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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft eine Energie absorbierende Lenksäule.
Insbesondere betrifft die Erfindung eine Energie absorbierende Lenksäule,
die Energie absorbiert, die auf die Lenksäule eines Fahrzeugs aufgebracht
wird.
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Hintergrund
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Eine
in einem Fahrzeug angebrachte Energie absorbierende Lenksäule,
die die Eigenschaften hat, auf die Lenksäule aufgebrachte
Energie zu absorbieren, ist weitgehend unter einer Vorrichtung zum
Abmildern einer auf die Lenksäule aufgebrachten Stoßwirkung
bekannt. Unter einer Vielfalt von Aufbauweisen, die in Energie absorbierenden
Lenksäulen verwendet werden, werden beispielsweise eine
Kugelbauweise, bei der eine Kugel zwischen einer äußeren
Röhre und einer inneren Röhre der Lenksäule
vorgesehen ist, eine Eingriffsbauweise, bei der ein Eingriffsaufbau
aus Metall in der Lenksäule verwendet wird, eine Silikongummibauweise,
bei der ein eingeschlossener Silikongummi in einer unteren Röhre
aus einem Schlitz ausgeworfen wird, wenn sich eine obere Röhre
in die untere Röhre bewegt, und andere Aufbauweisen eingesetzt.
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Gemäß der
JP 2007-168569 A (nachfolgend als
Referenz 1 bezeichnet) umfasst die Energie absorbierende Lenksäule
eine metallische elastische Buchse, die zwischen dem ersten zylindrischen
Element und dem zweiten zylindrischen Element vorgesehen ist, um
eine radialelastische Kraft zur Vorspannung eines ersten Presssitzabschnitts
und eines ersten Stützabschnitts in radialer Richtung anzubringen, und
dabei die Lenksäule stützt bzw. lagert, um eine Axialbewegung
des ersten zylindrischen Elementes relativ zum zweiten Zylinderelement
einzuschränken. Des Weiteren umfasst das erste zylindrischen
Element einen zweiten Presssitzabschnitt und einen Schlitz, der
nahe eines nach vorne offenen Endes des ersten zylindrischen Elements
in einer Fahrzeuglängsrichtung durch Ausschneiden eines
vorbestimmten Bereichs in einer Axialrichtung ausgebildet ist, und
dabei die Lenkwelle in einem Zustand stützt, wenn die Axialbewegung
des ersten zylindrischen Elements relativ zum zweiten zylindrischen
Element begrenzt wird. Somit ist eine Kraft bzw. Last zum Auslösen
einer Bewegung, bei der eine relative Axialbewegung des erste zylindrischen
Elements und des zweiten zylindrischen Elements beginnt, auf einfache
und geeignete Weise festgelegt.
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Gemäß der
in Referenz 1 offenbarten Lenksäule, ist eine Kraft zum
Auslösen einer Bewegung auf einfache und geeignete Weise
festgelegt. Die Lenksäule ist so aufgebaut, dass die Radialbewegung
des ersten zylindrischen Elements relativ zum zweiten zylindrischen
Element mit Hilfe einer Vorspannkraft, die durch die metallische
elastische Buchse aufgebracht wird, die zwischen dem ersten Presssitzabschnitt
des ersten Zylinderelements und dem ersten Stützabschnitt
des zweiten Zylinderelements nahe einem hinteren offenen Ende in
Fahrzeuglängsrichtung vorgesehen ist, und mit Hilfe einer Vorspannkraft
zwischen dem zweiten Presssitzabschnitt des den Schlitz aufweisenden
ersten zylindrischen Elements und einem zweiten Stützabschnitt des
zweiten Zylinderelements nahe dem vorderen offenen Ende begrenzt
wird. Allerdings wird auf die metallische elastische Buchse eine
große und wiederkehrende Kraft aufgebracht, wenn die metallische elastische
Buchse nahe dem hinteren offenen Ende vorgesehen wird, im Vergleich
zu dem Fall, bei welchem die metallische elastische Buchse nahe
dem vorderen offenen Ende vorgesehen ist. Dies erfordert eine metallische
elastische Buchse, die aus einem widerstandsfähigen Material
hergestellt ist, um der großen und wiederkehrenden Kraft
zu widerstehen, was unweigerlich in hohen Kosten mündet.
Des Weiteren muss ein flacher Abschnitt an einer inneren Röhre
ausgebildet werden, wobei während eines den flachen Abschnitt
formenden herkömmlichen Scheidprozesses zu entfernende
Grate entstehen. Des Weiteren muss ein zylindrisches Rohmaterial
ausreichender Stärke zum Sicherstellen der benötigen Steifigkeit
eingesetzt werden, unter Berücksichtigung, dass das zylindrische
Rohmaterial beim Schneidprozess ausgedünnt wird, was Abfall
verursacht.
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Somit
besteht ein Bedarf nach einer Energie absorbierenden Lenksäule,
bei der die Kraft zum Auslösen einer Bewegung eines ersten
zylindrischen Elements relativ zu einem zweiten zylindrischen Element
in axialer Richtung auf einfache und geeignete Weise festgelegt
wird und bei der gleichzeitig eine notwendige Steifigkeit durch
einen kostengünstig erreichbaren Aufbau gegeben ist.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Angesichts
der zuvor beschriebenen Problematik, umfasst eine Energie absorbierende
Lenksäule ein erstes zylindrisches Element zum Unterbringen einer
Lenkwelle eines Fahrzeugs und zum drehbaren Lagern der Lenkwelle
um ihre Achse, wobei das erste zylindrische Element in Fahrzeuglängsrichtung
ein erstes vorderes offenes Ende und ein erstes hinteres offenes
Ende, einen ersten vergrößerten Durchmesserabschnitt,
der nahe dem ersten vorderen offenen Ende ausgebildet ist, und einen
zweiten vergrößerten Durchmesserabschnitt, der
in einem vorbestimmten Abstand vom ersten vorderen offenen Ende
in einer Axialrichtung des ersten zylindrischen Elements ausgebildet
ist, umfasst; ein zweites zylindrisches Element zum Unterbringen
des ersten zylindrischen Elements, das üblicherweise das
erste zylindrische Element in einer vorbestimmten Position lagert
und dem ersten zylindrischen Element erlaubt, sich axial relativ
zum zweiten zylindrischen Element unter einer vorbestimmten oder
größeren auf die Lenkwelle aufgebrachten Kraft
zu bewegen, wobei das zweite zylindrische Element ein zweites vorderes
offenes Ende und ein zweites hinteres offenes Ende in Fahrzeuglängsrichtung,
einen ersten Stützabschnitt, der an einer Innenoberfläche
des zweiten zylindrischen Elements in einem vorgesehenen Abstand
vom zweiten hinteren offenen Ende in axialer Richtung des zweiten
zylindrischen Elements ausgebildet ist, und einen zweiten Stützabschnitt,
der an der Innenoberfläche des zweiten zylindrischen Elements
nahe dem zweiten hinteren offenen Ende ausgebildet ist, umfasst;
und eine elastische Buchse, die zwischen dem ersten vergrößerten
Durchmesserabschnitt und dem ersten Stützabschnitt vorgesehen
ist, zum Aufbringen einer Elastizitätskraft in einer radialen
Richtung der elastischen Buchse zum Lagern der Lenkwelle, um eine
axiale Bewegung des ersten zylindrischen Elements relativ zum zweiten
zylindrischen Element einzuschränken.
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Das
zweite zylindrische Element umfasst gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung den ersten Stützabschnitt,
der auf einer Innenoberfläche des zweiten zylindrischen
Element in einem vorbestimmten Abstand vom zweiten hinteren offenen Ende
in Axialrichtung des zweiten zylindrischen Elements ausgebildet
ist, und den zweiten Stützabschnitt, der auf der Innenoberfläche
des zweiten zylindrischen Elements nahe dem zweiten hinteren offenen
Ende ausgebildet ist. Das erste zylindrische Element umfasst den
ersten vergrößerten Durchmesserabschnitt, der
nahe dem ersten vorderen offenen Ende ausgebildet ist, und den zweiten
vergrößerten Durchmesserabschnitt, der in einem
vorbestimmten Abstand vom ersten vorderen offenen Ende in der Axialrichtung
des ersten zylindrischen Elements ausgebildet ist. Zwischen dem
ersten vergrößerten Durchmesserabschnitt und dem
ersten Stützabschnitt ist eine elastische Buchse zum Aufbringen
einer Elastizitätskraft in radialer Richtung der elastischen
Buchse vorgesehen. Somit sind ein Durchmesserunterschied zwischen
dem ersten vergrößerten Durchmesserabschnitt und
dem ersten Stützabschnitt und eine Höhe eines
Vorsprunges so festgelegt, dass der erste vergrößerte
Durchmesserabschnitt und der erste Stützabschnitt im Vergleich
zum zweiten vergrößerten Durchmesserabschnitt
und zweiten Stützabschnitt auf eine axiale Kraft relativ
unempfindlich ansprechen. Hingegen ist eine Presssitztoleranz des
zweiten vergrößerten Durchmesserabschnitts und
des Stützabschnitts im Vergleich zum ersten vergrößerten
Durchmesserabschnitt und ersten Stützabschnitt so gewählt,
dass der zweite vergrößerte Durchmesserabschnitt
und der zweite Stützabschnitt auf die axiale Kraft relativ
empfindlich ansprechen, es aber für den zweiten vergrößerten Durchmesserabschnitt
und den zweiten Stützabschnitt schwieriger ist, durch eine äußere
Kraft relativ leicht verschoben zu werden. Eine Kraft zum Auslösen
einer Bewegung des ersten zylindrischen Elements relativ zum zweiten
zylindrischen Element in der Axialrichtung ist folglich auf einfache
und geeignete Weise festgelegt und gleichzeitig ist eine erforderliche
Steifigkeit durch einen entsprechenden kostengünstigen
Aufbau gegeben.
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Das
erste zylindrische Element umfasst entsprechend einem anderen Aspekt
der vorliegenden Erfindung einen verkleinerten Durchmesserabschnitt,
der zwischen einer Stelle, an der der zweite vergrößerte
Durchmesserabschnitt durch den zweiten Stützabschnitt gelagert
wird, und einer Stelle nahe dem ersten hinteren offenen Ende ausgebildet ist,
wobei ein Teilbereich eines Umfangs des verkleinerten Durchmesserabschnitts
fortlaufend verkleinert ist.
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Gemäß eines
weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung umfasst das erste zylindrische
Element einen flachen Abschnitt, der zwischen einer Stelle, an der
der zweite vergrößerte Durchmesserabschnitt durch
den zweiten Stützabschnitt gelagert wird, und einer Stelle
nahe dem ersten hinteren offenen Ende ausgebildet ist, wobei ein
Teilbereich der äußeren Umfangsoberfläche
des reduzierten Durchmesserabschnitts weggeschnitten ist.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst das erste zylindrische
Element ein verlängertes Blechelement, das fest am flachen
Abschnitt angebracht ist, umfasst das zweite zylindrische Element
umfasst einen Führungsabschnitt, der das verlängerte
Blechelement zum Bewegen in axialer Richtung des zweiten zylindrischen Elements
führt, und ist das verlängerte Blechelement zwischen
einer Außenumfangsoberfläche des verkleinerten
Durchmesserabschnitts und der Innenoberfläche des zweiten
zylindrischen Elements in einer Weise untergebracht, dass das verlängerte
Blechelement so gebogen ist, dass sein freier Endabschnitt in den
Führungsabschnitt eingesetzt ist und dass eine freie Bewegung
des freien Endabschnitts in Axialrichtung des zweiten zylindrischen
Elements gewährleistet ist.
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Der
Teilbereich der Außenumfangsoberfläche des verkleinerten
Durchmesserabschnitts ist, wie zuvor beschrieben, am ersten zylindrischen
Element weggeschnitten, um den flachen Abschnitt zu bilden. Als
Folge ist ein Widerstandsmoment des ersten zylindrischen Elements
größer als eines konventionellen ersten zylindrischen
Elements, auf dem ein konventioneller flacher Abschnitt durch ein
herkömmliches Verfahren ausgebildet ist, wodurch die benötigte
Steifigkeit problemlos sichergestellt wird. Entsprechend dem zuvor
angesprochenen Aufbau, ist das verlängerte Blechelement
einfach angeordnet und zuverlässig gelagert, während
es durch den Führungsabschnitt geführt wird, um
Energie zu absorbieren.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst das erste zylindrische
Element ein Verriegelungsloch und das zweite zylindrische Element
umfasst einen Verriegelungsstift, der an der vorderen Seitenwand
des Verriegelungslochs in Fahrzeuglängsrichtung in Eingriff
mit dem Verriegelungsloch bringbar ist, so dass die Axialbewegung des
ersten zylindrischen Elements in einer Richtung entgegen der Fahrtrichtung
im Fahrzeug relativ zum zweiten zylindrischen Element begrenzt ist,
indem der Verriegelungsstift in Eingriff mit dem Verriegelungslochgebracht
wird. Das Verriegelungsloch befindet sich an einer hinteren Seitenwand
des Verriegelungslochs nicht im Eingriff mit dem Verriegelungsstift.
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Entsprechend
einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst die elastische
Buchse einen zylindrischen Abschnitt, der einen C-förmigen
Querschnitt und eine Vielzahl von Vorsprüngen aufweist,
die auf dem zylindrischen Abschnitt entlang seiner Umfangsrichtung
ausgerichtet sind.
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Die
elastische Buchse ist gemäß einem weiteren Aspekt
der vorliegenden Erfindung aus Metall hergestellt.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Metall ein Edelstahl.
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Die
Vorsprünge sind gemäß einem anderen Aspekt
der vorliegenden Erfindung tiefgezogen und auf dem zylindrischen
Abschnitt entlang der Umfangsrichtung mit vorbestimmten Abständen
zwischen den benachbarten Vorsprüngen ausgerichtet.
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Durch
einen einfachen Aufbau wird folglich die Axialbewegung des ersten
zylindrischen Elements relativ zum zweiten zylindrischen Element
entgegen der Fahrtrichtung des Fahrzeugs vermieden, wodurch auf
zuverlässige Weise verhindert wird, dass sich das erste
zylindrische Element vom zweiten zylindrischen Element entgegen
der Fahrtrichtung des Fahrzeugs löst. Ferner wird eine
Kraft zum Auslösen einer Bewegung des ersten zylindrischen Elements
relativ zum zweiten zylindrischen Element in axialer Richtung auf
einfache und geeignete Weise durch den zuvor beschriebenen Aufbau
der elastischen Buchse festgelegt.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Die
vorangehenden und zusätzliche Merkmale und Eigenschaften
der vorliegenden Erfindung werden durch die folgende detaillierte
Beschreibung unter Beachtung der angefügten Zeichnungen
verdeutlicht, wobei:
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1 eine
Querschnittsansicht einer Energie absorbierenden Lenksäule
gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ist;
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2 eine
vergrößerte Querschnittsansicht einer Energie
absorbierenden Lenksäule ist, die eine relative Lage zwischen
einer in 1 gezeigten inneren Röhre
und einer ebenfalls in 1 dargestellten äußeren
Röhre zeigt;
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3 eine
Drauf- und Querschnittsansicht eines Vorsprungs darstellt, der gemäß der
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Hilfe von Tiefziehen
auf einer elastischen Buchse ausgebildet ist;
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4 eine
Querschnittsansicht entlang der Linie A-A in 1 ist;
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5 eine
vergrößerte Querschnittsansicht ist, die eine
relative Lage zwischen der inneren Röhre und der äußeren
Röhre nahe einem zweiten hinteren offenen Ende der äußeren
Röhre gemäß der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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6 eine
vergrößerte Draufsicht ist, die die innere Röhre
nahe dem zweiten hinteren offenen Ende der äußeren
Röhre gemäß der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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7 eine
Querschnittsansicht ist, die einen Betriebszustand der Energie absorbierenden
Lenksäule gemäß der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt; und
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8 eine
vergrößerte Querschnittsansicht ist, die eine
herkömmliche äußere Röhre und
eine herkömmliche innere Röhre zeigt.
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Ausführliche Beschreibung
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Eine
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend
mit Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. In dieser
Ausführungsform werden die Ausdrücke „vorne” und „hinten” in
Bezug auf die Fahrzeuglängsrichtung verwendet. Die 1 zeigt
einen Aufbau einer Energie absorbierenden Lenksäule gemäß der
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Eine Lenkwelle 1 ist
aus einer oberen Welle 1a und einer unteren Welle 1b,
die mit einer Innenoberfläche der oberen Welle 1a keilprofilverbunden
ist, gebildet. Die obere Welle 1a hat eine zylindrische
Form und ein Lenkrad ist mit einem hinteren Endabschnitt der oberen
Welle 1a verbunden. Das heißt, die obere Welle 1a ist
mit der unteren Welle 1b so verbunden, dass sie sich in
einer Axialrichtung der unteren Welle 1b bewegt, sich aber
nicht relativ zur unteren Welle 1b dreht. Ein vorderer
Endabschnitt der unteren Welle 1b ist mit einem Lenkmechanismus
verbunden. Die Lenkwelle 1 ist an einer Fahrzeugkarosserie
durch eine Halterung mittels eines Lenksäulengehäuses 2 angebracht,
so dass die Lenkwelle 1 einen vorbestimmten Winkel (zum Beispiel
25 Grad) relativ zu einem Boden des Fahrzeugs bildet.
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Das
Lenksäulengehäuse 2 nimmt eine innere
Röhre 10 auf, die aus Metall hergestellt ist und
ein erstes vorderes offenes Ende und ein erstes hinteres offenes
Ende umfasst. Die innere Röhre 10 dient als ein
erstes zylindrisches Element, das darin die Lenkwelle 1 unterbringt,
so dass die Lenkwelle 1 um ihre Achse drehbar ist. Das
heißt, die innere Röhre 10 nimmt die
obere Welle 1a auf und stützt die obere Welle 1a drehbar
mittels eines Lagers 3, das an einem hinteren Endabschnitt
der inneren Röhre 10 vorgesehen ist. Die obere
Welle 1a und die innere Röhre 10 sind
so aufgebaut, dass sie sich zusammen als eine Einheit in axialer
Richtung der oberen Welle 1a bewegen, aber dass eine relative
Axialbewegung der oberen Welle 1a und der inneren Röhre 10 zueinander
begrenzt ist. Zusätzlich nimmt das Lenksäulengehäuse 2 eine äußere
Röhre 20 auf, die aus einem Metall hergestellt
ist und ein zweites vorderes offenes Ende und ein zweites hinteres
offenes Ende umfasst. Die äußere Röhre 20 dient
als ein zweites zylindrisches Element, das darin die innere Röhre 10 aufnimmt
und normalerweise die innere Röhre 10 an einer
vorgesehenen Stelle lagert. Die innere Röhre 10 und
die äußere Röhre 20 sind so
aufgebaut, dass sich die innere Röhre 10 zur äußeren
Röhre 20 in deren Axialrichtung bewegen kann,
wenn eine Kraft größer oder gleich einer vorbestimmten
Kraft auf die Lenkwelle 1 aufgebracht wird, wodurch sich
die obere Welle 1a relativ zur äußeren
Röhre 20 in der Axialrichtung bewegen kann. In
dieser Ausführungsform fungieren die innere Röhre 10,
die äußere Röhre 20 und eine
aus Metall hergestellte elastische Buchse 30, die wie in
einer vergrößerten Ansicht in 2 dargestellt
aufgebaut sind, als eine Energie absorbierende Vorrichtung.
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Die äußere
Röhre 20 wird durch das Lenksäulengehäuse 2 mittels
Lager 3a, 3b in einer Weise gelagert, dass die äußere
Röhre 20 gegen eine Innenoberfläche des
Lenksäulengehäuses 2 durch Reibmechanismen 4a, 4b unter
Verwendung von konischen Tellerfedern gepresst wird. Folglich werden die
Gleiteigenschaften des Lenkrads in einer Schubrichtung ohne Verursachung
von Spiel sichergestellt. Jedoch fungiert eine Beziehung zwischen
dem Lenksäulengehäuse 2 und der äußeren
Röhre 20 nicht als ein Energie absorbierender
Mechanismus.
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Die äußere
Röhre 20 dieser Ausführungsform umfasst
auf ihrer Innenoberfläche einen ersten Stützabschnitt 21 und
einen zweiten Stützabschnitt 22. Der erste Stützabschnitt 21 befindet
sich in einem vorbestimmten Abstand vom zweiten hinteren offenen
Ende in Axialrichtung der äußeren Röhre 20.
Der zweite Stützabschnitt 22 befindet sich nahe
dem zweiten hinteren offenen Ende. Der erste Stützabschnitt 21 ist
aus einer ringförmigen Vertiefung auf einer Innenumfangsoberfläche
der äußeren Röhre 20 gebildet,
und der zweite Stützabschnitt 22 ist aus einem
ringförmigen Vorsprung, der einstückig auf der Innenumfangsoberfläche
der äußeren Röhre 20 geformt
ist, gebildet, so dass er in einer radialen Richtung der äußeren
Röhre 20 nach innen hervorsteht.
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Die
innere Röhre 10 umfasst des Weiteren einen ersten
vergrößerten Durchmesserabschnitt 11 und
einen zweiten vergrößerten Durchmesserabschnitt 12.
Der erste vergrößerte Durchmesserabschnitt 11 weist
einen vergrößerten Durchmesser auf und befindet
sich nahe dem ersten vorderen offenen Ende, und der zweite vergrößerte
Durchmesserabschnitt 12 weist einen vergrößerten
Durchmesser auf und befindet sich in einem vorbestimmten Abstand vom
ersten vorderen offenen Ende in Axialrichtung des ersten zylindrischen
Elements 10. In dieser Ausführungsform sind der
erste vergrößerte Durchmesserabschnitt 11 und
der zweite vergrößerte Durchmesserabschnitt 12 entsprechend
so ausgebildet, dass sie in einer radialen Richtung der inneren
Röhre 10 nach außen hervorstehen. Auf
einer Außenumfangsoberfläche der äußeren
Röhre 20 sind ein Abschnitt, an dem der erste
vergrößerte Durchmesserabschnitt 11 gegenüber
dem ersten Stützabschnitt 21 liegt, und ein Abschnitt,
an dem der zweite vergrößerte Durchmesserabschnitt 12 gegenüber
dem zweiten Stützabschnitt 22 liegt, so weggeschnitten,
dass sie flach sind (in 4 mit Bezugszeichen 15 gekennzeichnet).
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Die
elastische Buchse 30 befindet sich, wie in der vergrößerten
Ansicht von 2 gezeigt, zwischen dem ersten
vergrößerten Durchmesserabschnitt 11 und
dem ersten Stützabschnitt 21, so dass eine Elastizitätskraft
in einer radialen Richtung der elastischen Buchse 30 aufgebracht
wird. In dieser Ausführungsform kann die elastische Buchse 30 beispielsweise
aus einem Edelstahl hergestellt sein und einen zylindrischen Abschnitt 31,
der einen C-förmigen Querschnitt und eine Vielzahl von
Vorsprüngen 32 aufweist (dargestellt durch einen
Vorsprung 32 in 3), die auf dem zylindrischen
Abschnitt 31 ausgebildet sind, umfassen. In dieser Ausführungsform sind
eine Vielzahl von Vorsprüngen 32 durch einen Tiefziehvorgang
auf dem zylindrischen Abschnitt 31 so ausgebildet, dass
sie entlang der Umfangsrichtung des zylindrischen Abschnitt 31 mit
vorbestimmten Abständen zwischen benachbarten Vorsprüngen ausgerichtet
sind und jeweils in einer radialen Richtung des zylindrischen Abschnitts 31 nach
innen hervorstehen. Jeder Vorsprung 32 ist so ausgebildet, dass
er einen trapezförmigen Querschnitt hat. Allerdings können
die Vorsprünge 32 so ausgebildet sein, dass sie
eine nach außen gebogene Oberfläche haben.
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Wenn
die elastische Buchse 30 mit dem zuvor angedeuteten Aufbau,
wie in den 1 und 2 gezeigt,
zwischen dem ersten vergrößerten Durchmesserabschnitt 11 und
dem ersten Stützabschnitt 21 platziert wird, wird
jeder Vorsprung 32 druckverformt und eine elastische Rückstellkraft
der Vorsprünge 32 in radialer Richtung aufgebracht,
wodurch ein Zwischenraum zwischen der inneren Röhre 10 und
der äußeren Röhre 20 erweitert
wird. Die elastische Rückstellkraft stellt eine Reibkraft
zwischen der elastischen Buchse 30 und sowohl der inneren
Röhre 10 als auch der äußeren
Röhre 20 sicher und somit wird die Lenkwelle 1 in
einem Zustand gelagert, bei welchem die relative Axialbewegung zwischen
der inneren Röhre 10 und der äußeren Röhre 20 begrenzt
wird. Die Höhe eines jeden tiefgezogenen Vorsprungs 32 wird
ungefähr auf eine voreingestellte Höhe festgelegt.
Ein Durchmesserunterschied zwischen der inneren Röhre 10 und
der äußeren Röhre 20 und die
Höhe des Vorsprungs 32 sind so gewählt,
dass der erste vergrößerte Durchmesserabschnitt 11 auf
eine Axialkraft relativ unempfindlich reagiert, aber durch eine äußere
Kraft relativ leicht verschoben wird. Andererseits ist der zweite vergrößerte
Durchmesserabschnitt 12 der inneren Röhre 10 in
den zweiten Stützabschnitt 22 der äußeren
Röhre 20 als Presssitz eingesetzt. Eine Presssitztoleranz
der inneren Röhre 10 und der äußeren Röhre 20 ist
so vorgesehen, dass der zweite vergrößerte Durchmesserabschnitt 12 relativ
empfindlich auf eine Axialkraft reagiert, aber es schwieriger ist, den
zweiten vergrößerten Durchmesserabschnitt 12 durch
eine äußere Kraft zu verschieben. Somit ist die innere
Röhre 10 relativ zur äußeren
Röhre 20 angemessen gelagert, ohne dabei im Lenkrad
Spiel zu verursachen.
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Ferner
umfasst die innere Röhre 10 einen verkleinerten
Durchmesserabschnitt 13, der zwischen einer Stelle, an
der der zweite vergrößerte Durchmesserabschnitt 12 durch
den zweiten Stützabschnitt 22 gelagert wird, und
einer Stelle nahe dem ersten hinteren offenen Ende ausgebildet ist
(in 1 als Lc bezeichnet). Entlang des verkleinerten Durchmesserabschnitts 13 ist
ein Durchmesser der inneren Röhre 10 in einem
Teilbereich seines Umfangs fortlaufend reduziert. Des Weiteren umfasst
die innere Röhre 10 einen flachen Abschnitt 14,
der durch Wegschneiden eines Teilbereichs einer Außenumfangsoberfläche
des verkleinerten Durchmesserabschnitts 13 gebildet wird.
Beispielsweise ist der zweite vergrößerte Durchmesserabschnitt 12,
wie in 4 gezeigt, so ausgebildet, dass er den Innendurchmesser
Ra aufweist, der verkleinerte Durchmesser 13 so ausgebildet,
dass er den Innendurchmesser Rb (Rb < Ra) aufweist, und der verkleinerte Durchmesserabschnitt 13 im
Teilbereich der Umfangsoberfläche der inneren Röhre 10 so
ausgebildet, dass ein Winkel α (beispielsweise beträgt α gleich
oder weniger als 90 Grad) als im radialen Mittelpunkt der inneren
Röhre 10 gebildet wird.
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In
dieser Ausführungsform wird die innere Röhre 10 durch
Durchführen eines Umformprozesses, insbesondere durch ein
Hydroformen eines zylindrischen Rohmaterials, hergestellt, während
dessen der erste vergrößerte Durchmesserabschnitt 11, der
zweite vergrößerte Durchmesserabschnitt 12 und der
verkleinerte Durchmesserabschnitt 13 gebildet werden. Um
den flachen Abschnitt 14 zu bilden, wird anschließend
der Teilbereich der Außenumfangsoberfläche des
verkleinerten Durchmesserabschnitts 13 durch die Verwendung
eines Schaft- bzw. Stirnfräsers weggeschnitten. Demzufolge
sind, wie in 4 gezeigt, der zweite vergrößerte
Durchmesserabschnitt 12 und der verkleinerte Durchmesserabschnitt 13 miteinander
glatt verbunden, so dass sie dazwischen eine abgerundete Ecke aufweisen.
Das heißt, dass während eines Schaftfräs-
bzw. Stirnfräsprozesses keine Grate zurückbleiben
und deshalb kein Arbeitsgang zur Gratentfernung mehr notwendig ist.
Andererseits wird in einem konventionellen Verfahren eine Schneidarbeit
auf einer herkömmlichen Röhre 10x durchgeführt,
um darauf einen herkömmlichen flachen Abschnitt 14x auszubilden,
wobei eine Querschnittsform der herkömmlichen inneren Röhre 10x Kanten
anstelle von abgerundeten Ecken aufweist. Die Bildung von Graten
ist somit unvermeidbar. Demzufolge wird der flache Abschnitt 14 dieser
Ausführungsform auf einfache Weise und zu und zu geringeren
Kosten gebildet. Zusätzlich wird in dieser Ausführungsform
eine in 4 gezeigte Querschnittsform
der inneren Röhre 10 erzielt und somit ist das
Widerstandsmoment der inneren Röhre 10 größer
als das einer herkömmlichen inneren Röhre 10x,
welche einen herkömmlichen flachen Abschnitt 14x aufweist,
wodurch auf einfache Weise eine notwendige Steifigkeit sichergestellt
wird. Das Widerstandsmoment der inneren Röhre 10 ist
in dieser Ausführungsform zwei- bis dreimal größer
als das einer herkömmlichen inneren Röhre 10x.
Allerdings ist das nur ein Beispiel und das erreichbare Widerstandsmoment
variiert abhängig von der Größe der Lenksäule.
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Wie
in den 1 und 4 gezeigt, ist ein axialer Zwischenraum
SP zwischen der äußeren Umfangsoberfläche
des verkleinerten Durchmesserabschnitts 13 und dem flachen
Abschnitt 14 einerseits und einer inneren Umfangsoberfläche
der äußeren Röhre 20 andererseits
vorgesehen. Ein Energieabsorptionsblech 40, was üblicherweise
auch als ein EA-Blech 40 bezeichnet wird (nachfolgend als
ein Blech 40 bezeichnet), ist im axialen Zwischenraum SP
platziert. Das Blech 40 dient als ein elastisches verlängertes
Blechelement, dessen ein Ende, wie in 5 und 6 gezeigt,
an den flachen Abschnitt 14 geschweißt ist. Alternativ
kann das Blech 40 fest mit dem flachen Abschnitt 14 durch
Verstemmen oder mit Hilfe eines Stifts, einer Niete oder Ähnlichem fest
verbunden werden.
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Wie
in 1, 4 und 5 gezeigt,
weist ein Führungsabschnitt 50 eine Rahmenform
auf und ist nahe dem zweiten offenen Ende mit einer Schraube 51 an
eine Unterseite der äußeren Röhre 20 geschraubt
ist. Ein Kontaktabschnitt 52 ist, wie in 1 und 4 dargestellt,
am Führungsabschnitt 50 an einer Seite entgegen
der Fahrtrichtung angebracht. Der Führungsabschnitt 50 kann
jede beliebige Form aufweisen, solange der Führungsabschnitt 50 eine Einsetzöffnung
aufweist, durch welche ein freies Ende des Blechs 40 hindurch
eingesetzt wird. Das andere Ende des Blechs ist fest am flachen
Abschnitt 14 angebracht. Das Blech 40 ist so gebogen,
dass es eine quer verlaufende U-Form bildet und durch den Führungsabschnitt 50 hindurchgeht.
Demzufolge ist ein vorbestimmter Freiraum zwischen einer Innenoberfläche
des quer verlaufenden U-förmigen Abschnitts des Blechs 40 und
dem Kontaktabschnitt 52 des Führungsabschnitts 50 vorgesehen.
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In
dieser Ausführungsform ist, wie in den vergrößerten
Ansichten der 5 und 6 zu sehen, die
Außenumfangsoberfläche der inneren Röhre 10 in
der Axialrichtung durch den Schaft- bzw. Stirnfräser weggenommen,
um einen flachen Abschnitt 14 zu bilden, und im Anschluss
wird ein Verriegelungsloch 16 auf der inneren Röhre 10 durch
den gleichen Schaft- bzw. Stirnfräser gebildet. Des Weiteren
ist ein Verriegelungsstift 60 fest an der äußeren
Röhre 20 angebracht, und die innere Röhre 10 und
die äußere Röhre 20 sind derart
zusammengefügt, dass der Verriegelungsstift 60 im
Eingriff mit dem Verriegelungsloch 16 steht. Demzufolge
steht der Verriegelungsstift 60, wie in 5 gezeigt,
nach innen durch die äußere Röhre 20 vor,
so dass er mit dem Verriegelungsloch 16 an einer vorderen
Seitenwand des selbigen im Eingriff steht. Allerdings ist eine Vorsprungshöhe
des Verriegelungsstiftes 60 so gewählt, dass der
Verriegelungsstift 60 nicht in Berührung mit einer Außenoberfläche
des flachen Abschnittes 14 kommt, d. h. der Verriegelungsstift 60 gelangt
nicht in Eingriff mit einer hinteren Seitenwand des Verriegelungslochs 16.
Demzufolge wird auf zuverlässige Weise verhindert, dass
sich die innere Röhre 10 von der äußeren
Röhre 20 entgegen der Fahrtrichtung löst.
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Nachdem
der flache Abschnitt 14 dieser Ausführungsform,
wie zuvor angesprochen, durch den Schaft- bzw. Stirnfräser
gebildet worden ist, wird das Verriegelungsloch 16 durch
den gleichen Schaft- bzw. Stirnfräser gebildet, indem dem
Schaft- bzw. Stirnfräser aus Gründen der Prozesseffizienz
ermöglicht wird, in einer Richtung vom axialen Mittelpunkt der
inneren Röhre 10 zu arbeiten. Somit wird ein Durchmesser
des Verriegelungslochs 16, wie in 5 und 6 gezeigt,
gebildet, welcher wesentlich größer als ein Außendurchmesser
des Verriegelungsstiftes 60 ist. Der Verriegelungsstift 60 muss nicht
vollständig in das Verriegelungsloch 16 passen und
das Verriegelungsloch 16 kann an seiner Rückseitenwand
frei vom Eingriff des Verriegelungsstifts 60 sein, solange
das Verriegelungsloch 16 und der Verriegelungsstift 60 so
aufgebaut sind, dass der Verriegelungsstift 60 die Vorderseitenwand
des Verriegelungslochs 16 berührt.
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Nachfolgend
werden Funktionen der Energie absorbierenden Lenksäule
mit dem zuvor erwähnten Aufbau beschrieben. Normalerweise
befindet sich die Energie absorbierende Lenksäule in einem
in 1 dargestellten Zustand, in dem der zweite vergrößerte
Durchmesserabschnitt 12 der inneren Röhre 10 mittels
eines Presssitzes im zweiten Stützabschnitt 22 der äußere
Röhre 20 eingesetzt ist und der erste vergrößerte
Durchmesserabschnitt 11 der inneren Röhre 10 und
der erste Stützabschnitt 21 der äußeren
Röhre 20 durch die Elastizitätskraft
der elastischen Buchse 30 gegeneinander gepresst sind. Demzufolge
wird die Lenkwelle 1 in einer Stellung, wie in 1 dargestellt
derart gelagert, dass die relative Axialbewegung zwischen der inneren
Röhre 10 und der äußeren Röhre 20 begrenzt
ist.
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Wenn
eine Kraft größer oder gleich der vorbestimmten
Kraft auf die Lenkwelle 1 aufgebracht wird und sich die
Lenkwelle 1 in ihrer Axialrichtung mit der inneren Röhre 10 bewegt,
löst sich der erste vergrößerte Durchmesserabschnitt 11 der
inneren Röhre 10 vom ersten Stützabschnitt 21 der äußeren Röhre 20 und
von der elastischen Buchse 30 und löst sich der
zweite vergrößerte Durchmesserabschnitt 12 der
inneren Röhre 10 vom zweiten Stützabschnitt 22 der äußeren
Röhre 20. Die Kraft, die die Lenkwelle 1 veranlasst,
sich zu bewegen zu beginnen, ist eine Kraft bzw. eine Last zum Auslösen
einer Bewegung der Lenkwelle 1. Der erste und der zweite
vergrößerte Durchmesserabschnitt 11 und 12,
der erste und zweite Stützabschnitt 21 und 22 und
die elastische Buchse 30 bilden einen Abschnitt zum Festlegen
einer Bewegungsauslösekraft. Durch Festlegung eines der
beiden Außendurchmesser des ersten und des zweiten vergrößerten
Durchmesserabschnitts 11 und 12, des Innendurchmessers
des ersten und des zweiten Stützabschnitts 21 und 22,
einer Metallblechstärke der elastischen Buchse 30,
einer Gesamtzahl von Vorsprüngen 32 und der Höhe
jedes Vorsprunges 32 wird die Bewegungsauslösekraft
auf einen angemessenen und stabilen Wert gesetzt, ohne dass eine
Veränderung mit der Zeit oder der Temperatur auftritt.
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Wenn
eine noch höhere Kraft auf die Lenkwelle 1 aufgebracht
wird, bewegt sich das Blech 40, während es durch
den Führungsabschnitt 50 geführt wird,
in die Fahrtrichtung des Fahrzeugs. Während der Bewegung
erfährt das Blech 40 eine plastische Verformung
und die Innenoberfläche des quer verlaufenden U-förmigen
Abschnitts gleitet auf einer Außenoberfläche des
Kontaktabschnitts 52 des Führungsabschnitts 50.
Während eine sogenannte Abstreckkraft bzw. Abstrecklast
aufgebracht wird, geht ein in 1 gezeigter
Zustand des Blechs 40 somit in einen in 7 gezeigten
Zustand über. Das bedeutet in dieser Ausführungsform,
dass das Blech 40, der Führungsabschnitt 50 und
der Kontaktabschnitt 52 einen Abschnitt zum Aufbringen
einer Kraft während der Bewegung bilden. Die Abstreckkraft
wird durch Einstellen von entweder einer Breite und/oder der Metallblechstärke
des Blechs 40 eingestellt. Wahlweise wird die zuvor angesprochene
Abstreckkraft auf eine vorbestimmte Kraft durch Bildung eines Vorsprungs,
einer Mulde, einer Aussparung oder ähnlichem auf dem Blech 40 gesetzt.
Des Weiteren wird ein Hub der Lenkwelle 1, von der die
Abstreckkraft aufgebracht wird, durch Einstellen des Abstandes (in 5 als
Ls gekennzeichnet) zwischen der Innenoberfläche des quer
verlaufenden U-förmigen Abschnittes des Blechs 40 und
der Außenoberfläche des Kontaktabschnitts 52 des
Führungsabschnitts 50 bestimmt.
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Die
Energie absorbierende Lenksäule umfasst den zuvor erwähnten
Aufbau, der die gewünschte Energieabsorptionscharakteristik
wie folgt sicherstellt. Zunächst beginnt sich die innere
Röhre 10 relativ zur äußeren
Röhre 20 zu bewegen, wenn eine Kraft auf die Lenkwelle 1 aufgebracht
wird und die Kraft die zuvor erwähnte Bewegungsauslösekraft übersteigt.
Das heißt, die innere Röhre 10 bewegt sich
relativ zur äußeren Röhre 20 entgegen
der Reibkraftarbeit, die zwischen dem zweiten vergrößerten Durchmesserabschnitt 12 der
inneren Röhre 10 und dem zweiten Stützabschnitts 22 der äußeren
Röhre 20 wirkt, und entgegen der Reibkraftarbeit,
die zwischen der elastischen Buchse 30 und sowohl dem vergrößerten
Durchmesserabschnitt 11 als auch dem ersten Stützabschnitts 21 anliegt.
Wenn der Hub der Lenkwelle 1 einen vorbestimmten Hub überschreitet, bewegt
sich die innere Röhre 10 relativ zur äußeren Röhre 20 frei
in axialer Richtung.
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Wenn
die Lenkwelle 1 einen weiteren Hub über den Abstand
des Zwischenraumes zwischen der Innenoberfläche des quer
verlaufenden U-förmigen Abschnitts des Blechs 40 und
der Außenoberfläche des Kontaktabschnitts 52 des
Führungsabschnitts 50 hinaus ausführt,
wird die Abstreckkraft aufgebracht. Dann bewegen sich die Lenkwelle 1 und die
innere Röhre 10 zusammen als eine Einheit relativ
zur äußeren Röhre 20 vorausgesetzt,
dass durch den Abschnitt zum Aufbringen einer Kraft während der
Bewegung eine annähernd konstante Kraft auf die Lenkwelle 1 aufgebracht
wird. Folglich wird während Hubs der Lenkwelle 1,
das heißt auch während sich die Lenkwelle 1 bewegt,
Energie auf geeignete Weise absorbiert.
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Die
Energie absorbierende Lenksäule dieser Ausführungsform
umfasst, wie zuvor angesprochen, den Abschnitt zum Festlegen der
Bewegungsauslösekraft, der von dem ersten und dem zweiten
vergrößerten Durchmesserabschnitt 11 und 12,
dem ersten und dem zweiten Stützabschnitt 21 und 22,
der elastischen Buchse 30 und dem aus dem Blech 40,
dem Führungsabschnitt 50 und dem Kontaktabschnitt 52 gebildeten
Abschnitt zum Aufbringen einer Kraft während der Bewegung
gebildet wird. Demzufolge werden die Kraft zum Auslösen
der relativen Axialbewegung zwischen der inneren Röhre 10 und
der äußeren Röhre 20 und die
Kraft während der Bewegung unabhängig von einander
eingestellt. Ferner wird die Bewegungsauslösekraft durch
Bestimmen von Form oder Größe des ersten vergrößerten
Durchmesserabschnitts 11, des zweiten vergrößerten
Durchmesserabschnitts 12, des ersten Stützabschnitts 21 oder des
zweiten Stützabschnitts 22, durch Bereitstellen einer
angemessenen Gesamtzahl von Vorsprüngen 32 der
elastischen Buchse 30 oder durch Verwenden einer angemessenen
Höhe eines jeden Vorsprungs 32 auf einfache und
geeignete Weise festgelegt.
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Der
Abschnitt zum Bestimmen der Bewegungsauslösekraft kann
nur durch den zweiten vergrößerten Durchmesserabschnitt 12 und
den zweiten Stützabschnitt 22, wovon auf der Fahrzeugrückseite platziert
sind, oder nur durch den ersten vergrößerten Durchmesserabschnitt 11,
den ersten Stützabschnitt 21 und der elastischen
Buchse 30, wovon jeder auf der Fahrzeugvorderseite platziert
sind, gebildet werden. Des Weiteren kann jeder dieser elastischen
Abschnitte oder die elastische Buchse in einer Kombination mit dem
oben erwähnten Abschnitt zum Aufbringen einer Kraft während
der Bewegung angewendet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 2007-168569
A [0003]