DE10219437C1

DE10219437C1 - Lenksäulenanordnung für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE10219437C1
Application number: DE2002119437
Authority: DE
Inventors: Martin Garzke
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2002-05-02
Filing date: 2002-05-02
Publication date: 2003-08-14
Anticipated expiration: 2022-05-03

Abstract

Um eine Lenksäulenanordnung für ein Kraftfahrzeug, welche bei einer Stoßeinwirkung unter Energieaufnahme verkürzbar ist, mit einem an der Karosserie befestigten Mantelrohr, einer hierzu innen drehbar und konzentrisch angeordneten Lenkspindel und einem Energieabsorptionselement, welches mit mindestens einer Windung um eine Trägerachse gewickelt ist, die sich bei der Stoßeinwirkung relativ zum Energieabsorptionselement bewegt und dieses dabei verformt, zur Verfügung zu stellen, bei der die Sicherheit der Fahrzeuginsassen erhöht wird, wird vorgeschlagen, daß bei der Stoßeinwirkung das Element von der Trägerachse sowohl ab- als auch aufgewickelt wird, wobei der Abstand zwischen den beiden Enden des Energieabsorptionselements und die Windungsanzahl konstant bleiben.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lenksäulenanordnung für ein Kraftfahrzeug, welche bei einer Stoßeinwirkung unter Ener gieaufnahme verkürzbar ist, mit einem an einer Karosserie be festigten Mantelrohr, einer hierzu innen drehbar und konzen trisch angeordneten Lenkspindel und einem Energieabsorptions element, welches mit mindestens einer Windung um eine Träger achse gewickelt ist, die sich bei der Stoßeinwirkung relativ zum Energieabsorptionselement bewegt und dieses dabei verformt.

Eine solche Lenksäulenanordnung ist beispielsweise aus der EP 0 662 414 A1 bekannt. Diese Lenksäulenanordnung umfaßt ein teleskopierbares Mantelrohr, eine hierzu innen drehbar und kon zentrisch angeordnete Lenkspindel und ein Energieabsorptions element. Das bekannte Energieabsorptionselement besteht aus einem Draht, welcher mit dem einen Ende um eine Trägerachse gewickelt ist und mit dem anderen Ende an einem Sicherungsele ment befestigt ist. Bei einem Aufprall bewegt sich die Träger achse vom Sicherungselement weg und erzeugt so eine Spannung im Draht. Diese Spannung bewirkt eine Abwicklung des Drahtes, wodurch der Draht deformiert wird und einen Widerstand erzeugt. Dabei wird Aufprallenergie absorbiert.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lenksäulenanordnung für ein Kraftfahrzeug der eingangs genann ten Art zu schaffen, welche die Sicherheit für die Fahrzeugin sassen erhöht.

Diese Aufgabe wird durch eine Lenksäulenanordnung mit den Merk malen des Anspruchs 1 gelöst. Die erfindungsgemäße Lenksäulen anordnung weist ein Crashelement auf. Dieses Crashelement besteht aus einem Energieabsorptionselement, welches um eine Trägerachse gewickelt ist, und dessen beide Enden mit einem bestimmten Abstand voneinander angeordnet sind. Bei einer Stoß einwirkung bewegt sich die Trägerachse relativ zu den beiden Enden des Energieabsorptionselements, welches dadurch gleich zeitig auf- und abgewickelt wird. Da die Windungsanzahl während des gesamten Vorgangs konstant bleibt, findet die Absorption der Aufprallenergie durch eine kontinuierliche Deformation des Energieabsorptionselements statt. Mit anderen Worten wird durch das erfindungsgemäße Crashelement Energie durch Formänderungs arbeit absorbiert. Dadurch wird eine Energieabsorption auf gleichem Niveau sichergestellt. Im Vergleich zum Stand der Technik liegt dieses Niveau jedoch höher, weil jede Abwicklung einen Aufwicklungsvorgang erzwingt. Dadurch werden jeweils zwei Bereiche des Energieabsorptionselements gleichzeitig defor miert. Mit der Erfindung kann demnach der Bauraum für ein Crashelement einer Lenksäulenanordnung erheblich reduziert werden.

Um die Wirkungsweise der vorliegenden Erfindung zu gewährlei sten, ist es wichtig, daß die beiden Drahtenden einerseits und die Trägerachse andererseits an zwei sich im Falle einer Stoß einwirkung relativ zueinander bewegenden Teilen angeordnet sind. Da die beiden Drahtenden an sich nicht zueinander relativ beweglichen Punkten befestigt sind, bleibt deren Abstand während der Stoßeinwirkung konstant, während sich die Träger achse entlang des Drahtes bewegt.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß das Crashelement einfach und mit wenigen Teilen umgesetzt werden kann.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu ent nehmen. Gemäß einer Ausführungsform läßt sich die Absorption der Aufprallenergie bzw. die Widerstandskraft einerseits über den Querschnitt des Energieabsorptionselements und andererseits über dessen Material variieren. Der Querschnitt des Energieab sorptionselements kann kreisförmig sein. Er kann aber auch, je nach den Erfordernissen und Platzverhältnissen, andere zweckmä ßige Querschnitte annehmen, wie beispielsweise viereckig. Der Querschnitt kann über seine Länge konstant sein. Es ist aber auch denkbar, daß sich der Querschnitt des Energieabsorptions elements in Bewegungsrichtung der Trägerachse verändert, beispielsweise erweitert. Ein sich in Bewegungsrichtung der Trägerachse erweiternder Querschnitt bewirkt einen progressiven Kraftverlauf und somit eine Zunahme der Energieabsorption über die Länge des Energieabsorptionselements. Mögliche Energieab sorptionselemente können z. B. ein Draht, Blechstreifen etc. sein. Bei der Materialwahl des Energieabsorptionselements sind beispielsweise Metalle oder Kunststoffe denkbar. Es sind aber auch andere Arten und Materialien von Energieabsorptionselemen ten möglich, die geeignete Verformungseigenschaften aufweisen.

In einer weiteren Ausführungsform ist die Trägerachse drehbar gelagert. Dies hat den Vorteil, daß beim Ab- und Aufwickelvor gang fast ausschließlich Rollreibung auftritt und das Niveau der Energieabsorption besser kalkuliert werden kann, weil lediglich die Formänderungsarbeit und die Rollreibung berück sichtigt werden müssen. Die Trägerachse kann aber auch fest angeordnet sein. Dadurch tritt beim Ab- und Aufwickeln zusätz liche Reibung sowohl zwischen der Trägerachse und dem Energie absorptionselement als auch zwischen den einzelnen Windungen auf. Diese Reibung erhöht die Absorption der Aufprallenergie, indem sie der Stoßeinwirkung einen höheren Widerstand entgegen setzt. Folglich kann das Energieabsorptionselement bei gleicher Energieabsorption kürzer und damit platzsparender ausgestaltet werden.

Die Trägerachse ist vorliegend zylindrisch ausgebildet. Dies bringt den Vorteil mit sich, daß der Ab- und Aufwickelvorgang im Falle einer fest angeordneten Trägerachse konstanter abläuft als im Falle einer nicht zylindrisch ausgebildeten Trägerachse. Außerdem ist eine zylindrische Trägerachse einfach und kosten günstig herzustellen. Selbstverständlich kann die Trägerachse auch einen anderen Querschnitt, wie beispielsweise einen vier- oder mehreckigen Querschnitt, aufweisen.

In einer weiteren Ausführungsform sind die Enden des Energieab sorptionselements am äußeren Mantelrohr befestigt. Sie können aber auch fahrzeugfest angeordnet sein. Die Trägerachse kann an der Antriebseinheit befestigt sein. Es sind aber auch andere Anordnungen denkbar, solange bei einer Stoßeinwirkung eine Relativbewegung zwischen den Enden des Energieabsorptionsele ments und der Trägerachse stattfinden kann. Die Befestigung der Enden des Energieabsorptionselements kann form-, kraft- oder stoffschlüssig erfolgen, d. h. die Verbindung kann durch Kleben, Schweißen, Klemmen, Verösen etc. realisiert werden.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß die Windungsanzahl des Energieabsorptionselements auf eine Windung reduziert werden kann. Dadurch findet keine Reibung zwischen den Windungen des Energieabsorptionselements statt und auch die Reibung zwischen Energieabsorptionselement und Träger achse wird minimiert. Zudem ist die zur Verformung des Energie absorptionselements geleistete Formänderungsarbeit während des gesamten Ab- und Aufwickelvorgangs konstant, so daß das Niveau der Energieabsorption leichter zu berechnen ist.

Im folgenden wird die erfindungsgemäße Lenksäulenanordnung anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Lenksäulenanord nung mit einem erfindungsgemäßen Crashelement sowie

Fig. 2a, b schematische Darstellungen des erfindungsgemäßen Crashelements gemäß Fig. 1.

Die in Fig. 1 dargestellte Lenksäulenanordnung besteht aus einem fahrzeugfest angeordneten äußeren Mantelrohr 1 und einem teleskopförmig in dem äußeren Mantelrohr 1 verschiebbaren inne ren Mantelrohr 2. In den Mantelrohren 1, 2 ist eine nicht dargestellte Lenkspindel gelagert, an der ein ebenfalls nicht dargestelltes Lenkrad befestigt ist. Zur Ausführung der Tele skopbewegung von Lenkspindel und Mantelrohr 1, 2 ist eine Längsspindel 3 vorgesehen, die entlang der Mantelrohre 1, 2 angeordnet ist. Mit ihrem einen Ende ist die Längsspindel 3 an dem dem Lenkrad zugewandten Ende des inneren Mantelrohrs 2 angelenkt. Das andere Ende der Längsspindel 3 wirkt mit einer am äußeren Mantelrohr 1 angeordneten Antriebseinheit 4 zusam men. Wenn die Längsspindel 3 als Gewindespindel ausgeführt ist, kann eine Verstellung sehr einfach über ein Drehen der Längs spindel 3 erfolgen. Die Teleskopbewegung dient der Längsver stellung der Lenksäulenanordnung, mit deren Hilfe der Fahrer die Position des Lenkrads an seine eigenen Bedürfnisse anpassen kann und trägt somit zum Komfort des Fahrers bei.

Desweiteren ist die Lenksäulenanordnung mit einem Crashele ment 5 versehen. Das Crashelement 5 weist ein Energieabsorp tionselement 6 auf, welches um eine drehbar gelagerte Träger achse 7 gewickelt ist. Das Energieabsorptionselement 6 ist bei dieser Ausführungsform ein Draht. Es sind aber auch andere Energieabsorptionselemente 6 möglich, wie beispielsweise dünne Blechstreifen, etc. An den Enden 8 des Drahtes 6 ist jeweils ein Abschnitt 9 flachgepreßt (siehe auch Fig. 2a, 2b), um den Draht 6 mittels geeigneter Befestigungselemente, wie beispiels weise Schrauben, fest mit dem äußeren Mantelrohr 1 zu verbin den. Hierzu sind an dem äußeren Mantelrohr 1 zwei Befesti gungspunkte 11 angegossen, an denen die flachen Abschnitte 9 des Drahtes 6 festgeschraubt sind. Als zusätzliche Sicherungs maßnahme gegen Verrutschen können die beiden Drahtenden 8 jeweils hinter den Befestigungspunkten 11 umgebogen werden. Durch diese Befestigung werden freie Schwingungen der Enden 8 im Fahrbetrieb unterbunden, wodurch mögliche akustische Effekte wirkungsvoll vermieden werden können. Die Trägerachse 7 ist in der dargestellten Ausführungsform mit einer Halterung 12 an der Antriebseinheit 4 befestigt und ist zylinderförmig ausgebildet.

Fig. 2a und 2b zeigen schematische Darstellungen des Crashele ments 5. Wie bereits ausgeführt, ist in dieser Ausführungsform das Energieabsorptionselement 6 ein Draht. Er ist mit zwei Win dungen, wie aus Fig. 2b ersichtlich, um die zylinderförmige Trägerachse 7 gewickelt. Es sind auch mehrere Windungen denk bar, beispielsweise drei oder vier. Durch die Anzahl der Windungen läßt sich der Grad der Energieabsorption einstellen. Die Trägerachse 7 ist drehbar gelagert und über eine Halte rung 12 zwischen den beiden Drahtenden 8 festgelegt, beispiels weise, wie in Fig. 1 dargestellt, an der Antriebseinheit 4.

Im folgenden wird nun die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Lösung anhand des dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Durch eine Stoßeinwirkung, die beispielsweise durch einen Ober körperaufprall auf das Lenkrad entsteht, schiebt sich das innere Mantelrohr 2 durch eine Crashkraft F_C in das äußere Mantelrohr 1. Über die am inneren Mantelrohr 2 befestigte Längsspindel 3 wird die Crashkraft F_C auf die Antriebseinheit 4 übertragen, dessen nicht dargestellten Halterungen so dimensio niert sind, daß sie ab einer bestimmten Kraft aus ihren Anbin dungspunkten reißen, wonach sich die Antriebseinheit 4 entlang der Mantelrohrachsen verschiebt. Gleichzeitig bewegt sich die ortsfest an der Antriebseinheit 4 angebrachte Trägerachse 7 des Crashelements 5 relativ zu den Enden 8 des Drahtes 6 (Pfeil A). Da die beiden Drahtenden 8 auf dem äußeren Mantelrohr 1 befe stigt sind, bleibt der Abstand zwischen den beiden Enden 8 während der Stoßeinwirkung konstant. Durch die Relativbewegung der Trägerachse 7 zu den Drahtenden 8, wird der Draht 6 auf der Trägerachse 7 sowohl ab- als auch aufgewickelt. Die gleichzei tige Ab- und Aufwicklung läuft kontinuierlich ab. Sobald sich die Trägerachse 7 durch die Stoßeinwirkung entlang der Mantel rohre 1, 2 verschiebt, bewirkt dies zwangsweise sowohl eine Abwicklung als auch eine Aufwicklung des Drahtes 6. Bei diesem Ab- und Aufwickelvorgang wird der Draht 6 verformt. Die dazu benötigte Kraft stellt einen Widerstand für die Verschiebung der Antriebseinheit 4 entlang der Mantelrohre 1, 2 dar, der von der Crashkraft F_C überwunden werden muß. Dabei wird Aufprall energie absorbiert, wodurch der Aufprall des Fahrers gedämpft wird.

Beim Ab- und Aufwickelvorgang tritt Reibung sowohl zwischen Draht 6 und Trägerachse 7 als auch zwischen den einzelnen Win dungen auf. Dies stellt einen zusätzlichen Widerstand für die Verschiebung der Antriebseinheit 4 dar, der von der Crashkraft F_C überwunden werden muß. Dadurch wird zusätzliche Aufprall energie absorbiert.

Um die Wirkungsweise der vorliegenden Erfindung zu gewähren, ist es wichtig, daß die beiden Drahtenden 8 einerseits und die drehbar gelagerte Trägerachse 7 andererseits an zwei sich im Falle einer Stoßeinwirkung relativ zueinander bewegenden Teilen angeordnet sind. Da die beiden Drahtenden 8 an sich nicht zueinander relativ beweglichen Punkten 11 befestigt sind, bleibt deren Abstand während der Stoßeinwirkung konstant, während sich die Trägerachse 7 entlang des Drahtes 6 bewegt. In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Draht enden 8 am äußeren Mantelrohr 1, einem im Aufprall unbewegli chen Teil, und die Trägerachse 7 an der Antriebseinheit 4, einem im Aufprall beweglichen Teil, befestigt. Es ist aber auch denkbar die beiden Drahtenden 8 fahrzeugfest anzuordnen. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Drahtenden 8 an einem im Aufprall beweglichen Teil und die Trägerachse 7 an einem im Aufprall unbeweglichen Teil anzuordnen.

Claims

1. Lenksäulenanordnung für ein Kraftfahrzeug, welche bei einer Stoßeinwirkung unter Energieaufnahme ver kürzbar ist, mit
einem an einer Karosserie befestigten Mantelrohr (1, 2),
einer hierzu innen drehbar und konzentrisch angeordneten Lenkspindel und
einem Energieabsorptionselement (6), welches mit mindestens einer Windung um eine Träger achse (7) gewickelt ist,
die sich bei der Stoßeinwirkung relativ zum Energieab sorptionselement (6) bewegt und dieses dabei verformt,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei der Stoßeinwirkung das Energieabsorptionsele ment (6) von der Trägerachse (7) sowohl ab- als auch aufge wickelt wird, wobei der Abstand zwischen den beiden Enden (8) des Energieabsorptionselements (6) und die Windungsanzahl konstant bleiben.

2. Lenksäulenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Energieabsorptionselements (6) kreisförmig ausgebildet ist.

3. Lenksäulenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Energieabsorptionselements (6) über seine Länge konstant ist.

4. Lenksäulenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Energieabsorptionselement (6) ein Draht ist.

5. Lenksäulenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Energieabsorptionselement (6) ein Blechstreifen ist.

6. Lenksäulenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerachse (7) drehbar gelagert ist.

7. Lenksäulenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerachse (7) fest angeordnet ist.

8. Lenksäulenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden (8) des Energieabsorptionselements (6) am äußeren Mantelrohr (1) befestigt sind.

9. Lenksäulenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden (8) des Energieabsorptionselements (6) fahr zeugfest angeordnet sind.

10. Lenksäulenanordnung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerachse (7) an einer Antriebseinheit (4) zur Längsverstellung der Lenkspindel befestigt ist.