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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 - 168 569 A 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 der
JP 2007 - 168 569 A 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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Aus der
US 6 623 036 B2 ist eine ausziehbare Lenksäule bekannt. Die Lenksäule weist zwei zylindrische Elemente auf, die sich gegeneinander axial verschieben können. Die Lenksäule weist ferner einen Sperrmechanismus auf, der die Bewegung der zwei zylindrischen Elemente gegeneinander sperren kann. Dazu werden zwei Klammern aktiviert, die die Bewegung der zylindrischen Elemente verhindern.
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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 die Lenksäule eine elastische Buchse aufweist, 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 derart einzuschränken, dass der erste vergrößerte Durchmesserabschnitt und der erste Stützabschnitt im Vergleich zum zweiten vergrößerten Durchmesserabschnitt und zweiten Stützabschnitt auf eine axiale Kraft unempfindlich ansprechen.
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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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Figurenliste
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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:
- 1 eine Querschnittsansicht einer Energie absorbierenden Lenksäule gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
- 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;
- 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;
- 4 eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A in 1 ist;
- 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;
- 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;
- 7 eine Querschnittsansicht ist, die einen Betriebszustand der Energie absorbierenden Lenksäule gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
- 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.