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Die Erfindung betrifft Lenkrad mit einem monolithischen Lenkradgrundkörper, der einen Zentralbereich zur Befestigung des Lenkrads an einem Lenkmechanismus, einen Lenkradkranz und zumindest eine Speiche aufweist, deren erstes Speichenende an den Zentralbereich und deren zweites Speichenende an den Lenkradkranz grenzt.
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Moderne Lenkräder für Personenkraftzeuge enthalten einen Lenkradgrundkörper (auch als Lenkradskelett bezeichnet), der einstückig aus Magnesium oder Aluminium in einem Druckgußverfahren hergestellt. Sie werden im Fahrzeug schräg zur Horizontalen angeordnet.
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In Zusammenhang mit Lenkrädern von Kraftfahrzeugen existieren unterschiedliche Tests, welche die neu konstruierten Lenkräder bestehen müssen. Zum einen werden Ermüdungsdefekte getestet. Hierbei ist es wünschenswert, dass die Lenkräder, insbesondere die Lenkradskelette einer hohen Dauerbelastung standhalten.
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Außerdem ist es notwendig, dass die Lenkräder, insbesondere die Lenkradskelette eine angepasste Biegesteifigkeit aufweisen, da im Crashtest der durch die Speichen abgestützte Lenkradkranz nur einen genormten Widerstand gegen einen Körperkontakt mit einem Dummy bieten darf.
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Um dies zu erreichen, muss die Speiche oft so ausgelegt werden, dass sie sich verbiegen bzw. abknicken kann. Insbesondere im Verbindungsbereich der Speichen mit dem Lenkradkranz darf die Speiche jedoch nicht brechen.
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Bei der Gestaltung von Lenkrädern, deren Lenkradgrundkörper (auch als Lenkradskelett bezeichnet) in einem Spritzgießverfahren hergestellt wird, kann es sich als schwierig erweisen, die Speichen so zu gestalten, dass sie diese Anforderungen erfüllen, insbesondere wenn noch Schalterelemente daran anzubringen und bestimmte Anforderung an das Erscheinungsbild zu erfüllen sind.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Lenkrad zu schaffen, das die Anforderungen erfüllt.
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Für ein Lenkrad der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass im Bereich des ersten Speichenendes ein Vorsprung ausgebildet ist, der ein Kippen der Speiche zu dem Zentralbereich hin auf ein vorbestimmtes Maß begrenzt.
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Hierdurch kann verhindert werden, dass die Speiche sich bei einem Aufprall auf den Lenkradkranz so weit verbiegt, dass sie am Lenkradkranz abreißt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist bevorzugt, dass der Vorsprung an der Speiche auf ihrer dem Zentralbereich zugewandten Seite ausgebildet ist. Hierdurch kann der Vorsprung an einer Stelle des Lenkradgrundkörpers angeordnet werden, an der andere Lenkradkomponenten nicht behindert werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist bevorzugt, dass im Bereich des ersten Speichenendes an dem Zentralbereich ein Anschlag, insbesondere in Form einer Koppeleinrichtung für ein Airbagmodul, ausgebildet ist, derart, dass ein Spalt zwischen dem Vorsprung und dem Anschlag besteht.
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Hierdurch sind nur geringe Veränderungen am Zentralbereich erforderlich. Außerdem kann der Weg, um den sich die Speiche im Crashfall bewegen darf, auf einfache Weise durch Festlegung der Spaltweite festgelegt werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist bevorzugt, dass sich der Vorsprung quer zur Hauptbaurichtung des ersten Speichenabschnittes nur über weniger als ein Drittel der Breite des ersten Speichenabschnitts erstreckt und, vorzugsweise mittig angeordnet ist. Hierdurch kann die angestrebte Wirkung besonders materialsparend erreicht werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist bevorzugt, dass die Speiche einen ersten Speichenabschnitt aufweist, wobei die Hauptbaurichtung des ersten Speichenabschnitts und die Hauptbauebene des Zentralbereichs einen Winkel β einschließen, der zwischen 40° und 80°, vorzugsweise zwischen 50° und 75°, beträgt.
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Hierdurch wirkt der Ansatzbereich der Speiche an dem Zentralbereich wie ein Scharnier, das im Crashfall bei einer Krafteinwirkung auf den Lenkradkranz ein Kippen bzw. Klappen der Speiche am Ansatzbereich gestattet, aber ein Abscheren oder Abbrechen verhindert. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist bevorzugt, dass die Speiche einen ersten Speichenabschnitt und einen zweiten Speichenabschnitt aufweist, wobei die Hauptbaurichtung des ersten Speichenabschnitts und die Hauptbaurichtung des zweiten Speichenabschnittes einen Winkel α einschließen, der zwischen 30° und 70°, vorzugsweise zwischen 40° und 60° beträgt.
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Hierdurch wirkt der Übergangsbereich der Speiche zwischen dem ersten Speichenabschnitt und einen zweiten Speichenabschnitt wie ein Scharnier, das im Crashfall ein Klappen der Speiche bzw. der beiden Speichenbereiche zueinander gestattet, so dass die Speiche bei einer Krafteinwirkung auf den Lenkradkranz nachgeben kann, aber ein Abscheren oder Abbrechen vom Lenkradkranz verhindert wird.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist bevorzugt, dass die Speiche entlang ihrer Hauptbaurichtungen im Wesentlichen S-förmig ausgebildet ist, also ihren Krümmungsverlauf von ihrem Ansatzpunkt am Zentralbereich zu ihrer Ansatzstelle am Lenkradkranz mehrfach, insbesondere von einer Krümmung entgegen dem Uhrzeigersinn zu einer Krümmung im Uhrzeigersinn und wieder zu einer Krümmung entgegen dem Uhrzeigersinn ändert.
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Hierdurch kann die Speiche bei einer Krafteinwirkung auf den Lenkradkranz nachgeben, aber ein Abscheren oder Abbrechen vom Lenkradkranz wird verhindert.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist bevorzugt, dass im Übergangsbereich von dem ersten Speichenabschnitt zu dem zweiten Speichenabschnitt zumindest eine Verstärkungsstruktur ausgebildet ist, die sich entlang der der Hauptbaurichtungen der Speiche auf ihrer, dem Zentralbereich zugewandten Seite erstreckt.
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Da durch die beschriebene Gestaltung der Speiche bei einer Krafteinwirkung auf den Lenkradkranz die Außenseiten der beiden Speichenabschnitte zu einander klappen, wobei der Übergangsbereich zwischen dem ersten Speichenabschnitt und einen zweiten Speichenabschnitt wie ein Scharnier wirkt, entstehen dabei Zugspannungen auf der Innenseite der Speiche an diesem Übergangsbereich. Durch das Vorsehen der Verstärkungsstruktur kann die Steiffigkeit und somit das Biegeverhalten bzw. der Widerstand gegen die Krafteinwirkung am Lenkradkranz eingestellt werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist bevorzugt, dass an dem zweiten Speichenabschnitt zumindest eine Aufnahmestelle bzw. Koppeleinrichtung für Bedienelemente ausgebildet ist.
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Hierdurch wird eine zuverlässige Anbindung der erforderlichen Bedienelemente an den Lenkradgrundkörper ermöglicht.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist bevorzugt, dass an dem zweiten Speichenabschnitt zumindest eine Ausnehmung vorgesehen ist.
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Hierdurch wird eine Gewichts- und Materialeinsparung am Lenkradgrundkörper ermöglicht. Auch kann das Biegeverhalten der Speiche zusätzlich justiert werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist bevorzugt, dass eine zumindest zwei Speichen vorgesehen sind, wobei diese im Einbauzustand des Lenkrades bei 0° Lenkeinschlag mit dem Lenkradkranz vorzugsweise bei 90° und bei 270° verbunden sind. Denkbar ist eine weiter Speiche bei 180°, also unten.
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Hierdurch ist eine sichere Anbindung von Zentralbereich an den Lenkradkranz möglich.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist bevorzugt, dass Lenkradgrundkörper eine Umschäumung aufweist und optional mit einer Ummantelung (vorzugsweise aus Leder und/ oder Holz) zumindest des Lenkradkranzes und/oder (Teile) der Speiche versehen ist, wobei vorzugsweise Bedienelemente, eine Lenkradheizung und/ oder Sensoreinrichtung vorgesehen sind. Auch ein Airbagmodul ist vorzugsweise vorgesehen.
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Hierdurch kann ein Lenkrad geschaffen werden, das die modernen Anforderungen and Bedienfreundlichkeit und Sicherheit erfüllt.
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Weitere Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Im Folgenden werden weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Verweis auf die Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
- 1 eine schematische Teilansicht (von unten) einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lenkrades;
- 2 eine perspektivische Teilansicht der Ausführungsform des Lenkradgrundkörpers des erfindungsgemäßen Lenkrades;
- 3 eine seitliche Teilansicht der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lenkrades; und
- 4 eine schematische Ansicht des Lenkradgrundkörpers des erfindungsgemäßen Lenkrades während eines Aufpralltestes.
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In 1 ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lenkrades schematisch dargestellt. Wie gezeigt, ist der nachfolgend näher beschriebene Lenkradgrundkörper 1 im Bereich seiner Haupt-speichen (im Folgenden: Speiche) 5, seiner optionalen Hilfsspeichen 5a und des Lenkradkranzes mit einer Umschäumung 17 versehen. Deren Oberfläche kann noch ganz oder teilweise mit einer Ummantelung, vorzugsweise aus Leder und/ oder Holz versehen sein.
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An den Speichen kann das Lenkrad 1 mit diversen Bedienelementen 19 ausgerüstet sein. Auch können eine Lenkradheizung und/ oder Sensoreinrichtung am Lenkradkranz 4 vorgesehen werden. Schließlich kann ein Airbagmodul 18 das Lenkrad 1 komplettieren. Wie in 3 gezeigt, ist der Lenkradgrundkörper 2 monolithisch als Leichtmetallgußteil, vorzugsweise aus Aluminium- oder Magnesiumlegierung, gefertigt und weist in seiner Mitte eine Nabe 20 auf, über die das Lenkrad 1 an einer Lenkstange oder einem Lenkmechanismus befestigbar ist.
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Mittig durch die Nabe erstreckt sich die gedachte Lenkachse L. Senkrecht zu dieser erstreckt sich eine Hauptbauebene Ez des Zentralbereichs 3 des Lenkradgrundkörpers 2. In der Hauptbauebene Ez schließen sich seitlich von dem Zentralbereich 3 zumindest eine, vorzugsweise 2, gegebenenfalls auch drei oder vier Speichen 5 an, die den Lenkradkranz 4 tragen.
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In der dargestellten Ausführungsform sind die Speichen 5 im Wesentlichen S-förmig geformt, also weisen einen Krümmungsverlauf von ihrem Ansatzbereich 6a am Zentralbereich 3 zu ihrer Ansatzstelle 7a am Lenkradkranz 4 mehrfach, insbesondere von einer Krümmung entgegen dem Uhrzeigersinn zu einer Krümmung im Uhrzeigersinn und wieder zu einer Krümmung entgegen dem Uhrzeigersinn ändert.
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Hierdurch kann die Speiche 5, wie nachfolgend anhand von 4 näher erläutert, bei einer Krafteinwirkung auf den Lenkradkranz 4 nachgeben, aber ein Abscheren oder Abbrechen vom Lenkradkranz 4 wird verhindert.
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Im Detail ist vorgesehen, dass die Speiche 5 einen ersten Speichenabschnitt 11 aufweist, wobei die Hauptbaurichtung H1 des ersten Speichenabschnitts 11 und die Hauptbauebene Ez des Zentralbereichs 3 einen Winkel β einschließen, der zwischen 40° und 80°, vorzugsweise zwischen 50° und 75°, beträgt. In der dargestellten Ausführungsform beträgt der Winkel β = 70°.
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Weiterhin ist vorgesehen, dass die Speiche anschließend an den ersten Speichenabschnitt 11 einen zweiten Speichenabschnitt 12 aufweist, wobei die Hauptbaurichtung H1 des ersten Speichenabschnitts 11 und die Hauptbaurichtung H2 des zweiten Speichenabschnittes 12 einen Winkel α einschließen, der zwischen 30° und 70°, vorzugsweise zwischen 40° und 60° beträgt. In der dargestellten Ausführungsform beträgt der Winkel α = 50°.
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Wie in den 1 bis 4 gezeigt, ist im Bereich 6 des ersten Speichenendes ein Vorsprung 8 ausgebildet, der ungefähr mittig auf der Innenseite der Speiche 5 hervorsteht. Dieser Vorsprung ist vorzugsweise amboßartig ausgebildet. Ihm gegenüber ist ebenfalls im Bereich 6 des ersten Speichenendes an dem Zentralbereich 3 ein Anschlag 9 ausgebildet. Zwischen dem an der Speiche 5 geformten Vorsprung 8 und dem Anschlag 9 ist ein Spalt 13 vorhanden. Dieser kann keilförmig oder mit parallelen Spaltwänden ausgebildet sein. Die Weite des Spaltes 13 zwischen dem Vorsprung 8 und dem Anschlag 9 bestimmt das Maß, um das der erste Speichenabschnitt 11 um seinen Ansatzbereich 6a zu dem Zentralbereich 3 hin kippen kann, wenn auf die Speiche 5 (vom Lenkradkranz 4 her) eine Druckkraft aufgebracht wird.
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Vorzugsweise kann die Rückseite einer Koppeleinrichtung 10 für ein Airbagmodul, insbesondere eines an dem Zentralbereich vorgesehenen Rasthakens, als Anschlag 9 fungieren oder gestaltet werden.
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Wie am Besten in den 2 und 3 ersichtlich, ist im Übergangsbereich von dem ersten Speichenabschnitt 11 zu dem zweiten Speichenabschnsitt 12 zumindest eine Verstärkungsstruktur 14 ausgebildet ist, die sich entlang der der Hauptbaurichtungen H1, H2 der Speiche 5 auf ihrer, dem Zentralbereich 3 zugewandten (Innen-)Seite erstreckt.
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Durch die Anzahl (drei in der gezeigten Ausführungsform) und die jeweilige Breite und Höhe der vorgesehenen Verstärkungsstrukturen 14 kann die Steifigkeit und somit das Biegeverhalten bzw. der Widerstand gegen die Krafteinwirkung am Lenkradkranz 4 eingestellt werden.
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In 4 ist zur weiteren Erläuterung der Erfindung ein Aufpralltest, bei dem ein Dummykörper D auf den Lenkradkranz 4 eines Lenkradgrundkörpers 2 des erfindungsgemäßen Lenkrades 1 auftrifft, dargestellt.
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Der gezeigte Aufprall des Dummykörpers D verursacht eine starke Krafteinwirkung auf den Lenkradkranz 4, wodurch sich dieser vorherrschend in Richtung der Lenkachse L verformt. Am Ansatzpunkt 7a des oberen Speichenabschnittes 12 trifft diese Kraft auf die Speiche 5. Bei einer herkömmlichen Speiche ist zumindest theoretisch ein Bruch an einem der Ansetzstellen 6a oder 7a denkbar, wenn die Speiche 5 übermäßig gebogen werden.
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Durch das erfindungsgemäße Vorsehen eines Biegekontrollgliedes 8, nämlich dem Vorsprung, kann der Speichenbruch in den kritischen Regionen verhindert werden. Indem die Abwinklung der Speiche an ihren Ansatzstellen 6a und 7a beschränkt wird, können über die Streckgrenze des Materials hinausgehende Spannungen an den Außenbereichen der beigebelasteten Ansatzstellen 6a und 7a der Speiche 5 vermieden werden.
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Zur Aufnahme der einwirkenden Kraft wird ein kontrolliertes Umbiegen der Speiche 5 an dem Übergangsbereich von dem ersten Speichenabschnitt 11 zu dem zweiten Speichenabschnitt 12 herbeigerufen. Durch die beschriebene Gestaltung der Speiche 5 werden bei einer Krafteinwirkung auf den Lenkradkranz 4 die Außenseiten der beiden Speichenabschnitte 11, 12 zu einander klappen, wobei der Übergangsbereich zwischen dem ersten Speichenabschnitt 11 und einen zweiten Speichenabschnitt 12 wie ein Scharnier wirkt. Hierzu trägt auch der Winkel α zwischen den Hauptbaurichtungen H1 und H2 der Speiche bei.
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Die Verstärkungsstrukturen 14 werden vorgesehen, um das Biegeverhalten aufgrund der entstehenden Zugspannungen an diesem Übergangsbereich einzustellen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lenkrad
- 2
- Lenkradgrundkörper
- 3
- Zentralbereich des Lenkradgrundkörpers
- 4
- Lenkradkranz
- 5
- Speiche
- 6
- Erstes Speichenende
- 7
- Zweites Speichenende
- 8
- Vorsprung
- 9
- Anschlag
- 10
- Koppeleinrichtung
- 11
- Erster Speichenabschnitt
- 12
- Zweiter Speichenabschnitt
- 13
- Spalt
- 14
- Verstärkungsstruktur
- 15
- Koppelstelle/Aufnahme für Bedienelemente
- 16
- Ausnehmung
- 17
- Umschäumung /Ummantelung
- 18
- Airbagmodul
- 19
- Bedienelement/ Schalter
- 20
- Hub
- D
- Dummykörper
- L
- Lenkachse
- B
- Breite der Speiche
- Ez
- Hauptbauebene des Zentralbereichs
- H1
- Hauptbaurichtung H1 des ersten Speichenabschnitts 11
- H2
- Hauptbaurichtung H2 des zweiten Speichenabschnitts 12
- V
- Verformungsrichtung
