DE102016117277A1

DE102016117277A1 - Lenksäulenbaugruppe einer Kraftfahrzeuglenkung

Info

Publication number: DE102016117277A1
Application number: DE102016117277.4A
Authority: DE
Inventors: Markus Lingemann; Bohumir Sykora; Jan Dite
Original assignee: THK Rhythm Automotive Czech AS; TRW Automotive GmbH
Current assignee: ZF Automotive Germany GmbH; ZF Automotive UK Ltd
Priority date: 2016-09-14
Filing date: 2016-09-14
Publication date: 2018-03-15

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lenksäulenbaugruppe (10) einer Kraftfahrzeuglenkung, mit einer Lenkwelle (12), einem Mantelrohr (14), welches die Lenkwelle (12) in Umfangsrichtung umschließt und in axialer Richtung unverschieblich mit der Lenkwelle (12) verbunden ist, einem Mantelrohrgehäuse (16), welches das Mantelrohr (14) in Umfangsrichtung umgibt und in axialer Richtung karosseriefest montiert ist, einem langgestreckten, plastisch deformierbaren Energieabsorptionsband (20), das eine Bandbreite (b) aufweist und sich in Bandlängsrichtung von einem am Mantelrohr (14) befestigten ersten Bandende (22) bis zu einem freien zweiten Bandende (24) erstreckt, einem Linearaktuator (26) mit einem Aktuatorelement (28), welches quer zur Bandlängsrichtung zwischen einer Umlenkstellung und einer Freigabestellung bewegbar ist, sowie einem freigebbaren Umlenkelement (30) zum Umlenken des Energieabsorptionsbands (20), welches sich über die gesamte Bandbreite (b) erstreckt, wobei zwischen dem Umlenkelement (30) und dem Mantelrohrgehäuse (16) eine Verbindung vorgesehen ist, die in der Umlenkstellung des Aktuatorelements (28) das Umlenkelement (30) am Mantelrohrgehäuse (16) fixiert und in der Freigabestellung des Aktuatorelements (28) gelöst oder zumindest geschwächt ist, wobei ein Schaltweg (s) zwischen der Umlenkstellung und der Freigabestellung des Aktuatorelements (28) geringer ist als die Bandbreite (b) des Energieabsorptionsbands (20).

Description

Die Erfindung betrifft eine Lenksäulenbaugruppe einer Kraftfahrzeuglenkung, mit einer Lenkwelle, die eine Längsachse aufweist und um die Längsachse drehbar ist, einem Mantelrohr, welches die Lenkwelle in Umfangsrichtung umschließt und in axialer Richtung unverschieblich mit der Lenkwelle verbunden ist, einem Mantelrohrgehäuse, welches das Mantelrohr in Umfangsrichtung umgibt und in axialer Richtung karosseriefest montiert ist, einem langgestreckten, plastisch deformierbaren Energieabsorptionsband, das eine Bandbreite aufweist und sich in Bandlängsrichtung von einem am Mantelrohr befestigten ersten Bandende bis zu einem freien zweiten Bandende erstreckt, einem betätigbaren Linearaktuator mit einem Aktuatorelement, welches quer zur Bandlängsrichtung zwischen einer Umlenkstellung und einer Freigabestellung bewegbar ist, sowie einem freigebbaren Umlenkelement zum Umlenken des Energieabsorptionsbands, welches sich über die gesamte Bandbreite erstreckt, wobei zwischen dem Umlenkelement und dem Mantelrohrgehäuse eine Verbindung vorgesehen ist, die in der Umlenkstellung des Aktuatorelements das Umlenkelement am Mantelrohrgehäuse fixiert und in der Freigabestellung des Aktuatorelements gelöst oder zumindest geschwächt ist.
Lenksäulenbaugruppen, bei denen ein mit dem Fahrzeuglenkrad axial fest verbundener Lenksäulenabschnitt zur Absorption der Aufprallenergie eines Fahrzeuginsassen axial verschieblich gelagert ist, sind aus dem Stand der Technik bereits allgemein bekannt. Beispielsweise ist der axial verschieblich gelagerte Lenksäulenabschnitt über ein plastisch deformierbares Metallband mit einem karosseriefester Lenksäulenabschnitt gekoppelt, wobei sich die Lenksäulenabschnitte bei einem Aufprall des Insassen auf das Fahrzeuglenkrad unter Verformung des Metallbands in Richtung der Längsachse relativ zueinander verschieben. Dabei wird ein Teil der Aufprallenergie des Fahrzeuginsassen in Deformations- bzw. Wärmeenergie des Metallbands umgewandelt und dementsprechend die Belastung des Insassen reduziert.
Es ist ferner aus dem Stand der Technik bekannt, unterschiedliche Energieabsorptionsniveaus bereitzustellen, um abhängig vom Anlegen eines Sicherheitsgurts und/oder vom Insassengewicht eine möglichst schonende Rückhaltung des Fahrzeuginsassen zu gewährleisten.
Solche adaptiven Energieabsorptionssysteme für Lenksäulen von Kraftfahrzeuglenkungen sind beispielsweise in den gattungsgemäßen Druckschriften US 8,033,574 B2 und US 6,877,775 B2 beschrieben. Um das Energieabsorptionsniveaus der Lenksäulenbaugruppe zu beeinflussen, ist dabei jeweils ein quer zur Bandlängsrichtung bewegliches Bauteil vorgesehen, welches in einer ersten Bauteilposition seitlich versetzt zum Energieabsorptionsband angeordnet ist und in einer zweiten Bauteilposition als Umlenkbolzen für das Energieabsorptionsband dient.
Diese Lenksäulenbaugruppen weisen allerdings quer zur Bandlängsrichtung und damit quer zur Längsachse der Lenkwelle einen großen Bauraumbedarf auf, der sich bei den üblicherweise recht beengten Bauraumverhältnissen im Bereich der Lenksäule als problematisch erweist.
Aufgabe der Erfindung ist, es eine Lenksäulenbaugruppe mit adaptiver Energieabsorption zu schaffen, die insbesondere quer zur Längsachse der Lenkwelle besonders kompakt baut.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Lenksäulenbaugruppe einer Kraftfahrzeuglenkung der eingangs genannten Art, bei der ein Schaltweg zwischen der Umlenkstellung und der Freigabestellung des Aktuatorelements geringer ist als die Bandbreite des Energieabsorptionsbands.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass der Schaltweg des Linearaktuators zur Veränderung eines Energieabsorptionsniveaus der Lenksäulenbaugruppe sehr gering, insbesondere geringer als die Breite des Energieabsorptionsbands sein kann.
Durch die geringe Bewegung des Aktuatorelements reduziert sich in vorteilhafter Weise sowohl der Bauraumbedarf quer zur Bandlängsrichtung als auch die Schaltzeit des Aktuatorelements. Schließlich steigt auch die kinetische Energie des Aktuatorelements aufgrund des kurzen Schaltwegs nicht übermäßig an, sodass sich das Aktuatorelement nach einer Betätigung des Linearaktuators mit geringem Aufwand wieder zuverlässig abbremsen lässt.
Der Linearaktuator ist bevorzugt ein elektrisch betätigbarer, pyrotechnischer Aktuator. Pyrotechnische Aktuatoren weisen besonders kurze Reaktions- und Schaltzeiten auf, sodass abhängig von vorgegebenen Randbedingungen auch bei unmittelbar bevorstehendem oder bereits sensorisch erfasstem Fahrzeugcrash noch eine erfolgreiche Adaption des Energieabsorptionsniveaus möglich ist.
Vorzugsweise bewegt der Linearaktuator das Aktuatorelement längs einer Betätigungsachse, wobei sich das Umlenkelement längs der Betätigungsachse von einem aktuatornahen ersten axialen Ende zu einem aktuatorfernen zweiten axialen Ende erstreckt.
In der Umlenkstellung des Aktuatorelements ist das erste axiale Ende des Umlenkelements quer zur Betätigungsachse insbesondere ausschließlich durch das Aktuatorelement am Mantelrohrgehäuse fixiert.
Hierbei kann sich das Aktuatorelement in seiner Umlenkstellung längs der Betätigungsachse vom Linearaktuator durch eine Öffnung einer an den Linearaktuator angrenzenden Gehäusewand des Mantelrohrgehäuses in eine Aussparung am ersten axialen Ende des Umlenkelements erstrecken. Auf diese Weise ist das Umlenkelement an seinem ersten axialen Ende zuverlässig am Mantelrohrgehäuse fixiert und kann über das Aktuatorelement mit geringem Aufwand relativ zum Mantelrohrgehäuse freigegeben werden.
Bevorzugt erstreckt sich das Umlenkelement längs der Betätigungsachse zwischen einer aktuatornahen ersten Gehäusewand des Mantelrohrgehäuses und einer aktuatorfernen zweiten Gehäusewand des Mantelrohrgehäuses. Die Gehäusewände können hierbei parallel zueinander angeordnet sein und sich im Wesentlichen senkrecht zur Betätigungsachse erstrecken. Das Energieabsorptionsband ist insbesondere zwischen den beiden Gehäusewänden angeordnet, sodass ein Abstand der Gehäusewände größer als die Bandbreite des Energieabsorptionsbands ist.
Gemäß einer Ausführungsform der Lenksäulenbaugruppe ist das zweite axiale Ende des Umlenkelements schwenkbar an der zweiten Gehäusewand gelagert. Diese Lagerung erlaubt ein einfaches Verdrehen des Umlenkelements von der Umlenkstellung in die Freigabestellung, ohne dass der Linearaktuator oder das Aktuatorelement aktiv auf das zweite axiale Ende des Umlenkelements einwirkt.
Das Umlenkelement kann hierbei einstückig mit der zweiten Gehäusewand ausgebildet sein. Dadurch reduziert sich in vorteilhafter Weise die Anzahl der Einzelbauteile. Alternativ ist jedoch auch denkbar, das Umlenkelement als separaten, schwenkbaren Umlenkstift auszuführen und drehbar am Mantelrohrgehäuse zu befestigen, um den Fertigungsaufwand für die zweite Gehäusewand zu reduzieren.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Lenksäulenbaugruppe greift das zweite axiale Ende des Umlenkelements in der Umlenkstellung des Aktuatorelements in eine Ausnehmung der zweiten Gehäusewand ein.
Hierbei kann das Aktuatorelement in seiner Umlenkstellung mit dem ersten axialen Ende des Umlenkelements in Richtung der Betätigungsachse lösbar verbunden sein. Diese lösbare Verbindung lässt sich beispielsweise durch Scherzapfen oder eine reibschlüssige Klemmung realisieren und ist insbesondere so ausgeführt, dass sie das Umlenkelement bei einer axialen Verschiebung des Aktuatorelements zunächst mitnimmt und dann an einem Axialanschlag des Umlenkelements gelöst wird.
Alternativ kann in dieser Ausführungsform der Lenksäulenbaugruppe ein Federelement vorgesehen sein, welches in der Umlenkstellung des Aktuatorelements das Umlenkelement längs der Betätigungsachse in Richtung zum Linearaktuator beaufschlagt. Das Umlenkelement stützt sich hierbei axial am Aktuatorelement ab und wird bei einer Betätigung des Linearaktuators vom Federelement aus der Ausnehmung der zweiten Gehäusewand gedrückt. Dadurch ist die Verbindung der beiden axialen Enden des Umlenkelements zum Mantelrohrgehäuse gelöst, sodass das Energieabsorptionsband bei einem Aufprall des Fahrzeuginsassen auf das Fahrzeuglenkrad am Umlenkelement nicht verformt wird und folglich ein verringertes Energieabsorptionsniveau bereitstellt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Lenksäulenbaugruppe ist in der Umlenkstellung des Aktuatorelements das zweite axiale Ende des Umlenkelements quer zur Betätigungsachse ausschließlich durch das Aktuatorelement an der zweiten Gehäusewand fixiert. Bei einer Betätigung des Linearaktuators lässt sich die Verbindung zwischen dem zweiten axialen Ende des Umlenkelements und dem Mantelrohrgehäuse entsprechend einfach und zuverlässig lösen.
In der Umlenkstellung erstreckt sich das Aktuatorelement dabei insbesondere längs der Betätigungsachse vom Linearaktuator durch eine Öffnung der ersten Gehäusewand sowie wenigstens eine Aussparung des Umlenkelements bis in eine Ausnehmung der zweiten Gehäusewand. Dadurch wird die Verbindung zwischen dem zweiten axialen Ende des Umlenkelements und der zweiten Gehäusewand bei einer Betätigung des Linearaktuators direkt und unmittelbar durch die Verschiebung des Aktuatorelements gelöst. Die axiale Abmessung und damit auch die zu bewegende Masse des Aktuatorelements sind allerdings in diesem Fall recht groß, sodass zum einen die Trägheit des Aktuatorelements bei einer Betätigung des Linearaktuators zunimmt und zum anderen gegebenenfalls aufwendigere konstruktive Sicherheitsmaßnahmen zum zuverlässigen Abbremsen des Aktuatorelements nötig sind.
Konkret kann das Aktuatorelement in dieser Ausführungsform der Lenksäulenbaugruppe eine Sollbruchstelle aufweisen, die in der Freigabestellung des Aktuatorelements axial zwischen der ersten Gehäusewand und dem ersten axialen Ende des Umlenkelements angeordnet ist. Bei einer Bewegung des Energieabsorptionsbands in Bandlängsrichtung infolge eines Insassenaufpralls auf das Fahrzeuglenkrad wird das Aktuatorelement folglich im Bereich der Sollbruchstelle abgeschert und damit das Umlenkelement quer zur Bandlängsrichtung freigegeben, ohne dass eine nennenswerte Umformung des Energieabsorptionsbands am Umlenkelement stattfindet.
Zusätzlich zu dem freigebbaren Umlenkelement weist die Lenksäulenbaugruppe bevorzugt noch ein weiteres Umlenkelement zum Umlenken des Energieabsorptionsbands auf, wobei das weitere Umlenkelement am Mantelrohrgehäuse befestigt ist und sich über die gesamte Breite des Energieabsorptionsbands erstreckt. Insbesondere erstreckt sich das Energieabsorptionsband in der Umlenkstellung des Aktuatorelements von seinem ersten Bandende zum weiteren Umlenkelement und dann über das freigebbare Umlenkelement bis zu seinem freien zweiten Bandende. Beispielsweise wird das Energieabsorptionsband an den beiden Umlenkelementen jeweils um etwa 180°, insbesondere um mehr als 180° umgelenkt. Bei einem Aufprall des Fahrzeuginsassen auf das Fahrzeuglenkrad wird am ersten Bandende eine Zugkraft aufgebracht und das Energieabsorptionsband in Bandlängsrichtung bewegt. Dabei wird Energie durch die plastische Verformung des Energieabsorptionsbands an den Umlenkelementen absorbiert und der Aufprall des Insassen gedämpft. In der Umlenkstellung des Aktuatorelements wird das Energieabsorptionsband an beiden Umlenkelementen verformt, sodass sich ein hohes Energieabsorptionsniveau ergibt. In der Freigabestellung des Aktuatorelements findet hingegen am freigebbaren Umlenkelement keine nennenswerte Verformung statt, sodass sich ein verringertes Energieabsorptionsniveau ergibt.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. In diesen zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Lenksäulenbaugruppe einer Kraftfahrzeuglenkung;
2 einen Längsschnitt der Lenksäulenbaugruppe gemäß 1;
3 einen Längsschnitt eines Mantelrohrgehäuses der Lenksäulenbaugruppe gemäß 2 mit montiertem Energieabsorptionsband;
4 ein Schnittdetail der erfindungsgemäßen Lenksäulenbaugruppe gemäß einer Ausführungsform;
5 eine perspektivische Detailansicht der Lenksäulenbaugruppe gemäß 4;
6 schematische Schnittdetails der erfindungsgemäßen Lenksäulenbaugruppe gemäß einer weiteren Ausführungsform;
7 schematische Schnittdetails der erfindungsgemäßen Lenksäulenbaugruppe gemäß einer weiteren Ausführungsform;
8 schematische Schnittdetails der erfindungsgemäßen Lenksäulenbaugruppe gemäß einer weiteren Ausführungsform;
9 schematische Schnittdetails der erfindungsgemäßen Lenksäulenbaugruppe gemäß einer weiteren Ausführungsform;
10 schematische Schnittdetails der erfindungsgemäßen Lenksäulenbaugruppe gemäß einer weiteren Ausführungsform; und
11 schematische Schnittdetails der erfindungsgemäßen Lenksäulenbaugruppe gemäß noch einer weiteren Ausführungsform.
Die 1 bis 5 zeigen eine Lenksäulenbaugruppe 10 einer Kraftfahrzeuglenkung gemäß einer Ausführungsform, mit einer Lenkwelle 12, welche sich in Richtung einer Längsachse A erstreckt, einem Mantelrohr 14, welches die Lenkwelle 12 in Umfangsrichtung umschließt und in axialer Richtung unverschieblich mit der Lenkwelle 12 verbunden ist, sowie einem Mantelrohrgehäuse 16, welches das Mantelrohr 14 in Umfangsrichtung umgibt und zumindest in axialer Richtung karosseriefest montiert ist.
Die Lenksäule erstreckt sich im Falle einer Zahnstangenlenkung des Kraftfahrzeugs von einem Fahrzeuglenkrad bis zu einem Ritzel, welches in eine Zahnstange der Kraftfahrzeuglenkung eingreift. Wie in den 1 und 2 dargestellt, umfasst die Lenksäule unter anderem die Lenkwelle 12, welche sich in axialer Richtung erstreckt und um die Längsachse A drehbar im Mantelrohr 14 gelagert ist.
Um die individuelle Einstellung einer Lenkradposition durch den Fahrer zu ermöglichen, ist die Lenksäule im vorliegenden Ausführungsbeispiel sowohl längs- als auch höhenverstellbar gelagert.
Gemäß den 1 und 2 ist ein vom Fahrer bedienbarer Hebel 18 vorgesehen, welcher eine Längs- und Höhenverstellung des Lenkrads in einer Verstellposition erlaubt und in einer Klemmposition verhindert.
Abgesehen von diesen bevorzugten, komplexeren Ausführungsformen, bei denen die Lenksäule längs- und/oder höhenverstellbar gelagert ist, betrifft die Erfindung im Allgemeinen natürlich auch einfachere Ausführungsformen, bei denen die Lenksäule weder längs- noch höhenverstellbar an der Fahrzeugkarosserie montiert ist.
Abgesehen von der Komfortfunktion einer auf den Fahrer individuell abstimmbaren Lenkradpositionierung weist die Lenksäulenbaugruppe 10 gemäß den 1 bis 5 auch eine gewisse Nachgiebigkeit in Richtung der Längsachse A auf, um die Insassensicherheit im Crash-Fall zu erhöhen.
Aus diesem Grund umfasst die Lenksäulenbaugruppe 10 ferner ein langgestrecktes, plastisch deformierbares Energieabsorptionsband 20, welches eine Bandbreite b aufweist und sich in Bandlängsrichtung von einem am Mantelrohr 14 befestigten ersten Bandende 22 bis zu einem freien zweiten Bandende 24 erstreckt, einen betätigbaren Linearaktuator 26 mit einem Aktuatorelement 28, welches quer zur Bandlängsrichtung zwischen einer unbetätigten Umlenkstellung gemäß 4 und einer betätigten Freigabestellung gemäß 5 bewegbar ist, sowie ein freigebbares Umlenkelement 30 zum Umlenken des Energieabsorptionsbands 20, welches sich über die gesamte Bandbreite b erstreckt.
Zwischen dem Umlenkelement 30 und dem Mantelrohrgehäuse 16 ist eine Verbindung vorgesehen, die in der Umlenkstellung des Aktuatorelements 28 das Umlenkelement 30 fest am Mantelrohrgehäuse 16 fixiert und die in der Freigabestellung des Aktuatorelements 28 gelöst oder zumindest geschwächt ist.
Ein Schaltweg s des Aktuatorelements 28 zwischen seiner Umlenkstellung und seiner Freigabestellung ist dabei geringer als die Bandbreite b des Energieabsorptionsbands 20.
Die Bandbreite b des Energieabsorptionsbands 20 beträgt vorzugsweise wenigstens 10 mm, wohingegen der Schaltweg s des Aktuatorelements 28 zwischen der Umlenkstellung und der Freigabestellung bevorzugt kleiner als 8 mm ist und insbesondere etwa 5–6 mm beträgt. Das Energieabsorptionsband 20 ist vorzugsweise ein Metallband, insbesondere ein Stahlband.
Wie in den 4 und 5 angedeutet, ist das Aktuatorelement 28 im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Lenksäulenbaugruppe 10 ein kleiner, leichter Aktuatorstift, der bei einer Betätigung des Linearaktuators 26 lediglich um einen Schaltweg s von wenigen Millimetern zwischen der Umlenkstellung und der Freigabestellung quer zur Bandlängsrichtung bewegt wird.
Dieser geringe Schaltweg s des Aktuatorelements 28 erlaubt eine besonders kompakte Konstruktion der Lenksäulenbaugruppe 10 quer zur Bandlängsrichtung und damit quer zur Längsachse A. Bei einer Betätigung des Linearaktuators 26 ermöglicht das Aktuatorelement 28 aufgrund seines geringen Gewichts ferner sehr kurze Schaltzeiten. Schließlich tragen der kurze Schaltweg sowie das geringe Gewicht auch dazu bei, dass die kinetische Energie des Aktuatorelements 28 während des Schaltvorgangs nicht übermäßig ansteigt und mit geringem Aufwand in einem stabilen Aufnahmeraum des Linearaktuators 26 zuverlässig abgebaut werden kann.
Gemäß den 4 und 5 ist der Linearaktuator 26 ein elektrisch betätigbarer, pyrotechnischer Aktuator, mit dem sich besonders kurze Reaktions- und Schaltzeiten realisieren lassen.
Bei einer Betätigung bewegt der Linearaktuator 26 das Aktuatorelement 28 längs einer Betätigungsachse X, welche senkrecht zur Bandlängsrichtung und damit senkrecht zur Längsachse A verläuft. Das Umlenkelement 30 erstreckt sich längs der Betätigungsachse X von einem aktuatornahen ersten axialen Ende 32 zu einem aktuatorfernen zweiten axialen Ende 34 sowie insbesondere zwischen einer aktuatornahen ersten Gehäusewand 38 des Mantelrohrgehäuses 16 und einer aktuatorfernen zweiten Gehäusewand 42 des Mantelrohrgehäuses 16.
In seiner Umlenkstellung gemäß 4 erstreckt sich das Aktuatorelement 28 vom Linearaktuator 26 längs der Betätigungsachse X durch eine Öffnung 36 der an den Linearaktuator 26 angrenzenden ersten Gehäusewand 38 bis in eine Aussparung 40 am ersten axialen Ende 32 des Umlenkelements 30. Folglich ist das Umlenkelement 30 an seinem ersten axialen Ende 32 quer zur Betätigungsachse X ausschließlich durch das Aktuatorelement 28 am Mantelrohrgehäuse 16 fixiert.
Anhand der 2 und 3 wird deutlich, dass die Lenksäulenbaugruppe 10 abgesehen vom freigebbaren Umlenkelement 30 ein weiteres Umlenkelement 35 zum Umlenken des Energieabsorptionsbands 20 aufweist. Das weitere Umlenkelement 35 ist als Umlenkbolzen ausgeführt, der sich über die gesamte Bandbreite b des Energieabsorptionsbands 20 erstreckt sowie dauerhaft und starr am Mantelrohrgehäuse 16 befestigt ist.
Das erste Bandende 22 des Energieabsorptionsbands 20 ist gemäß 2 über ein Kopplungselement 37 am Mantelrohr 14 befestigt.
Ausgehend vom ersten Bandende 22 erstreckt sich das Energieabsorptionsband 20 in der Umlenkstellung des Aktuatorelements 28 zunächst zum weiteren Umlenkelement 35 und dann über das freigebbare Umlenkelement 30 bis zum freien zweiten Bandende 24. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird das Energieabsorptionsband 20 dabei an beiden Umlenkelementen 30, 35 jeweils um etwa 180° umgelenkt.
Das Mantelrohr 14 ist mit Bezug auf die Längsachse A relativ zum karosseriefesten Mantelrohrgehäuse 16 axial verschieblich gelagert und über das Energieabsorptionsband 20 mit dem Mantelrohrgehäuse 16 gekoppelt. Beim Aufprall eines Insassen auf das Fahrzeuglenkrad findet eine axiale Relativverschiebung zwischen dem Mantelrohr 14 und dem Mantelrohrgehäuse 16 statt, wobei das Energieabsorptionsband 20 an den Umlenkelementen 30, 35 plastisch verformt wird und dabei kinetische Energie in Verformungs- bzw. Wärmeenergie umsetzt.
In der Umlenkstellung des Aktuatorelements 28 gemäß 4 wird das Energieabsorptionsband 20 bei einer axialen Verschiebung des Mantelrohrs 14 relativ zum Mantelrohrgehäuse 16 sowohl am freigebbaren Umlenkelement 30 als auch am weiteren Umlenkelement 35 plastisch verformt, sodass sich ein hohes Energieabsorptionsniveau ergibt. Dieses hohe Energieabsorptionsniveau ist beispielsweise bei einem schweren Fahrzeuginsassen und/oder bei einem Fahrzeuginsassen ohne angelegten Sicherheitsgurt besonders vorteilhaft.
In der Freigabestellung des Aktuatorelements 28 gemäß 5 wird das freigebbare Umlenkelement 30 bei einer Belastung durch das Energieabsorptionsband 20 verschwenkt. Folglich wird das Energieabsorptionsband 20 bei einer axialen Verschiebung des Mantelrohrs 14 relativ zum Mantelrohrgehäuse 16 nur noch am weiteren Umlenkelement 35 plastisch verformt, sodass sich ein vergleichsweise geringes Energieabsorptionsniveau einstellt, das sich beispielsweise für leichte Fahrzeuginsassen und/oder Fahrzeuginsassen mit angelegtem Sicherheitsgurt als besonders vorteilhaft erweist.
In der Ausführungsform der Lenksäulenbaugruppe 10 einer Kraftfahrzeuglenkung gemäß den 4 und 5 ist das zweite axiale Ende 34 des Umlenkelements 30 schwenkbar am Mantelrohrgehäuse 16, insbesondere an der zweiten Gehäusewand 42 des Mantelrohrgehäuses 16 gelagert, wobei das Umlenkelement 30 hier als separater, schwenkbarer Umlenkstift ausgeführt ist.
Das zweite axiale Ende 34 des Umlenkelements 30 bleibt gemäß 5 auch in der Freigabestellung des Aktuatorelements 28 schwenkbar mit dem Mantelrohrgehäuse verbunden, sodass bei einer Betätigung des Linearaktuators 26 keine unerwünschten, losen Bauteile entstehen.
Die 6 bis 11 zeigen weitere Ausführungsformen der Lenksäulenbaugruppe 10, welche sich mit Blick auf die generelle Funktionsweise sowie das allgemeine Konstruktionsprinzip nicht von der Lenksäulenbaugruppe 10 gemäß den 1 bis 5 unterscheiden, sodass diesbezüglich explizit auf die obigen Ausführungen verwiesen und nachfolgend hauptsächlich auf konstruktive Unterschiede eingegangen wird.
Dabei umfasst jede der 6 bis 11 drei Abbildungen, wobei jeweils die obere Abbildung die Lenksäulenbaugruppe 10 in einer Umlenkstellung des Aktuatorelements 28, die mittlere Abbildung die Lenksäulenbaugruppe 10 in einer Freigabestellung des Aktuatorelements 28 und die untere Abbildung die Lenksäulenbaugruppe 10 bei einer Verschiebung des Mantelrohrs 14 relativ zum Mantelrohrgehäuse 16 in der Freigabestellung des Aktuatorelements 28 zeigt.
Im Wesentlichen unterscheiden sich die Lenksäulenbaugruppen 10 gemäß den 6 bis 11 von der Ausführungsform gemäß den 1 bis 5 nur durch die Lagerung und Freigabe des freigebbaren Umlenkelements 30.
So ist das freigebbare Umlenkelement 30 der in 6 dargestellten Lenksäulenbaugruppe 10 im Gegensatz zur Ausführungsform gemäß den 1 bis 5 nicht als separater schwenkbarer Umlenkstift, sondern einstückig mit dem Mantelrohrgehäuse 16 ausgebildet, insbesondere mit der zweiten Gehäusewand 42 des Mantelrohrgehäuses 16.
In der Umlenkstellung des Aktuatorelements 28 (6, obere Abbildung) ist das erste axiale Ende 32 des Umlenkelements 30 quer zur Betätigungsachse X durch das Aktuatorelement 28 an der ersten Gehäusewand 38 des Mantelrohrgehäuses 16 fixiert.
Am zweiten axialen Ende 34 ist das Umlenkelement 30 einstückig mit der zweiten Gehäusewand 42 des Mantelrohrgehäuses 16 ausgeführt und daher quer zur Betätigungsachse X ebenfalls am Mantelrohrgehäuse 16 fixiert. Die zweite Gehäusewand 42 ist in diesem Ausführungsbeispiel eine Blechwand, aus der das Umlenkelement 30 ausgestanzt und umgebogen ist. Im Bereich des zweiten axialen Endes 34 des Umlenkelements 30 bildet sich ein plastisches Biegegelenk aus, wodurch das Umlenkelement 30 schwenkbar an der zweiten Gehäusewand 42 gelagert ist.
Bei einer Betätigung des Linearaktuators 26 wird das Aktuatorelement 28 von der Umlenkstellung entlang der Betätigungsachse X in die Freigabestellung (6, mittlere Abbildung) bewegt, wobei der Schaltweg s zwischen der Umlenkstellung und der Freigabestellung des Aktuatorelements 28 geringer ist als die Bandbreite b des Energieabsorptionsbands 20.
Wird nun das Mantelrohr 14 mit Bezug auf die Längsachse A relativ zum Mantelrohrgehäuse 16 axial verschoben, so entsteht im Energieabsorptionsband 20 eine Zugkraft in Bandlängsrichtung.
Da das erste axiale Ende 32 des Umlenkelements 30 in der Freigabestellung des Aktuatorelements 28 nicht mehr am Mantelrohrgehäuse 16 gehalten ist, wird das Umlenkelement 30 durch die axiale Zugkraft des Energieabsorptionsbands 20 um das zweite axiale Ende 34 verschwenkt (6, untere Abbildung). Das Energieabsorptionsband 20 ist somit im Bereich des Umlenkelements 30 nahezu frei beweglich; es erfolgt keine nennenswerte plastische Deformation durch das Umlenkelement 30.
Verglichen mit der Ausführungsform gemäß den 1 bis 5 lässt sich durch die einstückige Ausführung des Umlenkelements 30 mit der zweiten Gehäusewand 42 die Anzahl der Einzelbauteile in vorteilhafter Weise reduzieren. Allerdings ist die Herstellung der zweiten Gehäusewand 42 als Biegestanzteil mit einem deutlich erhöhten Fertigungsaufwand verbunden.
Die 7 zeigt eine weitere Ausführungsform der Lenksäulenbaugruppe 10, bei der das zweite axiale Ende 34 des Umlenkelements 30 analog zu den vorigen Ausführungsformen schwenkbar am Mantelrohrgehäuse 16, insbesondere an der zweiten Gehäusewand 42 des Mantelrohrgehäuses 16 gelagert ist.
Der einzige Unterschied zur Lenksäulenbaugruppe 10 gemäß den 1 bis 5 besteht darin, dass sich das Umlenkelement 30 in der Freigabestellung des Aktuatorelements 28 komplett vom Mantelrohrgehäuse 16 löst und nicht am zweiten axialen Ende 34 mit dem Mantelrohrgehäuse 16 verbunden bleibt.
Der Vorteil dieser Ausführungsform liegt in der konstruktiv besonders einfachen Lagerung des Umlenkelements 30 am zweiten axialen Ende 34. Nachteilig ist, dass das Umlenkelement 30 in der Freigabestellung des Aktuatorelements 28 vollständig freigegeben wird und sich undefiniert innerhalb der Lenksäulenbaugruppe 10 bewegen kann.
Die 8 und 9 zeigen zwei weitere Ausführungsformen der Lenksäulenbaugruppe 10, bei denen in der Umlenkstellung des Aktuatorelements 28 das zweite axiale Ende 34 des Umlenkelements 30 in eine Ausnehmung 44 des Mantelrohrgehäuses 16 eingreift.
Gemäß 8 ist das Aktuatorelement 28 in seiner Umlenkstellung mit dem ersten axialen Ende 32 des Umlenkelements 30 in Richtung der Betätigungsachse X lösbar verbunden. Die lösbare Verbindung ist hierbei durch Scherzapfen 46 realisiert, wobei jedoch auch eine reibschlüssige Klemmung denkbar wäre.
Bei einer Betätigung des Linearaktuators 26 wird das Aktuatorelement 28 aus seiner Umlenkstellung (8, obere Abbildung) in seine Freigabestellung (8, mittlere Abbildung) bewegt. Das Umlenkelement 30 wird dabei aufgrund der lösbaren Verbindung zunächst mitgenommen, wodurch das zweite axiale Ende 34 des Umlenkelements die Ausnehmung 44 verlässt und damit nicht mehr mit der zweiten Gehäusewand 42 des Mantelrohrgehäuses 16 verbunden ist. Die axiale Bewegung des Umlenkelements 30 wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch einen Axialanschlag an der ersten Gehäusewand 38 des Mantelrohrgehäuses 16 begrenzt, an dem das erste axiale Ende 32 des Umlenkelements 30 anschlägt. Das Aktuatorelement 28 wird weiter in Richtung zur Freigabestellung bewegt, sodass die Verbindung zwischen dem Aktuatorelement 28 und dem Umlenkelement 30 durch Abscheren der Scherzapfen 46 gelöst wird und das Aktuatorelement 28 die Aussparung 40 am ersten axialen Ende 32 des Umlenkelements 30 verlässt.
Folglich ist das Umlenkelement 30 in der Freigabestellung des Aktuatorelements 28 komplett freigegeben und kann sich undefiniert innerhalb der Lenksäulenbaugruppe 10 bewegen, wobei solche frei beweglichen Bauteile in der Regel unerwünscht sind.
Gemäß 9 ist ein Federelement 48 vorgesehen, welches in der Umlenkstellung des Aktuatorelements 28 das Umlenkelement 30 längs der Betätigungsachse X in Richtung zum Linearaktuator 26 beaufschlagt. Dieses Federelement 48 ersetzt die Scherzapfen 46 gemäß 8 und sorgt bei einer Bewegung des Aktuatorelements 28 von der Umlenkstellung in die Freigabestellung für eine axiale Bewegung des Umlenkelements 30 in Richtung zum Linearaktuator 26. Analog zu 8 verlässt das Umlenkelement 30 die Ausnehmung 44 in der zweiten Gehäusewand 42 und schlägt in einer axialen Endstellung aufgrund der Federbeaufschlagung an der ersten Gehäusewand 38 an.
Auch hier wird das Umlenkelement 30 in der Freigabestellung des Aktuatorelements 28 vollständig freigegeben und kann sich innerhalb der Lenksäulenbaugruppe 10 undefiniert bewegen.
Da das Umlenkelement 30 nach einer Betätigung des Linearaktuators 26 nicht unmittelbar vom Aktuatorelement 28 in die Freigabestellung mitgenommen, sondern erst durch die Federkraft bewegt wird, kann es in dieser Ausführungsform zu einer unerwünschten Verzögerung bei der Freigabe des Umlenkelements 30 kommen.
Die 10 und 11 zeigen zwei weitere Ausführungsformen der Lenksäulenbaugruppe 10, bei denen das zweite axiale Ende 34 des Umlenkelements 30 quer zur Betätigungsachse X ausschließlich durch das Aktuatorelement 28 an der zweiten Gehäusewand 42 des Mantelrohrgehäuses 16 fixiert ist.
In seiner Umlenkstellung erstreckt sich das Aktuatorelement 28 hierbei längs der Betätigungsachse X vom Linearaktuator 26 durch die Öffnung 36 der ersten Gehäusewand 38 sowie wenigstens einer Aussparung 40 des Umlenkelements 30 bis in eine Ausnehmung 44 der zweiten Gehäusewand 42 des Mantelrohrgehäuses 16, sodass das Umlenkelement 30 an beiden axialen Enden 32, 34 fest mit dem Mantelrohrgehäuse 16 verbunden ist.
Gemäß 10 ist das Umlenkelement 30 ein U-förmig gebogenes Blechstück mit einem an die erste Gehäusewand 38 angrenzenden Flansch 50, der das erste axiale Ende 32 des Umlenkelements 30 bildet, und einem gegenüberliegenden, an die zweite Gehäusewand 42 angrenzenden Flansch 52, der das zweite axiale Ende 34 des Umlenkelements 30 bildet, wobei die beiden Flansche durch einen Steg 54 zum Umlenken des Energieabsorptionsbands 20 verbunden sind.
In seiner Umlenkstellung (10, obere Abbildung) erstreckt sich das Aktuatorelement 28 durch Aussparungen 40 der beiden Flansche 50, 52 und verbindet das Umlenkelement 30 an beiden axialen Enden 32, 34 fest mit dem Mantelrohrgehäuse 16.
Das Aktuatorelement 28 weist in dieser Ausführungsform der Lenksäulenbaugruppe 10 einen Freigabeabschnitt 56 mit verringertem Querschnitt auf, wobei sich der Freigabeabschnitt 56 in der Umlenkstellung des Aktuatorelements 28 zwischen den beiden Flanschen 50, 52 befindet.
Bei einer Betätigung des Linearaktuators 26 wird das Aktuatorelement 28 zum Linearaktuator 26 hin bewegt und greift in seiner Freigabestellung (10, mittlere Abbildung) weder in die Ausnehmung 44 der zweiten Gehäusewand 42 noch in die Aussparung 40 des Flansches 52 ein, sodass das zweite axiale Ende 34 des Umlenkelements 30 nicht mehr mit dem Mantelrohrgehäuse 16 verbunden ist.
Der Freigabeabschnitt 56 des Aktuatorelements 28 erstreckt sich in der Freigabestellung durch die Aussparung 40 im Flansch 50. Zwischen der Aussparung 40 und einem freien Flanschende des Flansches 50 erstreckt sich ein Schlitz 58 mit einer Schlitzbreite, die größer als ein Querschnitt des Aktuatorelements 28 im Bereich des Freigabeabschnitts 56 und kleiner als ein Querschnitt des Aktuatorelements 28 außerhalb des Freigabeabschnitts 56 ist.
Bei einer Zugkraft in Bandlängsrichtung (10, untere Abbildung) kann sich das Umlenkelement 30 folglich auch an seinem ersten axialen Ende 32 über den Schlitz 58 vom Aktuatorelement 28 lösen, sodass das Umlenkelement 30 in der Freigabestellung des Aktuatorelements 28 vollständig freigegeben ist.
Gemäß 11 weist das Aktuatorelement 28 eine Sollbruchstelle 60 auf, die sich in der Umlenkstellung des Aktuatorelements 28 zwischen den beiden axialen Enden 32, 34 des Umlenkelements 30 befindet (11, obere Abbildung).
In der Freigabestellung des Aktuatorelements 28 ist die Sollbruchstelle 60 axial zwischen der ersten Gehäusewand 38 des Mantelrohrgehäuses 16 und dem ersten axialen Ende 32 des Umlenkelements 30 angeordnet (11, mittlere Abbildung).
Folglich ist auch in dieser Ausführungsform der Lenksäulenbaugruppe 10 lediglich ein kurzer Schaltweg s des Aktuatorelements 28 nötig, um die Verbindung zwischen dem Umlenkelement 30 und dem Mantelrohrgehäuse 16 in der Freigabestellung des Aktuatorelements 28 zu schwächen und bei einer Zugkraft des Energieabsorptionsbands 20 in Bandlängsrichtung zu lösen (11, untere Abbildung). Der Abscherwiderstand des Aktuatorelements 28 im Bereich der Sollbruchstelle 60 wird dabei üblicherweise so gewählt, dass er mit Blick auf eine Energieabsorption im Bereich des Umlenkelements 30 vernachlässigbar ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 8033574 B2 [0004]
US 6877775 B2 [0004]

Claims

Lenksäulenbaugruppe einer Kraftfahrzeuglenkung, mit einer Lenkwelle (12), die eine Längsachse (A) aufweist und um die Längsachse (A) drehbar ist, einem Mantelrohr (14), welches die Lenkwelle (12) in Umfangsrichtung umschließt und in axialer Richtung unverschieblich mit der Lenkwelle (12) verbunden ist, einem Mantelrohrgehäuse (16), welches das Mantelrohr (14) in Umfangsrichtung umgibt und in axialer Richtung karosseriefest montiert ist, einem langgestreckten, plastisch deformierbaren Energieabsorptionsband (20), das eine Bandbreite (b) aufweist und sich in Bandlängsrichtung sich von einem am Mantelrohr (14) befestigten ersten Bandende (22) bis zu einem freien zweiten Bandende (24) erstreckt, einem betätigbaren Linearaktuator (26) mit einem Aktuatorelement (28), welches quer zur Bandlängsrichtung zwischen einer Umlenkstellung und einer Freigabestellung bewegbar ist, sowie einem freigebbaren Umlenkelement (30) zum Umlenken des Energieabsorptionsbands (20), welches sich über die gesamte Bandbreite (b) erstreckt, wobei zwischen dem Umlenkelement (30) und dem Mantelrohrgehäuse (16) eine Verbindung vorgesehen ist, die in der Umlenkstellung des Aktuatorelements (28) das Umlenkelement (30) am Mantelrohrgehäuse (16) fixiert und in der Freigabestellung des Aktuatorelements (28) gelöst oder zumindest geschwächt ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schaltweg (s) zwischen der Umlenkstellung und der Freigabestellung des Aktuatorelements (28) geringer ist als die Bandbreite (b) des Energieabsorptionsbands (20).
Lenksäulenbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Linearaktuator (26) ein elektrisch betätigbarer, pyrotechnischer Aktuator ist.
Lenksäulenbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Linearaktuator (26) das Aktuatorelement (28) längs einer Betätigungsachse (X) bewegt, wobei sich das Umlenkelement (30) längs der Betätigungsachse (X) von einem aktuatornahen ersten axialen Ende (32) zu einem aktuatorfernen zweiten axialen Ende (34) erstreckt.
Lenksäulenbaugruppe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Umlenkstellung des Aktuatorelements (28) das erste axiale Ende (32) des Umlenkelements (30) quer zur Betätigungsachse (X) ausschließlich durch das Aktuatorelement (28) am Mantelrohrgehäuse (16) fixiert ist.
Lenksäulenbaugruppe nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Aktuatorelement (28) in seiner Umlenkstellung längs der Betätigungsachse (X) vom Linearaktuator (26) durch eine Öffnung (36) einer an den Linearaktuator (26) angrenzenden Gehäusewand (38) in eine Aussparung (40) am ersten axialen Ende (32) des Umlenkelements (30) erstreckt.
Lenksäulenbaugruppe nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Umlenkelement (30) längs der Betätigungsachse (X) zwischen einer aktuatornahen ersten Gehäusewand (38) des Mantelrohrgehäuses (16) und einer aktuatorfernen zweiten Gehäusewand (42) des Mantelrohrgehäuses (16) erstreckt.
Lenksäulenbaugruppe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite axiale Ende (34) des Umlenkelements (30) schwenkbar an der zweiten Gehäusewand (42) gelagert ist.
Lenksäulenbaugruppe nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Umlenkelement (30) einstückig mit der zweiten Gehäusewand (42) ausgebildet ist.
Lenksäulenbaugruppe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der Umlenkstellung des Aktuatorelements (28) das zweite axiale Ende (34) des Umlenkelements (30) in eine Ausnehmung (44) der zweiten Gehäusewand (42) eingreift.
Lenksäulenbaugruppe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Aktuatorelement (28) in seiner Umlenkstellung mit dem ersten axialen Ende (32) des Umlenkelements (30) in Richtung der Betätigungsachse (X) lösbar verbunden ist.
Lenksäulenbaugruppe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Federelement (48) vorgesehen ist, welches in der Umlenkstellung des Aktuatorelements (28) das Umlenkelement (30) längs der Betätigungsachse (X) in Richtung zum Linearaktuator (26) beaufschlagt.
Lenksäulenbaugruppe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der Umlenkstellung des Aktuatorelements (28) das zweite axiale Ende (34) des Umlenkelements (30) quer zur Betätigungsachse (X) ausschließlich durch das Aktuatorelement (28) an der zweiten Gehäusewand (42) fixiert ist.
Lenksäulenbaugruppe nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Aktuatorelement (28) in seiner Umlenkstellung längs der Betätigungsachse (X) vom Linearaktuator (26) durch eine Öffnung (36) der ersten Gehäusewand (38) sowie wenigstens eine Aussparung (40) des Umlenkelements (30) bis in eine Ausnehmung (44) der zweiten Gehäusewand (42) erstreckt.
Lenksäulenbaugruppe nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Aktuatorelement (28) eine Sollbruchstelle (60) aufweist, die in der Freigabestellung des Aktuatorelements (28) axial zwischen der ersten Gehäusewand (38) und dem ersten axialen Ende (32) des Umlenkelements (30) angeordnet ist.
Lenksäulenbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiteres Umlenkelement (30) zum Umlenken des Energieabsorptionsbands (20) vorgesehen ist, welches dauerhaft am Mantelrohrgehäuse (16) befestigt ist und sich über die gesamte Bandbreite (b) des Energieabsorptionsbands (20) erstreckt.