, was auch möglich ist,
hat sich gezeigt, dass das Material eine homogenere Festigkeit aufweist,
wenn die Nuten nachträglich
eingefräst werden.
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Vorzugsweise
ist auch das Abrisselement austauschbar ausgebildet und kann somit
auf das jeweilige Gewicht beziehungsweise die jeweilige Gewichtsklasse
des Fahrers abgestimmt werden.
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Es
sind insbesondere Abrisselemente vorgesehen, welche bei einer Kraft
zwischen 0,5 und 20 kN, vorzugsweise zwischen 2 und 8 kN auslösen.
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Die
Erfindung betrifft des Weiteren ein Fahrzeug, insbesondere ein Kart-Fahrzeug
mit einer zuvor beschriebenen Sicherheitslenksäule.
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Insbesondere
beim Einbau in einem Kart steht die Lenksäule vorzugsweise in einem Winkel zwischen
30 und 70°,
besonders bevorzugt zwischen 40 und 60° zur Horizontalen.
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Weiter
betrifft die Erfindung ein Fahrzeug, insbesondere ein Kart, welches
ein zuvor beschriebenes Abrisselement umfasst, bei welchem also
kein Deformationselement, sondern nur ein Abrisselement vorgesehen
ist, damit die Lenksäule
in Fahrtrichtung ausweichen kann.
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Bei
einer bevorzugten für
Karts verwendeten Ausführungsform
der Erfindung umfasst die Sicherheitslenksäule sowohl das Deformationselement
als auch das Abrisselement.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Die
Erfindung soll im Folgenden anhand der Zeichnungen 1 bis 5,
welche schematisch dargestellte Ausführungsbeispiele der Erfindung
zeigen, näher
erläutert
werden.
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1 zeigt
die Bestandteile einer Sicherheitslenksäule mit einem Abrisselement
und einem Deformationselement,
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2 und 3 zeigen
zwei verschiedene Ausführungsformen
eines Deformationselementes,
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4 zeigt
ein ausgestanztes oder ausgeschnittenes Blechteil, aus welchem ein
Deformationselement gefaltet wird,
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5 zeigt
ein Abrisselement.
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In 1 sind
die wesentlichen Bestandteile eines Ausführungsbeispiels einer Sicherheitslenksäule 1 in
einer perspektivischen Ansicht schematisch dargestellt.
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Die
Sicherheitslenksäule 1 umfasst
eine Lenkstange 2 sowie ein Lenkrad 3.
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Zwischen
dem Lenkrad 3 und der Lenkstange 2 wird ein Deformationselement 5 befestigt.
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Das
Deformationselement 5 umfasst ein im Wesentlichen U-förmiges Profil,
auf dessen einem Schenkel mittels der Schrauben 4 das Lenkrad 3 befestigt
wird.
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Auf
der gegenüberliegenden
Seite wird die Lenkstange 2 in das Deformationselement 5 eingeschoben
und mittels der Schraube 6 befestigt.
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Das
Deformationselement 5, welches somit zwischen Lenkstange 2 und
Lenkrad 3 angeordnet ist, hat die Aufgabe, im Falle eines
Unfalls eine Schwenkbewegung des Lenkrads um das obere Ende der
Lenksäule 2 zu
ermöglichen.
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So
kann sich das Lenkrad 3 im Wesentlichen flächig auf
die Brust des Fahrers legen. Die Kraft wird hierdurch auf eine wesentlich
größere Fläche verteilt und
eine auf dem Lenkrad angeordnete Prallplatte (nicht dargestellt)
kann mit nahezu ihrer gesamten Fläche Wirkung entfalten. Der
maximale Druck auf die belastete Fläche sinkt daher.
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Weiter
weist in diesem Ausführungsbeispiel das
Deformationselement 5 eine Verstellmöglichkeit des Winkels des Lenkrads 3 zur
Lenksäule 2 auf.
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In
diesem Ausführungsbeispiel
wird hierzu die Schraube 9 durch an Flügeln des Deformationselementes 5 angeordnete
Bohrungen 12 gesteckt und mit der Mutter 10 befestigt.
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Die
Mutter 10 ist als selbstsichernde Mutter ausgebildet. Die
Schraube 9 bildet eine Brücke, an welcher die Augenschraube 8 angreifen
kann.
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Im
zusammengebauten Zustand (nicht dargestellt) ist die Schraube 9 durch
das Auge der Augenschraube 8 geschoben.
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Auf
der gegenüberliegenden
Seite wird die Augenschraube 8 durch die Bohrung 13 geschoben.
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Mittels
der Mutter 11, welche auf die Augenschraube 8 aufgeschraubt
wird, kann so das Deformationselement 5 zusammengezogen
werden, wodurch eine Verstellung des Winkels des Lenkrads 3 zur
Lenksäule 2 möglich ist.
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Weiter
weist die Sicherheitslenksäule 1 in diesem
Ausführungsbeispiel
ein Abrisselement 7 auf.
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In
zusammengebautem Zustand bildet das Abrisselement 7, welches
am Fahrzeug (nicht dargestellt) befestigt wird, ein oberes Lager
der Lenkstange 2. Im unteren Bereich befindet sich ein
weiteres Lager 14 für
die Lenkstange 2, von welchem hier nur das Lagerinnenteil
dargestellt ist. Die zugehörige
Lagerschale (nicht dargestellt) ist an der Karosserie des Fahrzeugs
befestigt.
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Im
Falle eines Unfalls löst
das Abrisselement 7 bei einer vorgegebenen Kraft aus, reißt also
ab, was ein Wegknicken der Lenksäule 2 ermöglicht.
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Da
die Lenksäule
dann noch an dem unteren Lager 14 befestigt ist, wird im
Falle eines Unfalls der auf dem Lenkrad 3 aufliegende Fahrer
von der Lenksäule über das
Fahrzeug gehoben.
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Es
versteht sich, dass diese Ausführungsform
der Erfindung vor allem für
Karts vorgesehen ist.
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Andere
Ausführungsformen
der Erfindung, vorzugsweise ohne das Abrisselement 7, können aber
auch in anderen Fahrzeugen, insbesondere in Fahrzeugen ohne Airbag
Verwendung finden.
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2 zeigt
eine perspektivische Darstellung eines Deformationselementes 5.
Das Deformationselement 5 besteht aus einem gefalteten
Blechteil, an welches eine Aufnahme 26 für die Lenksäule befestigt,
insbesondere angeschweißt
ist.
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Auf
der gegenüberliegenden
Seite sind Gewinde 24 zur Befestigung eines Lenkrads vorgesehen.
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Zwischen
den Gewinden 24 befindet sich eine zentrale Bohrung 28,
welche zum Zentrieren des Lenkrads oder zum Anbringen von Anzeigeinstrumenten
dienen kann.
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In
einem im Wesentlichen gerade verlaufenden Bereich, also einem Bereich
mit großem
Krümmungsradius
an der Basis des U-förmigen
Profils hat das Deformationselement seitliche Ausnehmungen 20,
welche als Schwächungszonen
dienen.
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Das
Deformationselement 5 ist also in dem Bereich mit großem Krümmungsradius
gegenüber weiteren
Bereichen mit kleinerem Krümmungsradius 25 geschwächt.
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Dies
hat zur Folge, dass sich bei einer Deformation des Deformationselementes 5 die
Spannung entlang des U-förmigen
Profils gleichmäßiger verteilt.
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Das
Deformationselement 5 weist des Weiteren seitliche Flügel 21 auf.
Bei einer Deformation schließen
die Flügel 21 den
auf der gegenüberliegenden
Seite angeordneten Steg 22 ein, wodurch ein seitliches
Wegknicken des Lenkrads verhindert wird.
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Weiter
ist in den Flügeln 21 eine
Bohrung 12 vorgesehen, durch die ein Bolzen oder eine Schraube
gesteckt werden kann, welche als Angriffspunkt für eine Verstellung (nicht dargestellt)
dient.
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Die
Flügel 21,
welche keine hohen Kräfte aufnehmen
müssen,
weisen Aussparungen 23 zur Reduzierung des Gewichts auf.
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Der
Steg 22 wird ebenfalls durch das gefaltete Blechteil gebildet.
Der Steg 22 ist auch in Art eines U-Profils vom restlichen
Deformationselement 5 abgewinkelt. Somit liegt der Steg 22 beabstandet
dem Schenkel des U-förmigen Abschnitts
gegenüber.
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Im
Steg 22 ist eine Bohrung 13 angeordnet, welche
der Durchführung
der in 1 dargestellten Augenschraube dient, mit der der
obere Schenkel des Deformationselementes 5, an welchem
das Lenkrad befestigt wird und der untere Schenkel, an welchem die
Lenksäule
befestigt wird, zusammengezogen werden können. So kann der Winkel des
Lenkrads zur Lenksäule
verändert
werden.
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3 zeigt
eine andere Ausführungsform
eines Deformationselementes, bei welchem zur Schwächung der
Basis des U-förmigen
Abschnitts des Deformationselementes 5 je nach Gewicht
des Fahrers Bohrungen 27 vorgesehen sind.
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4 zeigt
ein ausgestanztes oder ausgeschnittenes Blechteil, aus welchem ein
Deformationselement gebogen wird.
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Das
Blechteil umfasst eine Basis 30 und die Schenkel 31 und 32,
durch welche im fertigen Zustand das U-förmige Grundprofil gebildet
wird.
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Der
Schenkel 31 dient der Befestigung des Lenkrads, wohingegen
der Schenkel 32 der Befestigung der Lenksäule dient.
Hierzu wird eine Aufnahme an dem Blech angeschweißt (nicht
dargestellt).
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An
dem Schenkel 31 sind die Flügel 21 angeordnet,
welche zu Gewichtseinsparungen Ausnehmungen aufweisen.
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Der
Steg 22 wird dadurch gebildet, dass an dem Schenkel 32 das
Blechteil U-förmig
gefaltet wird, so dass der Steg 22 dem Schenkel 32 gegenüber liegt.
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5 zeigt
eine schematische Ansicht eines Abrisselementes 7. Das
Abrisselement 7 besteht aus Kunststoff und ist insbesondere
als Spritzgussteil ausgebildet.
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In
diesem Ausführungsbeispiel
weist das Abrissteil zwei Bohrungen 40 auf, mit welchen
es an einem Fahrzeug, insbesondere einem Kart befestigt wird.
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Eine
quer, insbesondere senkrecht zu den Bohrungen 40 verlaufende
Führung 41 dient
als Lager für
die Lenkstange (nicht dargestellt).
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Die
Führung 41 ist
beidseitig durch die Nuten 43 eingeschnitten und wird nur
durch einen relativ schmalen Steg 42 zusammengehalten.
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Im
Falle eines Unfalls reißt
der Steg 42 bei einer vorgegebenen Kraft.
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Über die
Breite des Stegs 42 kann auf sehr einfache Weise die Auslösekraft
des Abrisselementes bestimmt werden.
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So
können
verschieden ausgebildete Abrisselemente für verschiedene Gewichtsklassen
bereitgestellt werden.
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Es
versteht sich, dass die Erfindung nicht auf eine Kombination vorstehend
beschriebener Merkmale beschränkt
ist, sondern dass der Fachmann sämtliche
Merkmale, soweit dies sinnvoll ist, beliebig kombinieren wird.
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- 1
- Sicherheitslenksäule
- 2
- Lenksäule
- 3
- Lenkrad
- 4
- Schraube
- 5
- Deformationselement
- 6
- Schraube
- 7
- Abrisselement
- 8
- Augenschraube
- 9
- Schraube
- 10
- Mutter
- 11
- Mutter
- 12
- Bohrung
- 13
- Bohrung
- 14
- unteres
Lager
- 20
- Ausnehmung
- 21
- Flügel
- 22
- Steg
- 23
- Ausnehmung
- 24
- Gewinde
- 25
- Bereich
mit kleinem Krümmungsradius
- 26
- Aufnahme
- 27
- Ausnehmung
- 28
- Bohrung
- 30
- Basis
- 31
- Schenkel
- 32
- Schenkel
- 40
- Bohrung
- 41
- Führung
- 42
- Steg
- 43
- Nut