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Die
Erfindung betrifft eine verstellbare Lenksäule für ein Kraftfahrzeug nach dem
Oberbegriff des Patenanspruches 1.
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Die
Lenksäule
stellt in einem Kraftfahrzeug eine Baueinheit dar, die zur Lagerung
der Lenkwelle dient. Fahrerseitig ist am Ende der Lenkwelle das Lenkrad
angeordnet. Auf der gegenüberliegenden Seite
ist die Lenkwelle mit dem Lenkgetriebe gekoppelt. Zur Lagerung der
Lenkwelle verfügt
die Lenksäule über einen
Lenksäulenkörper, der
beispielsweise über
Halterungen mit dem Chassis des Kraftfahrzeugs verschraubt ist.
Höhere
Ansprüche
hinsichtlich Komfort und Sicherheit führen dazu, dass in die Lenksäule zunehmend
zusätzliche
Funktionen integriert werden. So sind Lenksäulen in der Regel verstellbar
ausgeführt.
Eine Verstellbarkeit kann dabei sowohl in der Höhe erfolgen, als auch in einer
Längsrichtung,
wobei auch die Kombination aus beiden Verstellmöglichkeiten in einer Lenksäule vereint
sein kann. In der Praxis haben sich überwiegend manuelle und elektrisch
verstellbare Lenksäulen
durchgesetzt.
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Ein
weiterer, für
die Auslegung einer Lenksäule
wesentlicher Aspekt ist darin zu sehen, dass die Lenkräder mit
Sicherheitsairbags ausgestattet sind. Hierbei erfüllt die
Lenksäule
eine ganz wesentliche, Verletzungen vermeidende Aufgabe, denn sie muss
in der Lage sein, die durch die Zündung des Airbags entstehende
Rückstoßkraft zuverlässig abzufangen.
Ein Ausweichen der Lenksäule
infolge der Zündung
würde die
Wirkung des Airbags erheblich reduzieren und ist daher unerwünscht. Da
ein Airbag sich nur für
Bruchteile von Sekunden auf seine vollständige Größe entfaltet, ist es je nach
Verlauf und auftretendem Schweregrad eines Unfalles möglich, dass
der Fahrer nach dem Zusammenfallen des Airbags auf das Lenkrad aufschlägt. Um in
einem derartigen Extremfall ebenfalls Verletzungen des Fahrers zu
vermeiden oder zumindest zu reduzieren, sind Lösungen bekannt, die ein Energie
verzehrendes Ausweichen der Lenksäule in Längsrichtung des Lenksäulenkörpers erlauben.
Derartige Energieabsorptionsmechanismen wandeln die eingeleitete
kinetische Energie beispielsweise durch Verformung hierzu vorgesehener
Crashelemente in andere Energieformen um und sind insbesondere bei
verstellbaren Lenksäulen
stets als zusätzliche
Bauteile beziehungsweise Baugruppen vorhanden, was insofern nachteilig
ist, als neben einem aufwendigeren Aufbau der Lenksäule auch
ein zusätzliches
Gewicht gegeben ist. So verfügen
herkömmliche,
verstellbare Lenksäulen
sowohl über
einen Klemmmechanismus zur Aktivierung oder Deaktivierung der Verstellbarkeit der
Lenkwelle in Längsrichtung
des Lenksäulenkörpers als
auch über
einen Energieabsorptionsmechanismus zur Energie verzehrenden Verlagerung
der Lenkwelle bei einem Unfall.
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Eine
derartige Lösung
geht beispielsweise aus der
DE 10 2004 051 060 B3 hervor. Die Trennung zwischen
dem Klemmmechanismus und dem Energieabsorptionsmechanismus führt insbesondere auch
bei dieser Lösung
zu einer baulich aufwendigen und mit einer Vielzahl einzelner Teile
versehenen Ausführung
mit dem bereits erwähnten
Gewichtsanstieg, deren Montage zudem erschwert ist.
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Aus
dem Stand der Technik ist des Weiteren die
DE 10 2006 009 304 B3 bekannt,
die eine in ihrer Neigung und/oder Länge veränderbar ausgeführte Lenksäule (
7)
und ein Lamellenpakete umfassendes Klemmsystem (
12) zum
Fixieren der Lenksäule
(
7) in einer bestimmten Position umfasst. Die Lenksäulenanordnung
(
1) zeichnet sich dadurch aus, dass Mittel zur Erhöhung der
Reibungskraft im Klemmsystem (
12) und/oder zur Blockierung
des Klemmsystems (
12), vorzugsweise mittels Formschluss,
vorgesehen sind, die bei Überschreitung
einer auf die Lenksäule (
7)
in Richtung deren Längsachse
wirkenden Grenzbelastung selbsttätig
wirken.
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Die
DE 10 2004 046 073
A1 zeigt eine Lenksäulenanordnung
(
1) mit einer längenverstellbaren und/oder
neigungsverstellbaren Lenksäule
(
5) und mit Mitteln zur Lagefixierung der Lenksäule (
5).
Die Lenksäulenanordnung
(
1) zeichnet sich dadurch aus, dass die Mittel mindestens
eine Kolben-Zylinder-Einheit
(
17) umfassen oder von dieser gebildet sind.
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Die
DE 1 605 885 A offenbart
eine Lenkvorrichtung für
Kraftfahrzeuge mit einem Lenküberrohr, dass
im Reibschluss in Richtung seiner Längsachse in einer es gleichachsig
umfassenden Wickelfeder verschiebbar befestigt ist.
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Durch
Abwicklung der Wickelfeder wird der Fahrer beim Aufprall auf das
Lenkrad abgebremst, weil durch den Reibschluss zwischen Wickelfeder und
Lenküberrohr
eine Bremsleistung erzielt wird.
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Die
DE 695 02 398 T2 schließlich zeigt
die Kombination eines Lenksäulen-Einstellmechanismus mit
einem Energie absorbierenden Lenksäulen-Zusammenschiebemechanismus, bei dem
eine normale Lenksäuleneinstellung
möglich
ist, während
gleichzeitig eine direkte Energieabsorption im Falle eines Aufpralls
unabhängig
von der Stellung der normalen Lenksäuleneinstellung möglich ist.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verstellbare Lenksäule für ein Kraftfahrzeug
bereitzustellen, die einen Klemmmechanismus und einen Energieabsorptionsmechanismus
aufweist und zudem über
einen einfachen Aufbau verfügt.
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Die
Erfindung löst
diese Aufgabenstellung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.
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Weitere
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Eine
verstellbare Lenksäule
für ein
Kraftfahrzeug mit einem Lenksäulenkörper zur
Lagerung einer drehbaren Lenkwelle, einem Klemmmechanismus zur Umsetzung
einer stufenlosen Verstellbarkeit der Lenkwelle entlang der Längsrichtung
des Lenksäulenkörpers und
einem Energieabsorptionsmechanismus zur Energie verzehrenden Verlagerung
der Lenkwelle bei einem Unfall ist so ausgebildet, dass der Energieabsorptionsmechanismus
und der Klemmmechanismus eine Baueinheit bilden.
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Die
besonders einfache und kostengünstig herstellbare,
verstellbare Lenksäule
weist sowohl einen Klemmmechanismus für die Verstellbarkeit der Lenkwelle
in Längsrichtung,
als auch einen Energieabsorptionsmechanismus zur Aufnahme der bei
einem Unfall auftretenden Kräfte
unter Energie verzehrender Wirkung auf, die baulich in einer Einheit
vereint sind. Durch den extrem einfachen Aufbau der verstellbaren
Lenksäule
kann Gewicht eingespart werden, weil keine zusätzlichen Baueinheiten erforderlich
sind. Die Montage vereinfacht sich infolge der geringeren Teilezahl
ebenfalls erheblich.
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Die
Lenksäule
sieht vor, dass der Energieabsorptionsmechanismus zumindest aus
einem Crashrohr und einem bei einem Unfall Energie verzehrenden
Crashelement besteht. Dabei ist die in dem Crashrohr aufgenommene
Lenkwelle mit dem Crashrohr gemeinsam entlang der Längsrichtung
des Lenksäulenkörpers verstellbar,
wobei gleichfalls zwischen dem Crashrohr und dem Crashelement eine feste
Verbindung gegeben ist. Auf diese Weise erfüllt das Crashrohr gleich zwei
Funktionen innerhalb der verstellbaren Lenksäule. Es dient einerseits als
Bestandteil des Energieabsorptionsmechanismus und lagert andererseits
die Lenkwelle derart, dass ihre axiale, das heißt ihre Verstellbarkeit in
Längsrichtung des
Lenksäulenkörpers, möglicht ist.
Die feste Verbindung zwischen Crashrohr und Crashelement führt dazu,
dass das Crashelement bei der Verstellbewegung in Längsrichtung
mit dem Crashrohr mitbewegt wird. Daraus resultiert auch ein weiterer
Vorteil, der darin besteht, dass die Lenksäule stufenlos verstellbar ist
und somit in jeder beliebigen Stellung fixiert werden kann. Dabei
wird in der jeweils fixierten Position der Energieabsorptionsmechanismus
wirksam, wenn dies notwendig ist.
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Um
die Ausführung
der einzelnen Bauelemente der verstellbaren Lenksäule möglichst
einfach zu halten, weist die Lenksäule ein Crashelement auf, das
als ein faltbarer oder wickelbarer Blechstreifen ausgebildet ist.
Mit einer derartigen, sehr kostengünstigen Ausführung lässt sich
die bei einem Unfall eingeleitete kinetische Energie wirksam aufnehmen. Derartige
als Blechstreifen ausgeführte
Crashelemente lassen sich sehr einfach auslegen.
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Eine
Besonderheit besteht darin, dass das Crashelement mit dem Crashrohr
fest verbunden ist. Zur Verbesserung der Wicklung des Crashelementes bei
einem Unfall unter Energie verzehrender Wirkung kann das Crashelement
auch als ein U-förmig
gebogener Blechstreifen ausgebildet sein. Auf diese Weise lässt sich
die Art und die Richtung der Abwicklung sehr genau vorgeben und
bestimmen. Darüber
hinaus ist die Führung
des Crashelementes innerhalb des Lenksäulenkörpers durch eine U-förmige Ausgestaltung
vereinfacht.
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Die
Lenksäule
wurde erfindungsgemäß derart
weitergebildet, dass zur Umsetzung der Funktion des Klemmmechanismus
und des Energieabsorptionsmechanismus das Crashelement mit einem Klemmhebel gekoppelt
ist, der zwischen einer Lösestellung
und einer Klemmstellung schwenkbar in dem Lenksäulenkörper gelagert ist. Die Besonderheit
mit einem Klemmhebel besteht darin, dass dadurch nicht nur der Klemmmechanismus,
sondern auch der Energieabsorptionsmechanismus gebildet wird. In
der gelösten
Stellung des Klemmhebels kann die Lenksäule in Längsrichtung des Lenksäulenkörpers verschoben
werden. Nach dem Fixieren des Klemmhebels in seiner Klemmstellung
weist er jedoch neben der Arretierung der Lenksäule in einer eingestellten Position
auch die Funktion auf, dass er bei einem Unfall als Bestandteil
des Energieabsorptionsmechanismus eine wesentliche Rolle spielt.
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Zur
Einstellung, das heißt
zum Lösen
oder Fixieren des Klemmhebels, wird vorgeschlagen, dass ein um eine
Achse drehbarer Bedienhebel über eine
mit dem Klemmhebel korrespondierende Kontur zusammenwirkt. Folglich
verfügt
der Bedienhebel über
diese korrespondierende Kontur. Durch Verschwenken des Bedienhebels
wird über
die Kontur des Bedienhebels der Klemmhebel verschwenkt, so dass
zwischen einer Lösestellung
und einer Klemmstellung gewechselt werden kann.
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Eine
besonders einfache Ausführungsvariante
der Kontur des Bedienhebels besteht in einer Nockengeometrie, die
sowohl die Lösestellung
als auch die Klemmstellung mit einfachen Mitteln definieren kann.
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Zur
Verbesserung der kompakten Bauweise des Klemm- und Energieabsorptionsmechanismus wird
ferner vorgeschlagen, dass der Klemmhebel eine von einem Teil des
Crashelementes durchgriffene Öffnung
aufweist. Auf diese Weise durchgreift das Crashelement die Öffnung des Klemmhebels
und gleitet während
der Verstellbewegung in Längsrichtung
des Lenksäulenkörpers durch
diese Öffnung des
Klemmhebels.
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Da
das Crashelement die Öffnung
des Klemmhebels durchgreift, wird entsprechend einem weiterführenden
Gedanken der Erfindung die verriegelte Position des Klemmhebels
durch eine Schrägstellung
zum Crashelement definiert. So kann das Crashelement fixiert und
eine Klemmstellung der verstellbaren Lenksäule auf Grund der Keilwirkung
zwischen Klemmhebel und Crashelement erreicht werden.
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Es
ist möglich, über den
Bedienhebel den Klemmhebel zwischen zwei Positionen hin und her zu
schwenken, indem beispielsweise zwei Nockengeometrien am Bedienhebel
vorgesehen werden, die an zwei verschiedenen Stellen des Klemmhebels
angreifen, wobei eine Anordnung der Klemmstellung und die jeweils
andere Anordnung der Lösestellung des
Klemmhebels entspricht.
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Eine
einfachere Ausführungsvariante
ist jedoch darin zu sehen, dass der Klemmhebel zur Rückstellung
aus der Lösestellung
in die Klemmstellung gegen die Kraft wenigstens einer Feder schwenkbar ist.
Die Feder unterstützt
dabei folglich die zu der Nockengeometrie des Bedienhebels entgegen
gesetzte Bewegungsrichtung des Klemmhebels.
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Eine
spezielle Ausgestaltungsvariante des Klemmhebels kann darin bestehen,
dass dieser eine L-Form aufweist. Diese spezielle Form des Klemmhebels
hat den Vorteil, dass beispielsweise die nockenförmige Geometrie des Bedienhebels
unmittelbar an einer Stirnseite des kurzen Schenkels dieses L-förmigen Klemmhebels
angreifen kann, während die
hierzu korrespondierende Feder am Ende des langen Schenkels des
L-förmigen Klemmhebels
ansetzt. Innerhalb des langen Schenkels des L-förmigen
Klemmhebels lässt
sich zudem problemlos die Öffnung
zur Durchführung
des Crashelementes einbringen. Damit kann der gesamte Mechanismus
sehr kompakt gehalten werden.
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Die
erfindungsgemäße Lösung ist
insbesondere für
manuell verstellbare Lenksäulen
geeignet.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Das
gezeigte Ausführungsbeispiel
stellt keine Einschränkung
auf die dargestellte Variante dar, sondern dient lediglich der Erläuterung
des Prinzips der Erfindung. Um die erfindungsgemäße Funktionsweise veranschaulichen
zu können,
sind in den Figuren nur stark vereinfachte Prinzipdarstellungen
gezeigt, bei denen auf die für
die Erfindung nicht wesentlichen Bauteile oder Elemente verzichtet
wurde. Dies bedeutet jedoch nicht, dass derartige Bauteile oder
Elemente bei einer erfindungsgemäßen Lösung nicht
vorhanden sind.
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Es
zeigen:
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1:
eine schematisch sehr stark vereinfachte Darstellung des Prinzips
der Erfindung,
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2:
eine Darstellung der Baueinheit aus Klemmmechanismus und Energieabsorptionsmechanismus
in ebenfalls stark vereinfachter Darstellung,
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3:
eine perspektivische Ansicht eines vergrößerten Ausschnittes mit Sicht
auf den Bereich des Klemm- beziehungsweise Energieabsorptionsmechanismus,
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4:
eine vergrößerte Darstellung
des Ausschnittes um den Klemmhebel in einer verriegelten Position
der Lenksäule,
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5:
einen vergrößerten Ausschnitt
mit Sicht auf den Klemmhebel in einer Lösestellung
und
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6:
eine Darstellung der geometrischen Verhältnisse für die Auslegung eines Crashelementes
und eines zugehörigen
Klemmhebels.
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Die
in der 1 gezeigte und sehr stark vereinfachte Darstellung
einer mechanisch verstellbaren Lenksäule besteht aus einem Lenksäulenkörper 1, der
ein Crashrohr 3 aufnimmt. Innerhalb des Crashrohres 3 ist
eine Lenkwelle 2 drehbar gelagert. Das Crashrohr 3 kann
zusammen mit der Lenkwelle 2 in Längsrichtung des Lenksäulenkörpers 1 verstellt werden.
Hierzu dient ein Klemmmechanismus, der nach dem Gedanken der Erfindung
gleichzeitig als Energieabsorptionsmechanismus bei einem Unfall wirkt.
Dieser Klemmmechanismus besteht zunächst aus einem Crashelement 4,
das hierbei als ein U-förmig
gebogener Blechstreifen ausgeführt
und mit einer Seite fest mit dem Crashrohr 3 verbunden
ist. Eine an dem Crashelement 4 ausgebildete Zunge 11 durchdringt
eine Öffnung
innerhalb eines Klemmhebels 5. Auf die Funktionsweise des
Klemmmechanismus wird nachfolgend im Zusammenhang mit den verbleibenden
Figuren noch näher
eingegangen. Der zum Lösen
und Fixieren des Klemmmechanismus dienende Bedienhebel 7 weist
eine nockenförmige Kontur 8 auf
und ist zusammen mit dieser Kontur 8 insgesamt um eine
Achse 6 verschwenkbar innerhalb des Lenksäulenkörpers 1 gelagert.
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Die
Wirkungsweise des Klemm- und Energieabsorptionsmechanismus lässt sich
anschaulich anhand der Darstellung in 2 erläutern. Der
Bedienhebel 7 ist um die Achse 6 schwenkbar gelagert. Auf
einem Teil des Bedienhebels 7 ist eine nockenartige Kontur 8 angeordnet.
Die höchste
Erhebung des Nockens steht bei der Darstellung in 2 mit
dem Klemmhebel 5 in Kontakt, so dass sich der Klemmhebel 5 hier
in einer gelösten
Stellung befindet. Seine Anordnung ist annähernd rechtwinklig zu dem Crashelement 4.
Auf der der nockenförmigen
Kontur 8 gegenüberliegenden
Seite stützt
sich der Klemmhebel 5 an einer Lagerstelle 14 des
Lenksäulenkörpers 1 ab.
Darüber
hinaus weist der Klemmhebel 5 etwa mittig eine Durchgangsöffnung 9 auf.
Diese Öffnung 9 wird
von einem zungenartig ausgebildeten Teil des Crashelementes 4 durchdrungen.
In der gezeigten Position kann das Crashrohr 3 zusammen
mit der darin gelagerten Lenkwelle 2 in Längsrichtung
des Lenksäulenkörpers 1 axial
verschoben werden, weil der Klemmhebel 5 sich in der besagten
gelösten
Position befindet. Durch die Komprimierung der Feder 10 in
der Lösestellung,
wird eine Kraft erzeugt, die dazu führt, dass der Klemmhebel 5 in
die zur nockenartigen Kontur entgegen gesetzte Richtung bewegt wird.
Dadurch ist die zur Klemmung erforderliche Bewegung erreichbar.
Die Feder 10 liegt unmittelbar an einer Oberfläche des
Klemmhebels 5 an und stützt sich
mit ihrem anderen Ende am Lenksäulenkörper 1 ab,
was jedoch in der 2 nicht dargestellt ist.
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Die
Darstellung einer baulichen Ausführung ist
in einem vergrößerten Ausschnitt
und in perspektivischer Ansicht in 3 gezeigt.
An dem Crashrohr 3 ist das Crashelement 4 befestigt,
wobei dieses eine Zunge 11 aufweist und diese Zunge 11 die
in dem Klemmhebel 5 vorhandene Öffnung 9 vollständig durchdringt.
Somit ist zusammen mit dem Crashrohr 3 eine Verschiebung
des Crashelementes 4 in Längsrichtung des Lenksäulenkörpers 1 möglich, wenn
der Klemmhebel 5 in einer gelösten Position steht. Der im gezeigten
Beispiel L-förmig
ausgeführte
Klemmhebel 5 weist an seinem kurzen Schenkel eine Stirnfläche 12 auf,
die mit der nockenartigen Kontur 8 des Bedienhebels 7 korrespondiert.
Dies bedeutet, dass die nockenartige Kontur an der Stirnfläche 12 anliegt, wenn
der Klemmhebel 5 in eine gelöste Stellung verbracht wird
und die Stirnseite 12 nicht oder nur geringfügig kontaktiert,
wenn der Klemmhebel 5 in einer Klemmstellung steht. Der
Bedienhebel 7 ist zudem in zwei einander gegenüberliegend
angeordneten Haltern 13 aufgenommen. Somit kann er um die
Achse 6 verschwenkt werden. Die Besonderheit der Erfindung
besteht darin, dass die Halter 13 hierbei keine Klemmfunktion
erfüllen
müssen.
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In
den 4 und 5 sind zwei unterschiedliche
Stellungen des Klemmhebels 5 dargestellt. So zeigt die 4 die
Klemmstellung des Klemmhebels 5 und die 5 die
Lösestellung
des Klemmhebels 5. Wie deutlich aus der 4 hervorgeht,
ist dabei die nockenartige Kontur 8 nicht mit der Stirnfläche 12 des
kurzen Schenkels des hier L-förmig
ausgeführten
Klemmhebels 5 in Kontakt, so dass die Feder 10 ihre
volle Druckkraft entfalten kann und den Klemmhebel 5 in
die Sperr- oder Klemmstellung verbringt. Somit wird der Klemmhebel 5 derart
gegen die Oberfläche
der Zunge 11 des Crashelementes 4 gepresst, dass
die Lenksäule
in ihrer Position fixiert wird. Zudem ist diese Stellung auch als
Energieabsorptionsstellung geeignet. Wirkt nämlich eine Kraft bei einem
Unfall, die die Auslösekraft
des Airbags überschreitet,
so wird die Zunge 11 des Crashelementes 4 in Längsrichtung
der Zunge 11 verschoben, und da die Fixierstellung des
Klemmhebels 5 beibehalten ist und auch bei einem Crash
nicht gelöst
wird, wickelt sich das als Blechstreifen ausgeführte Crashelement 4 unter
Energie verzehrender Wirkung ab.
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Die 5 zeigt
die Lösestellung
des Klemmhebels 5. Hierbei steht der Klemmhebel 5 etwa
senkrecht zur Längserstreckung
der Zunge 11 des Crashelementes 4. Die nockenartige
Kontur 8 des Bedienhebels 7 liegt unmittelbar
an der Stirnfläche 12 des kurzen
Schenkels des L-förmig
ausgebildeten Klemmhebels 5 an. Bei dieser Lösestellung
ist die Feder 10 komprimiert, das heißt zusammengepresst, weil im
Beispiel der 4 und 5 eine Druckfeder als
Feder 10 zum Einsatz kommt. Der Bedienhebel 7, welcher
in der Darstellung in den 4 und 5 nicht
sichtbar ist, kann um die Achse 6 verschwenkt werden. Er
ist innerhalb der Halter 13 schwenkbar gelagert.
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Die 6 veranschaulicht
die Kraftverhältnisse
an dem Klemm- und Energieabsorptionsmechanismus nach der Erfindung
und gibt die für
die Berechnung der Auslegung erforderlichen Berechnungsformeln an.
Darin stellen „a” die Breite
der Zunge 11 des Crashelementes 4 und „t” die Breite
des Klemmhebels 5 dar. Der Querschnitt der Öffnung 9 im
Klemmhebel 5 ist durch „A” definierbar, wobei „b” das Abstützmaß markiert.
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- 1
- Lenksäulenkörper
- 2
- Lenkwelle
- 3
- Crashrohr
- 4
- Crashelement
- 5
- Klemmhebel
- 6
- Achse
- 7
- Bedienhebel
- 8
- Kontur
- 9
- Öffnung
- 10
- Feder
- 11
- Zunge
- 12
- Stirnseite
- 13
- Halter
- 14
- Lagerstelle