DE10242527A1

DE10242527A1 - Lenksäulen-Stützgehäuse

Info

Publication number: DE10242527A1
Application number: DE10242527A
Authority: DE
Inventors: Nicholas James Gianaris; Atiya M Ahmad; Alan C Johnston
Original assignee: Visteon Global Technologies Inc
Current assignee: Visteon Global Technologies Inc
Priority date: 2001-09-13
Filing date: 2002-09-12
Publication date: 2003-04-10
Also published as: US6692026B2; US20030047929A1; GB2379637B; GB0215085D0; GB2379637A

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Lenksäulenstützgehäuse aus einem Polymerverbundmaterial mit einem Lenkrohr und einem Montageträger mit einem Befestigungsloch. Das Lenksäulenstützgehäuse und der Montageträger weisen eine Vielzahl an Fasern innerhalb eines Verbundmaterials auf. Die Art und die Länge der Vielzahl von Fasern, innerhalb des Verbundmaterials, die Ausrichtung jeder Schicht der Vielzahl von Fasern und die Zusammensetzung des Verbundmaterials sind dabei für mindestens eines von vielen Anforderungsmerkmalen des Lenksäulenstützgehäuses optimiert.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Lenksäulen und im Speziellen auf ein Lenksäulenstützgehäuse, hergestellt aus einem Polymerverbund.
Lenksäulenstützen und -gehäuse, im folgenden Lenksäulenstützgehäuse, sind Bauteile, die genutzt werden, um darin verschiedene Teile unterzubringen und/oder zu stützen, die benötigt werden, ein Fahrzeug zu kontrollieren und zu steuern.
Ein Lenksäulenstützgehäuse enthält gewöhnlich eine oder mehrere Lenksäulen, eine Lenkwelle, einen Neigungskopf, einen teleskopartigen Mechanismus, eine Schlüsselzündung, eine Sicherheitskreiseinheit, einen Kabelstrang und einen Säulenverschiebungsmechanismus. Die Primärfunktionen eines Lenksäulenstützgehäuse sind:

1. Stützen der Lenksäule in einem Fahrzeug;
2. Unterstützung der Neigung und/oder des teleskopartigen Ineinanderschiebens der Lenksäule; und
3. Dämpfung eines Aufpralls bei einem Unfall.

Lenksäulenstützgehäuse weisen darüber hinaus auch Platz für einen Kabelstrang auf, unterstützen einen Säulenverschiebungsmechanismus, unterstützen die Sicherheitskreiseinheit und unterstützen die Schlüsselzündung.
Die zur Zeit erhältlichen Lenksäulenstützgehäuse verwenden gewöhnlich ein Formmetallgehäuse, das mit Klammern (Haltewinkeln) am Armaturenbrett und/oder an Querträgern bzw. Querbalken eines Fahrzeugs angebracht wird. Abhängig von der Art der Lenksäule (einsteckbar, schrägstellende, ineinanderschiebare) und ihrem Verhalten bei einem Unfall (Abbruch oder internes Zusammenstauchen), variiert die Befestigung des Lenksäulenstützgehäuses am Fahrzeug stark. Für optimale Leistung werden Gehäuse entworfen, welche auf der einen Seite die Forderungen an Gewicht, NVH (Geräusch, Erschütterung und Härte) erfüllen und auf der anderen Seite die Ziele im Energiemanagement bei einem Unfall erreichen, die an eine Lenksäule gestellt werden.
Die aktuellen Trends im Design von Lenksäulenstützgehäusen ähneln denen anderer Bereiche des Fahrzeugdesigns. Leichtere, stärkere, leichter herzustellende Materialien wurden erfunden um das gegenwärtige Design von Lenksäulenstützgehäusen zu steigern und um Teileigenschaften zu verbessern. Daraus können stärkere, sicherere Fahrzeuge resultieren, die zudem noch Ziele der Brennstoffersparnis erreichen können.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine steifere aber auch leichteres Lenksäulenstützgehäuse mit einem verbesserten Energiemanagement im Falle eines Unfalls und mit verbesserten NVH Eigenschaften (Geräusch, Vibration und Härte) zu schaffen. Es ist folglich auch Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verstärkte Faser zu schaffen, welche sich besonders als Material zur Schaffung eines Lenksäulenstützgehäuses eignet. Die Bauteile sollen dabei kostengünstig herstellbar sein.
Erfindungsgemäß wird dies durch ein Lenksäulenstützgehäuse mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht.
Die vorliegende Erfindung liefert eine in sich selbst steifere und leichtere Struktur, welche gleichzeitig die NVH-Eigenschaften und das Energiemanagement bei einem Unfall verbessern. Durch den erfindungsgemäßen Einsatz verschiedener Materialien erlaubt die vorliegende Erfindung Eigenschaften wie Neigung, die Fähigkeit, sich ineinander zu schieben und auch die Halterung in das Design des Fahrzeugs zu integrieren bzw. sich dem Design des Fahrzeugs anzupassen. Das erfindungsgemäße einstückige Bauteil, weist die erforderliche Neigung, die Fähigkeit sich ineinander zu schieben und auch die gewünschten Haltefunktion auf.
Das Lenksäulenstützgehäuse kann durch viele verschiedenartige Prozesse geformt werden. Diese beinhalten unter anderem das Pressen von Teilen (Pressteile), das Spritzen von Teilen (Spritzguß) sowie Hohlraumteile, ist aber nicht darauf begrenzt.
Andere Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die nachfolgende ausführliche Beschreibung, die angefügten Ansprüche und durch Hinweise auf die begleitenden Skizzen verdeutlicht.
Fig. 1 zeigt eine äußere Ansicht eines Polymerverbund- Lenksäulenstützgehäuses gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 zeigt eine äußere Ansicht und teilweise eine Schnittansicht des Polymerverbund-Lenksäulenstützgehäuses gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 zeigt eine äußere Ansicht und teilweise eine Schnittansicht eines Polymerverbund-Lenksäulenstützgehäuses gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 zeigt beispielhaft ein Fasermuster verschiedener Teile des Lenksäulenstützgehäuses gemäß Fig. 2;
Fig. 5 stellt einen Ausschnitt eines Falgenbalgbereichs gemäß der Linie 5-5 in Fig. 4 dar;
Fig. 6 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Befestigungslochs gemäß Fig. 2, die ein bevorzugtes Fasermuster zeigt;
Fig. 7 zeigt einen Ausschnitt aus Fig. 6, der entlang der in Fig. 6 eingezeichneten Linie 7-7 dargestellt wird;
Fig. 8 zeigt einen Ausschnitt eines vorstehenden Bereichs gemäß Linie 8-8 in Fig. 3;
Fig. 9A und 9B zeigen eine äußere Ansicht der Fig. 2 vor und nach einem Auffahrunfall; und
Fig. 10 zeigt einen Abschnitt einer anderen bevorzugten Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung, in der ein Nicht-Verbundmaterial in den Falgenbalgbereich integriert ist.
In den nachfolgenden Figuren werden jeweils die gleichen Bezugsziffern verwendet, um identische Bauteile in den verschiedenen Ansichten zu kennzeichnen. Die vorliegende Erfindung wird in Bezug auf ein Lenksystem veranschaulicht, besonders angepasst an den Bereich der Automobilindustrie. Die vorliegende Erfindung ist aber für viele andere Bereiche anwendbar, in denen Lenksysteme erforderlich sind.
In Fig. 1 ist ein Lenksäulenstützgehäuse 10 aus einem Verbundmaterial gezeigt. Das Gehäuse weist ein Lenkrohr 12 aus einem Verbundmaterial auf. Mindestens ein Montageträger 14, der ein Befestigungsloch 16 hat, wird benötigt, um das Lenksäulenstützgehäuse 10 am Armaturenbrett, der Motorraumwand, oder an verschiedenen anderen Teilen innerhalb des Fahrzeuges zu befestigen. Design, Position, Anzahl und Größe dieser Montageträger 14 variieren wegen ihrer Montageanforderungen und ihrer gewünschten Reaktion auf Unfälle des Fahrzeugs.
Das Lenksäulenstützgehäuse 10 hat weiterhin ein offenes Lenkradseitenende 22 und ein Zwischenschaftende 24 einer ausgehöhlten Mittelregion 26, die verwendet wird, um einen Steuermechanismus 19 innerhalb des Lenkrohres 12 unterzubringen. Der Steuermechanismus 19 umfasst unter anderem (ohne darauf beschränkt zu sein) eine Lenkwelle 13, ein Lenkrad 15, und verschiedene elektrische Kabel und Leitungen (steer-by-wire) wie sie in diesem Bereich weithin bekannt sind. Der Steuermechanismus 19 wird innerhalb der Mittelregion 26 durch eine Mehrzahl von Lagern 28,30,32 gehalten. Der Steuermechanismus 19 hat auch eine Universalverbindung 34, die innerhalb einer Falgenbalgregion 20 angeordnet ist und mit der Lenkwelle 13 verbunden ist. Die Universalverbindung 34 und die Falgenbalgregion 20 erlauben es folglich, dass der Steuermechanismus gekippt und/oder ineinandergeschoben werden kann.
Das Lenkrohr 12 und die Montageträger 14 sind durch Stränge aus Fasern 70 gebildet, die innerhalb eines Verbundmaterials angeordnet sind. Die verwendeten Fasern 70 sind vorzugsweise fortlaufende oder kurze Carbon-, Glas- oder Aramidfasern. Es können jedoch auch andere, beispielsweise die in dieser Branche bekannten, Arten von Fasern 70 benutzt werden, die in dieser Branche kennt. So können z. B. auch Graphitfasern verwendet werden. Das verwendete Verbundmaterial, schließt formbare duroplastische oder thermoplastische Polymerkunstoffe, Metall, Keramik, oder sonstiges Material mit ein, welches eine gute Härte und Verarbeitbarkeit aufweist und Anforderungen in Bezug auf Wiederverwertbarkeit gerecht wird. Ein bevorzugtes Verbundmaterial ist ein recyclebarer thermoplastischer Epoxydharz. Das Ersetzen von Metall durch Polymerverbundstoffe mit einigen der oben genannten Verbundmaterialien verringert das Gewicht des Lenksäulenstützgehäuses 10 erheblich. Dies führt wiederum zu einer höheren Brennstoffersparnis zusätzlich zu anderen verbesserten Leistungsmerkmalen von Fahrzeugen.
Eine wichtige Überlegung betrifft die Art der Faser 70, die in das Verbundmaterial eingelagert ist. Ist beispielsweise die Steifheit die kritische Größe für bestimmte NVH-Eigenschaften oder die Verzurrbarkeit in bestimmten Richtungen, werden hochmodulare Materialien wie Carbon oder Graphit verwendet. Sind verbesserte Zugeigenschaften entscheidend, werden beispielsweise Carbon oder Glasfiberfasern bevorzugt. Ist als wesentlicher Wert die Härte kritisch, wird wiederum Aramidfasern alleine oder in Kombination mit anderen Fasern eingesetzt. Wichtig ist, dass man eine Kombination dieser Eigenschaften erzielen kann, wenn man die unterschiedlichen Arten von Fasern 70 im Verbundmaterial mischt.
Eine weitere wichtige Überlegung betrifft die Länge der Faser 70, die in den Schichten des Verbundmaterials genutzt werden. Für bestimmte NVH Frequenzen werden lange fortlaufende Fasern 70 bevorzugt. Es können jedoch auch kurze Fasern 70 bei anderen Frequenzkurven bevorzugt werden, wenn es einen Kompromiss zwischen Ladung, NVH oder Unfalleigenschaften gibt. Für eine verbesserte Stärkeeigenschaft, werden kurze oder lange Carbon- und Glasfasern 70 bevorzugt. Selbstverständlich kann auch hier, wie oben, eine Kombination aus kurzen und langen Fasern 70 eine optimale Leistung ergeben.
Eine weitere wichtige Überlegung, welche das Lenksäulenstützgehäuse 10betrifft, ist die Anzahl der Schichten aus Faser 70 innerhalb des Verbundmaterials. Mit zunehmender Anzahl der Schichten verbessern sich im Allgemeinen auch die Leistungsmerkmale. Jedoch steigt damit die Menge des Verbundmaterials und entsprechend auch das Gewicht des Lenksäulenstützgehäuses 10 an, wodurch wiederum gleichzeitig die Herstellungskosten, Rohstoffkosten und der Kraftstoffverbrauch steigen. In einer bevorzugten Ausführungsvariante werden etwa sechs Schichten Fasern 70 im Verbundmaterial gestapelt und das Lenkrohr 12 geformt, um den Montageträger 14 und die Lenksäulenstützgehäuse 10 zu bilden.
Abschließend ist die Ausrichtung der Fasern 70 innerhalb der verschiedenen Bereiche auf dem Lenkrohr 12 und den Montageträgern 14 ein weiterer wichtiger Aspekt. Stränge der Fasern 70 sind gewöhnlich innerhalb einer angrenzenden Schicht aus Fasern 70 nebeneinander liegend und senkrecht zueinander angeordnet oder nebeneinander liegend und parallel zueinander angeordnet. Durch Variieren der Ausrichtung von Fasersträngen und ihrer Lage innerhalb der verschiedenen Bereiche des Lenkrohres 12 können die Leistungsmerkmale der Lenksäule leicht verändert werden. Dies wird unten in den Fig. 4-7 beschrieben.
Vorzugsweise wird die Lenksäulenstütze und das -gehäuse 10 einstückig hergestellt, aber es wird auch erwogen das Lenkrohr 12 und die Montageträger 14 getrennt von einander zu produzieren. Im ersten Fall können das Lenkrohr 12 und die Montageträger 14 in einer großen Vielzahl verschiedener Prozessen gebildet werden, die gepresste Bauteile, gespritzte Bauteile und Hohlraumbauteile mit einschließen können aber nicht müssen. Gepresste Bauteile werden bevorzugt, wenn längere oder durchgehende oder aneinanderliegende bzw. ausgerichtete Fasern verwendet werden.
Im letzteren Fall können die Montageträger 14 durch Spritzguss unter Verwendung kurzer Fasern geformt werden, während das Lenkrohr 12 in einem Pressformprozess gebildet wird, der den Gebrauch von längeren oder durchgängigen oder ausgerichteten Fasern beinhaltet. Das Lenkrohr 12 und der Montageträger 14 werden dann in einem weiteren Schritt chemisch oder mechanisch, z. B. mit Hilfe eines Klebers oder mit Klammern oder Riegeln aneinander befestigt.
Die Fig. 2 und 3 veranschaulichen zwei bevorzugte Möglichkeiten für ein aus Polymerverbund hergestelltes Lenksäulenstützgehäuse 10.
In Fig. 2 wird ein aus einem Polymerverbund hergestelltes Lenksäulenstützgehäuse 10 entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform bildlich dargestellt. Das Lenksäulenstützgehäuse 10 weist im Allgemeinen ein hohles Lenkrohr 12 in der die Lenkwelle 13 und mindestens einen Montageträger 14, die ein Befestigungsloch 16 hat, welches genutzt wird um das Lenksäulenstützgehäuse 10 am Armaturenbrett 18 zu befestigen, auf. Eine ausführlichere Beschreibung des Befestigungslochs 16 erfolgt in der Beschreibung der Fig. 6 und 7.
Das Lenksäulenstützgehäuse 10 hat weiterhin ein offenes Lenkradseitenende 22 und ein Zwischenschaftende 24 einer ausgehöhlten Mittelregion 26, die verwendet wird, um einen Steuermechanismus 19 innerhalb des Lenkrohres 12 unterzubringen. Der Steuermechanismus 19 umfasst unter anderem (ohne darauf beschränkt zu sein) eine Lenkwelle 13, ein Lenkrad 15, und verschiedene elektrische Kabel und Leitungen (steer-by-wire) wie sie in diesem Bereich weithin bekannt sind. Der Steuermechanismus 19 wird innerhalb der Mittelregion 26 durch eine Mehrzahl von Lagern 28,30,32 gehalten. Der Steuermechanismus 19 hat auch eine Universalverbindung 34, die innerhalb einer Falgenbalgregion 20 angeordnet ist und mit der Lenkwelle 13 verbunden ist. Die Universalverbindung 34 und die Falgenbalgregion 20 erlauben es folglich, dass der Steuermechanismus gekippt und/oder ineinandergeschoben werden kann.
In Fig. 3 ist eine weitere bevorzugte Ausführungsvariante des Lenksäulenstützgehäuses 10 dargestellt. Ein Hauptunterschied zwischen dieser Ausführungsvariante und der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsvariante besteht darin, dass die Montageträger 14 so entworfen wurden, dass sie nicht am Armaturenbrett 18 (wie in Fig. 2 dargestellte), sondern an der Motorraumwand 54 durch das Befestigungsloch 16 befestigt werden. Eine ausführlichere Beschreibung des Befestigungslochs 16 erfolgt in der Erläuterung der Fig. 6 und 7.
In dieser Ausführungsvariante weist das Lenkrohr 12 einen hervorstehenden Bereich 58 auf, der innerhalb eines entsprechenden Einlasses 60 mit dem Armaturenbrett 18 verbunden ist. Der hervorstehende Bereich 58 dient der Stabilisation des Lenksäulenstützgehäuses 10 innerhalb des Armaturenbretts 18 während des normalen Betriebes, bei einem Unfall dagegen bricht sie an dieser Stelle weg. Eine Nahansicht der bevorzugten Faserausrichtung des hervorstehenden Bereichs 58 wird Fig. 8 näher erläutert.
Fig. 4 zeigt ein Lenksäulenstützgehäuse 10 nach Fig. 2, bei dem die örtlichen Fasern 70 eine Vielzahl unterschiedlicher Ausrichtungen innerhalb des Verbundmaterials des Lenkrohres 12 und den Montageträgern 14 aufweisen, um verschiedene Leistungsmerkmale zu realisieren. Fig. 4 soll keine bestimmte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutern, sondern soll wesentliche Ergebnisse verdeutlichen, die sich ergeben, wen Leistungsaspekte und Eigenschaften eines aus einem Polymerverbund hergestellten Lenksäulenstützgehäuses 10 einbezogen werden, das unterschiedliche Ausrichtungen der Fasern 70 aufweist.
Zum Beispiel, könnte hinsichtlich des Montageträgers 14, Zone 80, über und unter dem Befestigungsloch 16 gelegen, Fasern 70 aufweisen, die auf 0 und 90 Grad ausgerichtet sind (eine "0/90 Ausrichtung") innerhalb angrenzender Faser 70 Schichten, die bestimmt sind durch ihr Verhältnis zu einer Fläche 100, welche durch das Verbundmaterial des Lenkrohres 15 läuft, worin 0 Grad in einer Position deiniert wird, die dem Lenkrad 11 am nächsten ist und worin 180 Grad in einer Position definiert wird, die am weitesten vom Lenkrad 15 entfernt ist. Die Lagebestimmung der Faser 70 für nachfolgende Faser 70 Schichten mit einer 0/90 Ausrichtung könnte z. B. [0, 0, 90, 90, 0, 0]_n, [90, 90, 0, 0, 90, 90]_n oder [0, 90]_ns, wobei n die Zahl der Wiederholungen anzeigt und 0 oder 90 die Ausrichtung von einem Ende der Faser 70 anzeigt, welche in der nächsten Nähe zum Lenkrad 15 gelegen ist und wo s die Symmetrie anzeigt. Diese 0/90 Ausrichtung eignet sich für das Energiemanagement bei einem Unfall am besten.
Durch die Drehung der Faser 70 Ausrichtung um 45 Grad zu einer +45/-45 Ausrichtung, wie man in sie Zone 84 sehen kann, werden die NVH Eigenschaften hinsichtlich einer erhöhten axiale Steifheit optimiert. Ähnlich einer 0/90 Ausrichtung, beinhalten 45/-45 Ausrichtungen [45, 45, -45, -45, 45, 45]_n, [-45, -45, 45, 45, -45, -45]_n oder [45, -45]_ns, wo n die Zahl der Wiederholungen und s die Symmetrie anzeigt.
Hinsichtlich des Lenkrohres 12 werden die Fasern 70 der Zone 86, die neben dem Montageträger 14 angeordnet sind, für optimierte Ladewege aufgrund der erhöhten axialen Steifheit an einer 0/90 Ausrichtung orientiert und verbessern folglich ebenfalls die NVH Eigenschaften. In der Zone 88, unterhalb der Zone 86 gelegen, werden die Fasern 70, die eine 0/90 Ausrichtung haben, für eine NVH Optimierung und erhöhte Unfallenergie eingesetzt, während Fasern 70 die um 45 Grad in eine 45/-45 Ausrichtung gedreht wurden, wie in Zone 90, die Dreh-Starrheit optimieren.
Soweit anschließende Fasern 70 unterschiedliche Faserarten, Längen und/oder Ausrichtungen der auf die beschriebenen Faserschichten 70 von Fig. 4 aufgebrachten Fasern aufweisen, können die Leistungsmerkmale, die oben für das Lenksäulenstützgehäuse 10 beschrieben wurden, unendlich verändert werden, um eine gewünschte Kombination von Attributen zu erzielen. Selbstverständlich können zur Schaffung einer optimierten Lenksäule die Faserausrichtungen für das Lenksäulenstützgehäuse 10 nach Fig. 2 ähnlich der hier dargestellten Methode optimiert werden.
In Fig. 5 ist ein Ausschnitt des Falgenbalgbereichs 20 und ein Teil des Lenkrohres 12 der Fig. 1-4 bildlich dargestellt. Das Lenkrohr 12 und der Falgenbalgbereich 20 bestehen aus verschiedenen Faserlagen verschiedener Faserausrichtungen, die, wie oben besprochen, nach Leistungsanforderungen der Lenksäulenstützgehäuses 10 ausgewählt wurden. Das Lenkrohr 12 hat mindestens eine zusätzliche Faserschicht 72, die auf die Fasern 70 "gestapelt" wird. Diese zusätzlichen Faserschicht 72 Schichten stärken das Lenkrohr 12, und ermöglicht dem Falgenbalgbereich 20 ein leichteres ineinander schieben oder kippen.
In den Fig. 6 und 7 wird eine Nah- und Seitenansicht von einer möglichen Ausführungsvariante des Befestigungslochs 16 gemäß der Fig. 1-4 bildlich dargestellt. Wie man in Fig. 6 am deutlichsten sehen kann, ist das Fasermuster der Fasern 70 rund um das Befestigungsloch möglichst dicht, um die gewünschte Steifheit und günstige NVH-Eigenschaften zu ermöglichen. Zusätzlich können die Faserschichten nahe des Befestigungslochs 16 mit Füllmaterial nachgeformt werden (nicht dargestellt). Alternativ dazu kann auch eine aus Polymerverbundstoff hergestellte Unterlegscheibe 74 in der inneren Peripherie des Befestigungslochs 16 eingesetzt werden, um zusätzliche dämpfende Eigenschaften im Bereich des Befestigungslochs 16 zu erzielen. Vorzugsweise wird die Polymer-Unterlegscheibe 74 von einem dehnbaren Polymermaterial eingefasst.
In Fig. 8 wird eine Nahansicht der Faserausrichtung der Faserschichten im hervorstehenden Bereich 58 aus Fig. 3 bildlich dargestellt. Die Faser 70 ist in der oberen Faserschicht 76 des Lenkrohres 12 einige Male geschlungen um den hervorstehenden Bereich 58 zu bilden, der zur Stabilisation und Montage des Lenksäulenstützgehäuses 10 am Armaturenbrett 18 benötigt wird. Mit der Anzahl der Schlingen von Faser 70 innerhalb des hervorstehenden Bereichs 58 erhöht sich gleichzeitig die Stärke des hervorstehenden Bereichs 58 zur Verhinderung des Abbrechen vom Armaturenbrett 18 während eines Unfalls. Es werden 2-10 Schlingen der Faser 70 innerhalb des hervorstehenden Bereichs 58 empfohlen.
Eine weitere wichtige Eigenschaft des aus Polymerverbund hergestellten Lenksäulenstützgehäuses 10 der vorliegenden Erfindung betrifft das Energiemanagement bei einem Unfall. Die Fig. 9A und 9B zeigen ein Lenksäulenstützgehäuse 10 nach Fig. 1 sowohl vor als auch sofort nach einem Unfall. Nach Darstellung des Lenksäulenstützgehäuses 10 in Fig. 1, würde man ähnliche Ergebnisse im Energiemanagement bei einem Unfall für eine Säule gemäß Fig. 2 erwarten, allerdings mit einem zusätzlichen Aspekt durch das Abbrechen des hervorstehenden Bereichs 58 als sozusagen zusätzliche Stufe in einem mehrstufigen Energiemanagement.
In Fig. 9A und 9B wird eine Nahansicht der Lenksäulenstützgehäuse 10 von Fig. 1 vor und nach einem Unfall gezeigt. Nach dem Unfall brechen zuerst die Faserschichten innerhalb des Montageträgers 14 nach vorne und verformen sich um die Befestigungslöcher 16 derart, dass die Aufprallenergie verteilt und abgebaut wird. Die Befestigungslöcher 16, die auch die Befestigungsmittel aufweisen (nicht dargestellt), bleiben an ihrer Stelle und dienen tatsächlich als "Bruchinitiator". Ebenfalls nicht angezeigt ist, dass sich der Falgenbalgbereich 20 dadurch, dass er das typische Falgenbalgdesign aufweist, notfalls sich selbst oder weiter vorne liegende Teile des Lenkrohres 12 zusammenpressen kann. Hierdurch kommt es zu einem weiteren Abbau der Aufprallenergie. Abschließend, abhängig von der Höhe der Aufprallenergie, können noch die Montageteile innerhalb der Befestigungslöcher 16 abbrechen um die Aufprallenergie weiter abzubauen. Tatsächlich weist somit das Polymerverbund hergestellte Lenksäulenstützgehäuse 10 gemäß Fig. 1 einen mehrstufigen Mechanismus zum Abbau der Aufprallenergie auf.
Dennoch wird in einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, wie in Fig. 10 dargestellt, ein Einsatz 99 innerhalb des Falgenbalgbereichs 20 mit dem aus Polymerverbund hergestellten Lenksäulenstützgehäuse 10 verbunden. Dieser Einsatz 99 wird vorzugsweise aus Stahl oder einem anderen hochfesten geeigneten Material gebildet, das zusätzliche die Steifheit des Falgenbalgbereichs 20 erhöht wird und zusätzlich verhindert, dass sich die Welle in kritischen Situationen wölbt bzw. verbiegt.
Obwohl die Erfindung in verschiedenen bevorzugten Ausführungsformen ausdrücklich beschrieben worden ist, soll sie selbstverständlich so verstanden werden, dass sie nicht nur auf diese Beispiele reduziert ist, sondern auch Verbesserungen beinhaltet, die darüber hinaus von Fachleuten auf Basis der Erfindung, insbesondere im Licht fortschreitender Entwicklungen, erreicht werden.

Claims

1. Lenksäulenstützgehäuse (10) aus einem Polymerverbundmaterial mit

a) einem Lenkrohr (12)

b) einem Montageträger (14) mit einem Befestigungsloch (16), wobei

1. das Lenksäulenstützgehäuse (10) und Montageträger (14) eine Vielzahl von Fasern (70) innerhalb eines Verbundmaterials aufweisen, und

2. die Art und die Länge der Vielzahl von Fasern (70), die Ausrichtung jeder Schicht der Vielzahl von Fasern (70) innerhalb des Verbundmaterials und die Zusammensetzung des Verbundmaterials für mindestens eines von vielen Anforderungsmerkmalen des Lenksäulenstützgehäuses (10) optimiert sind.

2. Lenksäulenstützgehäuse (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die optimierten Anforderungsmerkmale an das Lenksäulenstützgehäuses (10) aus der Gruppe NVH-Eigenschaften (Geräusch, Erschütterung und Härte), strukturelle Steifheit, Belastungsrichtung, Optimierung des Energiemanagements bei einem Unfall, Massenbilanzoptimierung und Kosten ausgewählt sind.

3. Lenksäulenstützgehäuse (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenkrohr (12) durch das Befestigungsloch (16) mit einem Armaturenbrett verbunden ist.

4. Lenksäulenstützgehäuse (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenkrohr (12) durch das Befestigungsloch (16) mit einer Motorraumwand verbunden ist.

5. Lenksäulenstützgehäuse (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Lenkrohr (12) und der Montageträger (14) einstückig ausgeführt sind.

6. Lenksäulenstützgehäuse (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern (70) aus einer Gruppe ausgewählt werden, die aus einer Vielzahl von Endlosfaserarten und einer Vielzahl von Kurzfaserarten besteht.

7. Lenksäulenstützgehäuse (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern (70) aus einer Gruppe ausgewählt werden, die sich aus einer Vielzahl Karbonfaserarten, einer Vielzahl Graphitfaserarten, einer Vielzahl Glasfaserarten und einer Vielzahl Aramidfaserarten zusammensetzt.

8. Lenksäulenstützgehäuse (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung des besagten Verbundmaterials aus einer Gruppe ausgewählt wird, die sich aus formbaren duroplastischen (thermosetting) Verbundstoffen und formbaren thermoplastischen Verbundstoffen zusammensetzt, wobei die formbaren duroplastischen Verbundstoffe und die formbaren thermoplastischen Verbundstoffe eine hohe Festigkeit und gute Verarbeitbarkeit aufweisen.

9. Lenksäulenstützgehäuse (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrichtung angrenzender Schichten Fasern (70) ausgewählt wird aus der Gruppe, die aus einer 0/90 Faserausrichtung und einer +45/-45 Faserausrichtung, relativ zu einer Fläche, die sich entlang der Oberfläche des Lenkrohres (12) erstreckt, besteht.

10. Lenksäulenstützgehäuse (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrichtung der Fasern (70) um mindestens ein Befestigungsloch (16) herum ein kreisförmiges Fasermuster aufweist.