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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Sicherheitslenksäule für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Kart, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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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. Die Offenlegungsschrift
DE 10 2004 019 961 A1 zeigt eine Lenksäule für ein Kart mit einem oberen Lagerteil, welches ab einer vorgegebenen Kraft abreist. Die Offenlegungsschrift
DE 102 08 706 A1 zeigt ein Lenkrad mit einem Deformationselement an der Lenkradnabe. Die Dokumente
DE 38 17 883 A1 und
US 4,648,164 zeigen energieabsorbierende Lenkräder. Das Dokument
DE 195 17 105 C2 zeigt eine Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug, welche Stöße dämpfen kann.
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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 gleichmäßg 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 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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Insbesondere ist vorgesehen, den Ü-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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Das Abrisselement ist als Lager für die Lenksäule ausgebildet. Die Lenksäule ist also drehbar im Abrisselement gelagert.
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Gemäß 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 ausgeschraubt 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 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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Bezugszeichenliste
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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
