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Die Erfindung betrifft eine Lenksäulenanordnung
nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Eine solche Lenksäulenanordnung ist beispielsweise
aus der
EP 0 662 414
A1 bekannt. Diese Lenksäulenanordnung
umfaßt
ein teleskopierbares Mantelrohr, eine hierzu innen drehbar und konzentrisch
angeordnete Lenkspindel und ein Energieabsorptionselement. Das bekannte
Energieabsorptionselement besteht aus einem Draht, welcher mit dem
einen Ende um ein Umformelement gewickelt ist und mit dem anderen
Ende an einem Sicherungselement befestigt ist. Bei einem Aufprall
bewegt sich das Umformelement vom Sicherungselement weg und erzeugt
so eine Spannung im Draht. Diese Spannung bewirkt eine Abwicklung
des Drahts, wodurch der Draht deformiert wird und einen Widerstand
erzeugt. Dabei wird Aufprallenergie absorbiert.
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Aus der WO 00/76833 A1 ist ebenfalls
eine Lenksäulenanordnung
bekannt, welche bei einer Stoßeinwirkung
unter Energieaufnahme verkürzbar ist.
Die Lenksäulenanordnung
weist ein an einer Karosserie befestigtes teleskopierbares Mantelrohr,
vier Umformelemente und ein durch die Umformelemente umgelenktes
Energieabsorptionselement auf. Das Energieabsorptionselement bewegt
sich bei einer Stoßeinwirkung
relativ zu dem Umformelement und verformt dabei. Durch eine Änderung
der Position der Umformelemente wird der Verformungsgrad des Energieabsorptionselements
eingestellt. Zwei der Umformelemente sind relativ zu den anderen
Umformelementen beweglich ausgebildet und führen bei ihrer Positionsänderung
eine translatorische Bewegung aus. Die beiden beweglichen Umformelemente
werden jeweils durch ein Betätigungsmittel
verschoben.
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Aus der
DE 100 25 981 A1 ist eine
Lenksäulenvorrichtung
bekannt, welche bei einer Stoßeinwirkung
unter Energieaufnahme relativ zueinander verschiebbare Elemente
aufweist. An der Lenksäulenvorrichtung
ist eine Energieabsorptionsvorrichtung befestigt. Die Energieabsorptionsvorrichtung
weist drei nebeneinander angeordnete Umformelemente auf. Die beiden äußeren Umformelemente
sind als Stifte ausgebildet. Um die Umformelemente sind übereinander
drei M-förmig
geformte Drähte
geschlungen. Bei einer Krafteinwirkung durch eine Stoßeinwirkung
verschiebt sich das mittlere Umformelement und der Draht wird dabei
verformt. Durch die bei der Verformung geleistete Formänderungsarbeit
wird Energie absorbiert. Zur Einstellung der Energieabsorption können die
Stifte so ausgefahren werden, daß sie entweder mit einem Draht
oder mit mehreren Drähten
in Kontakt treten und verformen.
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Aus der
EP 1 180 467 A1 ist eine
Energieabsorptionsvorrichtung für
eine Lenksäulenanordnung eines
Kraftfahrzeugs bekannt, die drei nebeneinander angeordnete Umformelemente
aufweist. Um die drei Umformelemente ist S-förmig ein Draht geschlungen.
Zur Einstellung des Verformungsgrads des Drahts, kann entweder das
mittlere Umformelement verschoben oder können die beiden äußeren Umformelemente
auseinander- beziehungsweise zusammengeschoben werden. Die beweglich
angeordneten Umformelemente weisen keine direkte Verbindung zueinander
auf .
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Der vorliegenden Erfindung liegt
die Aufgabe zugrunde, eine Lenksäulenanordnung
für ein
Kraftfahrzeug der eingangs genannten Art zu schaffen, welche die
Sicherheit für
die Fahrzeuginsassen erhöht.
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Diese Aufgabe wird durch eine Lenksäulenanordnung
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Demnach zeichnet sich die erfindungsgemäße Lenksäulenanordnung
durch ein speziell gestaltetes Crashelement aus. Dieses Crashelement
weist vier Umformelemente und ein Energieabsorptionselement auf.
Bei einer Stoßeinwirkung
auf die Lenksäule
bewegt sich das Energieabsorptionselement relativ zu den Umformelementen
und wird dabei verformt. Somit wird durch das erfindungsgemäße Crashelement
Aufprallenergie durch Formänderungsarbeit
absorbiert. Zwei der Umformelemente sind relativ beweglich zu den
anderen beiden Umformelementen ausgebildet, wobei die beweglichen Umformelemente
Zylinder sind. Durch eine Änderung
der Position der beiden Zylinder verändert sich der jeweilige Umschlingungswinkel
des Energieabsorptionselements an den Umformelementen. Dadurch ist
der Verformungsgrad des Energieabsorptionselements einstellbar.
Die Änderung
der Position des Umformelements erfolgt dabei translatorisch. Die beiden
Zylinder sind an einem einzigen Verbindungselement angeordnet. Durch
diese Art der Anordnung werden bei einem höheren Maß an Energieabsorption weniger
Bauteile benötigt,
da zur Verschiebung des Verbindungselements nur ein Antrieb benötigt wird.
Die beiden Zylinder werden über
das Verbindungselement gleichzeitig verschoben. Dadurch werden Kosten
und Bauraum eingespart. Mit der Erfindung kann demnach das Maß der Energieabsorption besonders
einfach an anatomische und fahrdynamische Randbedingungen, wie beispielsweise
Körpergröße und Körpergewicht
der Fahrzeuginsassen, angepaßt
werden und ein Aufprall bestmöglich
gedämpft
werden.
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Um die Funktion der vorliegenden
Erfindung sicherzustellen, ist es wichtig, daß ein Ende des Energieabsorptionselements
und die Umformelemente an zwei im Falle einer Stoßeinwirkung
relativ zueinander beweglichen Teilen der Lenksäule angeordnet sind. Dadurch
bewegt sich das Energieabsorptionselement im Falle eines Unfalls
und einer Verkürzung der
Lenksäule
relativ zum Umformelement und wird dabei verformt.
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Wenn im Zusammenhang mit der Erfindung von
einem fahrzeugfest angeordneten Mantelrohr die Rede ist, so kann
das Mantelrohr sowohl direkt als auch indirekt – beispielsweise über einen
relativ zur Karosserie verschiebbaren Schlitten – an der Karosserie befestigt
sein.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen sind
den Unteransprüchen
zu entnehmen.
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Gemäß einer Ausführungsform
sind als Umformelemente ein Primärzylinder
und ein Sekundärzylinder
vorgesehen. Der Primärzylinder
ist relativ zum äußeren Mantelrohr
fest angeordnet und der Sekundärzylinder
ist relativ zum Primärzylinder
beweglich angeordnet. Diese Ausführung
bringt besondere Vorteile für
die Herstellung mit sich, weil sie eine einfache Montage des Primärzylinders
an dem äußeren Mantelrohr
ermöglicht,
da dieses einfach zugänglich ist.
Durch die relativ bewegliche Anordnung des Sekundärzylinders
zum Primärzylinder
läßt sich
deren Position zueinander einstellen. Selbstverständlich können Primär- und Sekundärzylinder
auch an anderen Teilen der Lenksäule
befestigt sein, solange das Energieabsorptionselement mit einem
relativ dazu beweglichen Teil in Verbindung steht.
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Die Zylinder sind gemäß einer
weiteren Ausführungsform
drehbar gelagert. Dies hat den Vorteil, daß beim Verformen des Energieabsorptionselements
fast ausschließlich
Rollreibung auftritt und das Niveau der Energieabsorption besser
kalkuliert werden kann, weil lediglich die Formänderungsarbeit und die Rollreibung
berücksichtigt
werden müssen. Die
Zylinder können
jedoch auch fest angeordnet sein. Dadurch tritt bei der Verformung
des Energieabsorptionselements zusätzlich Reibung auf. Diese Reibung
erhöht
die Absorption der Aufprallenergie, indem sie der Stoßeinwirkung
einen höheren
Widerstand entgegensetzt. Folglich kann das Energieabsorptionselement
bei gleicher Energieabsorption kürzer
und damit platzsparender ausgestaltet werden.
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In einer weiteren Ausführungsform
weisen die Zylinder parallele Drehachsen auf, die senkrecht zu einer
Zugkraft FZ angeordnet sind. Durch diese Anordnung
wird eine zuverlässige
und störungsfreie Funktion
des Crashelements im Falle eines Unfalls erreicht.
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Die Drehachse des Sekundärzylinders
ist in einer weiteren Ausführungsform
drehbar in einem Verbindungselement gelagert. Um die Position des Sekundärzylinders
einzustellen, wirkt das Verbindungselement mit einem Motor zusammen.
Durch eine veränderte
Position des Sekundärzylinders
wird der Verformungsgrad des Energieabsorptionselements festgelegt.
Somit kann das Maß der
Energieabsorption auf besonders einfache Art und Weise beeinflußt werden.
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Um die Energieabsorption zu erhöhen, sind in
einer weiteren Ausführungsform
zwei Primärzylinder,
zwei Sekundärzylinder
und zwei Energieabsorptionselemente vorgesehen. Jeweils ein Energieabsorptionselement
ist einem Primärzylinder
und einem Sekundärzylinder
zugeordnet.
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Im folgenden wird die erfindungsgemäße Lenksäulenanordnung
anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht einer Lenksäulenanordnung sowie
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2 eine
schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Crashelements.
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Die in 1 dargestellte
Lenksäulenanordnung
besteht aus einem fahrzeugfest angeordneten äußeren Mantelrohr 1 und
einem teleskopförmig
in dem äußeren Mantelrohr 1 verschiebbaren
inneren Mantelrohr 2. In den Mantelrohren 1, 2 ist
eine nicht dargestellte, ebenfalls teleskopierbare, Lenkspindel gelagert,
an der ein ebenfalls nicht dargestelltes Lenkrad befestigt ist.
Zur Ausführung
der Teleskopbewegung von Lenk spindel und Mantelrohr 1, 2 ist eine
Spindel 3 vorgesehen, die entlang der Mantelrohre 1, 2 angeordnet
ist. Mit ihrem einen Ende ist die Spindel 3 an dem dem
Lenkrad zugewandten Ende des inneren Mantelrohrs 2 angelenkt.
Das andere Ende der Spindel 3 wirkt mit einer am äußeren Mantelrohr 1 angeordneten
Antriebseinheit 4 zusammen. Wenn die Spindel 3 als
Gewindespindel ausgeführt ist,
kann eine Verstellung sehr einfach über ein Drehen der Spindel 3 erfolgen.
Die Teleskopbewegung dient der Längsverstellung
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.
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Durch eine Stoßeinwirkung auf die Lenksäule schiebt
sich das innere Mantelrohr 2 durch eine Crashkraft FC in das äußere Mantelrohr 1. Über die am
inneren Mantelrohr 2 befestigte Spindel 3 wird
die Crashkraft FC auf die Antriebseinheit 4 übertragen, deren
nicht dargestellte Halterungen so dimensioniert sind, daß sie ab
einer bestimmten Kraft aus ihren Anbindungen reißen, wonach sich die Antriebseinheit 4 entlang
der Mantelrohrachsen verschiebt und eine Relativbewegung zum Mantelrohr 1, 2 ausübt.
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Die Lenksäulenanordnung ist mit einem
in 2 dargestellten Crashelement 5 versehen.
Das Crashelement 5 ist symmetrisch aufgebaut. Der Einfachheit
halber wird im folgenden nur der obere Teil beschrieben, der auch
ohne den unteren Teil als Crashelement 5 denkbar ist. Die
Bauteile des unteren Teils haben dieselben Bezugszeichen, wie die
des oberen Teils jeweils mit einem Strich. Das Crashelement 5 weist
zwei Umformelemente 6, 7 auf. Als Umformelemente 6, 7 sind
ein Primärzylinder 6 und
ein Sekundärzylinder 7 vorgesehen.
Die beiden Zylinder 6, 7 weisen parallele Drehachsen
A, B auf, die senkrecht zu einer aus der Crashkraft FC resultierenden Zugkraft
FZ angeordnet sind. Der Primärzylinder 6 ist am äußeren Mantelrohr 1 oder
einem hierzu nicht beweglichen Teil der Lenksäulenanordnung befestigt (nicht
dargestellt). Folglich sind der Primärzylinder 6 und das äußere Mantelrohr 1 nicht
beweglich zueinander angeordnet. Der Sekundärzylinder 7 ist relativ zum
Primärzylinder 6 beweglich
angeordnet. Die Drehachse B des Sekundärzylinders 7 ist in
einem Verbindungselement 8 drehbar gelagert. Die Position des
Verbindungselements 8 und damit auch die Position des Sekundärzylinders 7 wird über einen
Motor 9 mit einem Übertragungselement 10 eingestellt.
Die Bewegung des Übertragungselements 10 wird über das
an der Drehachse B angeordnete Verbindungselement 8 auf
den Sekundärzylinder 7 übertragen.
Der Motor 9 ist ebenso wie der Primärzylinder 6 an dem äußeren Mantelrohr 1 angeordnet.
Die Positionsänderung
des Sekundärzylinders 7 erfolgt
translatorisch in Richtung der Zugkraft FZ,
wobei sich der Abstand der beiden Zylinder 6, 7 verändert.
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Desweiteren weist das Crashelement 5 ein Energieabsorptionselement 11 in
Form eines Drahts 11 auf. Es ist auch denkbar einen Blechstreifen
mit einem rechteckigen oder anderen Querschnitt zu verwenden. Der
Draht 11 ist S-förmig
um die beiden Zylinder 6, 7 geführt. In
der Darstellung gemäß 2 beginnt der Verlauf des
Drahts 11 im Bereich der Zylinder 6, 7 unten links
am Primärzylinder 6,
geht dann zwischen den Zylindern 6, 7 hindurch
nach oben und endet oben rechts am Sekundärzylinder 7. Ein linkes Ende 11a des
Drahts 11 ist frei, ein rechtes Ende 11b des Drahts 11 ist
an einer Lenksäulenkomponente befestigt
(nicht dargestellt), die sich im Falle eines Crashs relativ zum äußeren Mantelrohr 1 und
somit zum Primärzylinder 6 bewegt,
wie beispielsweise dem inneren Mantelrohr 2, der Spindel 3 oder
der Antriebseinheit 4. Die beiden Drahtenden 11a, 11b verlaufen
rechts und links von den Zylindern 6, 7 waagerecht
und sind parallel zueinander ausgerichtet. Im Falle eines Crashs,
schiebt sich das innere Mantelrohr 2 in das äußere Mantelrohr 1 und
am Drahtende 11b greift durch die Relativbewegung der beiden Mantelrohre 1, 2 bzw.
daran befestigter Elemente eine aus der Crashkraft FC resultierende
Zugkraft FZ an. Der Draht 11 bewegt
sich dadurch relativ zu den Zylindern 6, 7 und
wird, während
er an den Zylindern 6, 7 vorbeigeführt wird,
verformt. Diese Verformung stellt für die Zugkraft FZ einen
Widerstand dar. Dadurch wird Energie absorbiert.
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In einer Ausgangsposition (durchgezogene Linien)
sind die beiden Drehachsen A, B der Zylinder 6, 7 nebeneinander
mit einem Abstand a angeordnet. Der Draht 11 berührt in dieser
Position die Zylinder 6, 7 im wesentlichen mit
einem Umschlingungswinkel von 90 Grad und wird durch diese maximal
umgelenkt. Je mehr sich der Sekundärzylinder 7 von dem Pri märzylinder 6 wegbewegt
und je größer der
Abstand zwischen den beiden Zylindern 6, 7, desto
kürzer
wird die Berührungslinie
zwischen dem Draht 11 und den Zylindern 6, 7.
Dabei verringert sich der Umschlingungswinkel des Drahts 11 an
den Zylindern 6, 7. In einer Endposition (gestrichelte
Linien) beträgt der
Abstand der Drehachsen A, B der Zylinder 6, 7 den
Abstand b. Der Umschlingungswinkel des Drahts 11 an den
Zylindern 6, 7 ist in dieser Position ebenso wie
die daraus resultierende Verformung minimal.
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In der Ausgangsposition erfährt der
Draht 11 eine maximale Verformung und setzt der Zugkraft
FZ einen maximalen Widerstand entgegen.
Dadurch wird maximale Energie absorbiert. In der Endposition erfährt der
Draht 11 eine minimale Verformung. Der Zugkraft FZ wird ein minimaler Widerstand entgegengesetzt.
Dabei wird minimale Energie absorbiert.
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Der untere Teil des Crashelements 5 ist
symmetrisch zum oberen Teil angeordnet. Die Symmetrieachse verläuft entlang
einer Längsachse
des Übertragungselements 10.
Das vollständige
Crashelement 5 weist dementsprechend nur ein Übertragungselement 10,
ein Verbindungselement 8 und einen Motor 9 auf.
Die restlichen Bauteile sind doppelt ausgeführt.
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Die beiden Drähte 11, 11' können an
ihren freien Enden 11a, 11a' durch ein geeignetes Fügeverfahren,
wie beispielsweise Schweißen
oder Kleben, miteinander verbunden werden. Dadurch können freie
Schwingungen der Drahtenden 11a, 11a' unterbunden
und unerwünschte
akustische Effekte vermieden werden. Es ist jedoch auch denkbar,
einen einzigen Draht 11 zu verwenden, der an allen Zylindern 6, 6', 7, 7' vorbeigeführt wird.
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Im folgenden wird die Wirkungsweise
der erfindungsgemäßen Lösung anhand
des in 2 dargestellten
Ausführungsbeispiels
erläutert.
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Durch eine Stoßwirkung, die beispielsweise im
Falle eines Unfalls durch einen Oberkörperaufprall eines Fahrzeuginsassen
auf das Lenkrad entsteht, schiebt sich das innere Mantelrohr 2 durch
die dabei aufgebrachte Crashkraft FC in
das äußere Mantelrohr 1.
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Sobald durch die Verschiebung des
inneren Mantelrohrs 2 eine hieraus resultierende Zugkraft
FZ an dem Drahtende 11b angreift,
bewegt sich der Draht 11 relativ zu den Zylindern 6, 7.
Der Draht 11 wird unter stetiger Biegung und Rückbiegung
an den Zylindern 6, 7 vorbeigeführt. Durch
die Biegung wird Energie absorbiert. Der Grad der Verformung und
damit das erwünschte
Energieabsorptionsniveau hängt von
dem Abstand der beiden Zylinder 6, 7 voneinander
ab, der über
den Motor 9 eingestellt wird. Für die Verformung des Drahts 11 wird
eine Kraft benötigt. Diese
Kraft stellt einen Widerstand für
die Zugkraft FZ dar. Dieser Widerstand muß von der
Zugkraft FZ überwunden werden. Dabei wird
Aufprallenergie absorbiert, wodurch ein Aufprall des Fahrers auf
das Lenkrad gedämpft
wird.
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Das Energieabsorptionsniveau und
somit der Abstand der Zylinder 6, 7 voneinander
kann in Abhängigkeit
von verschiedenen fahrzeug- und insassenspezifischen Daten eingestellt
werden. Die Daten können
beispielsweise in regelmäßigen Abständen erfaßt und von
einem Steuerungssystem in elektrische Steuersignale umgewandelt
werden, über die
eine Ansteuerung des Motors 9 mit dem Übertragungselement 10 erfolgt.
Das Übertragungselement 10 überträgt die Bewegung über das
Verbindungselement 8 auf den Sekundärzylinder 7. Durch
die veränderte
Stellung des Sekundärzylinders 7 relativ
zu dem Primärzylinder 6 kann
der Verformungsgrad des Drahts 11 verändert werden. Demnach kann
der Widerstand, den die Verformung des Drahts 11 der Zugkraft
FZ entgegenstellt, verändert und das Energieabsorptionsniveau
der jeweiligen Situation angepaßt werden.