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HINTERGRUND
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Ein Lenksystem eines Fahrzeugs umfasst eine Lenksäulenanordnung, die an einem Armaturenbrett eines Fahrzeugs befestigt ist. Insbesondere kann die Lenksäulenanordnung ein Gehäuse umfassen, das an dem Armaturenbrett befestigt ist. Das Gehäuse stützt eine oder mehrere Lenkwellen, die ein Lenkrad mit einer anderen Komponente des Lenksystems verbinden. Die Lenkwelle kann sich bezüglich des Gehäuses drehen.
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Während eines Frontalaufpralls des Fahrzeugs kann ein Insasse auf die Lenksäulenanordnung, z. B. das Lenkrad, aufprallen. Es verbleiben Möglichkeiten zur Konstruktion einer Lenksäulenanordnung, die Energie aus dem Aufprall des Insassen auf die Lenksäulenanordnung absorbieren kann.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine perspektivische Ansicht eines Fahrzeugs, das eine Lenksäulenanordnung umfasst.
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2 ist eine perspektivische Ansicht der Lenksäulenanordnung.
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3A ist eine Querschnittsansicht der Lenksäulenanordnung ohne Vorliegen einer Aufprallkraft.
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3B ist eine Querschnittsansicht der Lenksäulenanordnung in einer ersten Phase der Energieabsorption.
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3C ist eine Querschnittsansicht der Lenksäulenanordnung in einer zweiten Phase der Energieabsorption.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Mit Bezug auf die Figuren, in denen gleiche Zahlen über die verschiedenen Ansichten hinweg gleiche Teile angeben, umfasst eine Lenksäulenanordnung 10 für ein Fahrzeug 12 ein Gehäuse 14, das eine Bohrung 16 definiert, die sich entlang einer Achse A erstreckt. Eine erste Welle 18 ist in der Bohrung 16 angeordnet und eine zweite Welle 20 steht teleskopisch mit der ersten Welle 18 in Eingriff und ist entlang der Achse A bezüglich des Gehäuses 14 bewegbar. Ein Keil 22 ist an der zweiten Welle 20 fixiert und von dem Gehäuse 14 beabstandet.
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Während eines Frontalaufpralls des Fahrzeugs 12 kann ein Insasse des Fahrzeugs 12 in eine Vorwärtsrichtung gedrückt werden und auf die Lenksäulenanordnung 10 aufprallen. Die erste Welle 18 und die zweite Welle 20 können sich während des Aufpralls des Insassen auf die Lenksäulenanordnung 10 zur Absorption von Energie von dem Insassen teleskopisch ineinander einschieben. Dieses teleskopische Einschieben der ersten Welle 18 und der zweiten Welle 20 gestattet, dass sich der Insasse nach vorne bewegt, während gleichzeitig Energie von dem Insassen zur Dämpfung des Aufpralls zwischen dem Insassen und der Lenksäule absorbiert wird. Darüber hinaus bewegt sich der Keil 22, während sich die erste Welle 18 und die zweite Welle 20 teleskopisch ineinander einschieben, zu dem Gehäuse 14 hin. Wenn sich der Keil 22 dem Gehäuse 14 annähert, berührt der Keil 22 das Gehäuse 14 und verformt das Gehäuse 14 zur Absorption von Energie von dem Insassen. Anders ausgedrückt absorbiert die Lenksäulenanordnung 10 Energie von dem Insassen in zwei Phasen. Insbesondere gestattet in einer ersten Phase das teleskopische Einschieben der ersten Welle 18 und der zweiten Welle 20, dass sich der Insasse nach vorne bewegt und Energie von dem Insassen absorbiert wird, und in einer zweiten Phase wird durch die Verformung des Gehäuses 14 durch den Keil 22 Energie von dem Insassen absorbiert. Bei dieser Konfiguration können die erste Phase und die zweite Phase der Energieabsorption unabhängig eingestellt werden.
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Mit Bezug auf 1 umfasst das Fahrzeug 12 ein Lenksystem 24, das die Lenksäulenanordnung 10 umfasst. Das Fahrzeug 12 kann ein Armaturenbrett 26 umfassen, das die Lenksäulenanordnung 10 stützt. Insbesondere kann das Armaturenbrett 26 mit dem Gehäuse 14 verbunden sein und dieses stützen.
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Das Lenksystem 24 kann ein mechanisches System sein. Bei solch einer Konfiguration kann das Lenksystem 24 ein Zahnstangengetriebe 28 umfassen, das mit der zweiten Welle 20 gekoppelt ist. Insbesondere kann eine Zwischenwelle 30 die erste Welle 18 mit dem Zahnstangengetriebe 28 verbinden. Das Lenksystem 24 kann eine Servolenkungspumpe 32, die mit dem Zahnstangengetriebe 28 verbunden ist, und andere geeignete Komponenten typischer Lenksysteme umfassen. Bei einer anderen Konfiguration kann das Lenksystem 24 ein elektrisches System oder ein mechanisch-elektrisches System, z. B. ein Drive-by-Wire-System, sein.
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Mit Bezug auf 1 umfasst die Lenksäulenanordnung 10 ein Lenkrad 34. Das Lenkrad 34 kann jeglicher geeigneter Art und aus einem beliebigen geeigneten Material gebildet sein.
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Die Lenksäulenanordnung 10 umfasst eine Lenkradstütze 36, die an der zweiten Welle 20 fixiert ist. Die Lenkradstütze 36 stützt das Lenkrad 34 und kann das Lenkrad 34 mit der zweiten Welle 20 verbinden. Die Lenkradstütze 36 ist auf eine beliebige geeignete Art und Weise, z. B. durch Schweißen, Befestigen usw., an der zweiten Welle 20 fixiert. Die Lenkradstütze 36 kann eine Verkleidung (nicht gezeigt) stützen.
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Die Lenkradstütze 36 ist von dem Gehäuse 14 beabstandet, wenn sich die zweite Welle 20 bezüglich der ersten Welle 18 in einer herausgeschobenen Stellung befindet, wie im Folgenden angeführt wird, d.h. vor dem Aufprall des Insassen auf die Lenksäulenanordnung 10. Die Lenkradstütze 36 bewegt sich bezüglich des Gehäuses 14, z. B. bewegt sich die Lenkradstütze 36 auf das Gehäuse 14 zu, wenn der Insasse auf die Lenksäulenanordnung 10 aufprallt. Insbesondere kann sich die Lenkradstütze 36 zusammen mit der zweiten Welle 20 als eine Einheit bewegen.
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Die Lenkradstütze 36 kann sich in einer Richtung quer zur Achse A erstrecken. Die Lenkradstütze 36 kann mehrere Flansche 38 und/oder Befestigungsbereiche zum Ineingriffbringen von Komponenten, z. B. dem Lenkrad 34, einer Haube, einer Verkleidung usw., mit der zweiten Welle 20 umfassen. Die Lenkradstütze 36 kann aus einem beliebigen geeigneten Material, z. B. Kunststoff, Metall usw., gebildet sein.
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Die zweite Welle 20 kann einen Bolzen 40 aufweisen, der sich von der Lenkradstütze 36 erstreckt und dazu konfiguriert ist, das Lenkrad 34 zu stützen. Der Bolzen 40 kann ein mit einer Keilverzahnung versehenes Ende 42 zum Stützen des Lenkrads 34 umfassen.
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Wie oben angeführt wird, stehen die erste Welle 18 und die zweite Welle 20 teleskopisch in Eingriff. Anders ausgedrückt weist bzw. weisen die erste Welle 18 und/oder die zweite Welle 20 eine Wellenbohrung 44 auf, die die jeweils andere Welle – die erste Welle 18 oder die zweite Welle 20 – aufnimmt. Insbesondere kann die erste Welle 18 eine Wellenbohrung 44 definieren und die zweite Welle 20 in der Wellenbohrung 44 aufnehmen, wie in 3A–C gezeigt wird. Alternativ dazu kann die zweite Welle 20 die Wellenbohrung 44 definieren und die erste Welle 18 aufnehmen (nicht gezeigt).
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Mit Bezug auf 3A–C ist die zweite Welle 20 entlang der Achse A bezüglich der ersten Welle 18 bewegbar, wenn der Insasse auf die Lenksäulenanordnung 10 aufprallt. Insbesondere schiebt sich die erste Welle 18 teleskopisch in die Wellenbohrung 44 der zweiten Welle 20 ein, wenn sich die zweite Welle 20 zur ersten Welle 18 hin bewegt. Anders ausgedrückt kann die zweite Welle 20 bezüglich der ersten Welle 18 aus einer herausgeschobenen Stellung, die in 3A gezeigt wird, d.h. vor dem Aufprall des Insassen auf die Lenksäulenanordnung 10, in eine hineingeschobene Stellung, die in 3B gezeigt wird, bewegen, wenn der Insasse auf die Lenksäulenanordnung 10 aufprallt.
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Die erste Welle 18 und die zweite Welle 20 stehen in der Wellenbohrung 44 in Reibeingriff. Somit wird durch die Reibung wischen der ersten Welle 18 und der zweiten Welle 20 während des teleskopischen Einschiebens der ersten Welle 18 und der zweiten Welle 20 Energie von dem Insassen absorbiert, um den Aufprall zwischen dem Insassen und der Lenksäulenanordnung 10 zu dämpfen. Beispielsweise kann das teleskopische Einschieben der ersten Welle 18 und der zweiten Welle 20 ineinander dazu konfiguriert sein, eine Reibkraft von 3000–5000 N zu erzeugen. Vor dem Eingriff des Keils 22 mit dem Gehäuse 14 definieren das teleskopische Einschieben der ersten Welle 18 und der zweiten Welle 20 und die Reibenergieabsorption zwischen der ersten Welle 18 und der zweiten Welle 20 die erste Phase der Zweiphasenenergieabsorption. Die zweite Phase der Energieabsorption, die im Folgenden weiter beschrieben wird, erfolgt beim Eingriff des Keils 22 mit dem Gehäuse 14.
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Die während des teleskopischen Einschiebens der ersten Welle 18 und der zweiten Welle 20 ineinander zwischen der ersten Welle 18 und der zweiten Welle 20 erzeugte Reibung kann durch Ändern der Eigenschaften, z. B. des Materials, der Oberflächenstruktur, der Form usw. der ersten Welle 18 und/oder der zweiten Welle 20 gestaltet werden. Somit ist die Menge an Energie, die durch die Anordnung absorbiert werden kann, einstellbar.
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Eine Insasseneingabe an das Lenkrad 34, z. B. eine Drehung des Lenkrads 34, kann durch die erste Welle 18 und die zweite Welle 20 auf andere Komponenten des Lenksystems 24, z. B. die Zwischenwelle 30, das Zahnstangengetriebe 28 und so weiter, übertragen werden. Die erste Welle 18 und die zweite Welle 20 können aus einem beliebigen geeigneten Material, z. B. Metall, Stahl usw., hergestellt sein.
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Wie oben angeführt wird, kann das Gehäuse 14 mit dem Armaturenbrett 26 verbunden sein. Insbesondere kann das Gehäuse 14 mehrere Befestigungsbereiche 46 zur Befestigung an dem Armaturenbrett 26, z. B. mit Federn, Bolzen usw., umfassen. Das Gehäuse 14 kann durch Einstellung vom Insassen, z. B. Einstellung nach oben oder unten und Vorziehen/Zurückschieben bezüglich des Armaturenbretts 26, bezüglich des Armaturenbretts 26 eingestellt werden.
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Das Gehäuse 14 umfasst einen ersten Endpunkt 48 und einen zweiten Endpunkt 50, der gegenüber dem ersten Endpunkt 48 angeordnet ist. Die erste Welle 18 kann sich von dem Gehäuse 14 über den ersten Endpunkt 48 hinaus erstrecken, und die zweite Welle 20 kann sich von dem Gehäuse 14 über den zweiten Endpunkt 50 hinaus erstrecken. Der zweite Endpunkt 50 weist zu dem Keil 22 und dem Lenkrad 34, und der erste Endpunkt 48 kann zum Armaturenbrett 26 weisen.
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Wie oben angeführt wird, definiert das Gehäuse 14 die Bohrung 16. Die Bohrung 16 kann sich durch den ersten Endpunkt 48 und den zweiten Endpunkt 50 erstrecken. Die Bohrung 16 des Gehäuses 14 kann einen zylinderförmigen Umfang oder einen Umfang mit einer beliebigen geeigneten Form aufweisen. Die erste Welle 18 und die zweite Welle 20 können bezüglich des Gehäuses 14 drehbar sein. Insbesondere können die erste Welle 18 und die zweite Welle 20 durch das Gehäuse 14 auf eine beliebige geeignete Art und Weise dahingehend gestützt werden, eine Relativdrehung zwischen den Wellen 18, 20 und dem Gehäuse 14, z. B. Lager usw., zu gestatten.
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Mindestens ein Abschnitt des Gehäuses 14, beispielsweise der zweite Endpunkt 50, kann beispielsweise aus einem Kohlefaserverbundstoff gebildet sein. Der Kohlefaserverbundstoff kann in einer Epoxidmatrix imprägnierte Kohlenstoffkurzfaser umfassen. Als ein weiteres Beispiel kann mindestens ein Abschnitt des Gehäuses 14 aus Metall, beispielsweise Aluminium, Stahl, Magnesium usw., gebildet sein. Das Gehäuse 14 kann aus einer einzigen Materialart gebildet sein oder alternativ dazu können Komponenten des Gehäuses 14 aus verschiedenen Materialarten gebildet sein. Das Material des Gehäuses 14 kann die Energieabsorptionsfähigkeit der Lenksäulenanordnung 10 in der zweiten Phase der Energieabsorption beeinflussen. Das Material des Gehäuses 14, z. B. das Material des zweiten Endpunkts 50, kann dahingehend gewählt werden, die Energieabsorptionsfähigkeit der Lenksäulenanordnung 10 einzustellen.
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Wie oben angeführt wird, ist der Keil 22 an der zweiten Welle 20 fixiert. Insbesondere kann der Keil 22 eine Keilbohrung 52 definieren, die sich entlang der Achse A erstreckt und die zweite Welle 20 in der Keilbohrung 52 entlang der Achse A aufnimmt. Jedoch kann der Keil 22 an einer beliebigen geeigneten Stelle angeordnet sein.
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Der Keil 22 ist zwischen der Lenkradstütze 36 und dem Gehäuse 14 angeordnet. Beispielsweise umfasst der Keil 22 ein erstes Ende 54 und ein zweites Ende 56, das von dem ersten Ende 54 entlang der Achse A beabstandet ist. Das erste Ende 54 weist zu der Lenkradstütze 36, und das zweite Ende 56 weist zu dem Gehäuse 14. Das erste Ende 54 des Keils 22 kann beispielsweise an der Lenkradstütze 36 anliegen, so dass die Lenkradstütze 36 den Keil 22 zu dem Gehäuse 14 hin drückt, während sich die erste Welle 18 und die zweite Welle 20 in die eingeschobene Stellung bewegen. Der Keil 22 kann, z. B. durch Verstiften usw., an der Lenkradstütze 36 und/oder an der zweiten Welle 20 befestigt sein.
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Wie oben angeführt wird, ist der Keil 22 mit der zweiten Welle 20 bewegbar, während sich die erste Welle 18 und die zweite Welle 20 in die eingeschobene Stellung bewegen. Während sich der Keil 22 mit der zweiten Welle 20 in die eingeschobene Stellung bewegt, bewegt sich der Keil 22 aus einer von dem Gehäuse 14 beabstandeten ausgerückten Stellung in eine mit dem Gehäuse 14 in Berührung stehende eingerückte Stellung.
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Der Keil 22 befindet sich bei Normalbetrieb des Fahrzeugs 12, z. B. wenn kein Insassenaufprall vorliegt, in der ausgerückten Stellung, d.h. von dem Gehäuse 14 beabstandet. Ein Abstand des Keils 22 von dem Gehäuse 14 in der ausgerückten Stellung kann dahingehend konstruiert sein, die Energieabsorption während der ersten Phase der Energieabsorption einzustellen. Beispielsweise kann der Abstand des Keils 22 von dem Gehäuse 14 in der ausgerückten Stellung 100 mm betragen. Als ein weiteres Beispiel schieben sich die erste Welle 18 und die zweite Welle 20 teleskopisch umso weiter ineinander ein, je weiter der Keil 22 in der ausgerückten Stellung von dem Gehäuse 14 beabstandet ist, und umso mehr Reibung wird zur Ableitung der Aufprallkraft F vor dem Eingriff des Keils 22 mit dem zweiten Endpunkt 50 des Gehäuses 14 erzeugt.
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Der Keil 22 befindet sich in der eingerückten Stellung, wenn sich die erste Welle 18 und die zweite Welle 20 teleskopisch ineinander einschieben, und der Keil 22 bewegt sich zu dem Gehäuse 14 hin und gelangt mit dem zweiten Endpunkt 50 des Gehäuses 14 in Eingriff. Beispielsweise erstreckt sich der Keil 22 in der eingerückten Stellung in den zylinderförmigen Umfang des zweiten Endpunkts 50 und gelangt mit diesem in Eingriff. Der Keil 22 ist dazu konfiguriert, das Gehäuse 14 bei Eingriff mit dem Gehäuse 14 zu verformen. Beispielsweise kann der Keil 22 den zweiten Endpunkt 50 von der Achse A weg, z. B. durch Biegen, Ablösen, Abspalten usw., verformen, wie in 3C gezeigt wird. Somit wird in der zweiten Phase der Energieabsorption durch den Eingriff des Keils 22 mit dem zweiten Endpunkt 50 des Gehäuses 14 die durch den Insassenaufprall auf die Lenksäulenanordnung 10 erzeugte Kraft F absorbiert. In der zweiten Phase der Energieabsorption kann die durch den Insassenaufprall auf die Lenksäulenanordnung 10 erzeugte Kraft F auch durch durch das teleskopische Einschieben der ersten Welle 18 und der zweiten Welle 20 ineinander erzeugte Reibung absorbiert werden.
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Der Keil 22 kann konisch sein oder eine beliebige geeignete Form aufweisen. Der Keil 22 kann Rippen 58 umfassen. Die Rippen 58 können sich beispielsweise entlang der Achse A erstrecken. Der Keil 22 kann sich zu dem zweiten Ende 56 hin entlang der Achse A verjüngen. Beispielsweise können sich die Rippen 58 zu dem zweiten Ende 56 hin entlang der Achse A verjüngen. Der Keil 22 kann aus einem beliebigen geeigneten Material, wie z. B. Metall, z. B. Aluminium, Stahl usw., gebildet sein.
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Wie oben angeführt wird, absorbiert die Lenksäulenanordnung 10 Energie in zwei Phasen während des Insassenaufpralls auf die Lenksäulenanordnung 10. Während der ersten Phase der Energieabsorption schieben sich die erste Welle 18 und die zweite Welle 20 teleskopisch ineinander ein, während sich der Keil 22, der eingangs von dem Gehäuse 14 beabstandet ist, zu dem Gehäuse 14 hin bewegt. In der ersten Phase der Energieabsorption wird Energie aus dem Insassenaufprall auf die Lenksäulenanordnung 10 durch die Reibung absorbiert, die zwischen der ersten Welle 18 und der zweiten Welle 20 erzeugt wird, während sie sich jeweils teleskopisch ineinander einschieben. Danach verformt der Keil 22 bei Eingriff des Keils 22 mit dem zweiten Endpunkt 50 des Gehäuses 14 in der zweiten Phase der Energieabsorption das Material des zweiten Endpunkts 50, während sich die erste Welle 18 und die zweite Welle 20 weiter teleskopisch ineinander einschieben, um die Reibung zu erzeugen. In der zweiten Phase der Energieabsorption wird somit die Energie aus dem Insassenaufprall auf die Lenksäulenanordnung 10 durch die Materialverformung durch den Keil 22 und die zwischen der ersten Welle 18 und der zweiten Welle 20 erzeugte Reibung absorbiert. Die Zweiphasenenergieabsorptionsfähigkeit der Lenksäulenanordnung 10 dämpft den Aufprall des Insassen auf die Lenksäulenanordnung 10 und erhöht die Menge an Energie, die durch die Lenksäulenanordnung 10 absorbiert werden kann.
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Die Offenbarung ist veranschaulichend beschrieben worden und es versteht sich, dass die verwendete Terminologie der Beschreibung und nicht Einschränkung dienen soll. Viele Modifikationen und Variationen der vorliegenden Offenbarung sind angesichts der obigen Lehren möglich, und die Offenbarung kann anders als speziell beschrieben in die Praxis umgesetzt werden.
