DE1430946B2 - Sicherheits-lenksaeule fuer fahrzeuge, insbesondere kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

so daß der Fahrer auf die Überbeanspruchung der Lenkung aufmerksam wird.

Ferner erweist es sich bei einer zwischen dem ersten und zweiten Lenkspindelteil vorgesehenen Verbindung von Vorteil, wenn diese in Drehrichtung formschlüssigen Verbindungsmittel die beiden Lenkspindelteile in Längsrichtung kraftschlüssig untereinander verbinden.

Dabei sieht eine bevorzugte Ausführungsform vor, daß als verbindende Mittel zwei mit rechtwinkligem Querschnitt versehene und zusammengesetzt einen Vierkant bildende Kupplungsglieder innerhalb des ebenfalls vierkantförmigen ersten Lenkspindelteils vorgesehen sind, wobei die gegenseitigen Berührungsflächen der Kupplungsglieder als Schrägen ausgebildet sind und wobei das Kupplungsglied am zweiten Lenkspindelteil starr befestigt ist und das zweite Kupplungsglied sich gegen das erste Kupplungsglied mittels einer schraubenförmigen Druckfeder abstützt, welche in einer durch die beiden Kupplungsglieder gebildeten zylindrischen Ausnehmung angeordnet ist.

Eine weitere Ausführungsform, welche sich durch besondere Einfachheit und Billigkeit in der Herstellung auszeichnet, sieht vor, daß als verbindendes Mittel zwischen einem mehrkantförmigen Bund des zweiten Lenkspindelteils und einem ebenfalls mehrkantförmig aufgedornten Teil des ersten Lenkspindelteils eine Kunststoffschicht vorgesehen ist, welche durch den bei der Aufdornung des ersten Lenkspindelteils entstandenen Bund axial fixiert ist.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine Lenksäule,

F i g. 2 in einem qualitativen Diagramm für das Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 den Verlauf der Widerstandskraft, aufgetragen über dem Deformationsweg,

F i g. 3, 4 und 4a weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung im Längsschnitt,

F i g. 5 bzw. 5a den Schnitt längs der Linie V-V bzw. Va — Va in F i g. 4 bzw. 4a,

F i g. 6 einen Längsschnitt mit einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung und

F i g. 7 den Schnitt längs der Linie VIl-VII in F i g. 6.

Nach der in F i g. 1 veranschaulichten Ausführungsform ist in einem Mantelrohr 10 ein rohrförmiger erster Lenkspindelteil 11 mittels eines Kugellagers 12 drehbar gelagert, aber axial fixiert. Innerhalb des ersten Lenkspindelteils 11 befindet sich das untere Ende eines axial beweglichen, stangenförmigen zweiten Lenkspindelteils 13, welcher einen Bund 14 aufweist. Ein Toleranzring 15 ist in einer Ausnehmung 16 des ersten Lenkspindelteils 11 axial fixiert und liegt an dem Bund 14 des zweiten Lenkspindelteils 13 kraftschlüssig an. Außerdem stützt sich der zweite Lenkspindelteil 13 noch mittels einer Paßbüchse 17 gegen die Innenwand des ersten Lenkspindelteils 11 ab, um ein Verkanten zu vermeiden. Als obere Verlängerung schließt sich an das Mantelrohr 10 ein im wesentlichen konischer Verformungstopf 18 an, der mit seinem größeren Durchmesser einem Lenkrad 19 zugewandt ist. In einem einerseits mit dem Lenkrad 19 und andererseits mit dem Verformungstopf 18 verbundenen Scheibenteil 21 ist das freie Ende des zweiten Lenkspindelteils 13 mittels eines Nadellagers 22 oder Kugellagers 23 gelagert, wobei der Verformungstopf 18 ein eventuelles Schwingen oder Verbiegen des freien Endes vom zweiten Lenkspindelteil 13 verhindert.

Das Lenkdrehmoment wird vom Lenkrad 19 über eine Büchse 24 auf den zweiten Lenkspindelteil 13 übertragen. Dieser gibt das Drehmoment bis zu einem bestimmten, vorher als zulässig festgelegten Betrag, über den Toleranzring 15 — in Drehrichtung spielfrei — an den ersten Lenkspindelteil 11 weiter, von wo es in einen im unteren Ende des ersten Lenkspindelteils 11 starr befestigten, nicht dargestellten dritten Lenkspindelteil übergeht. Übersteigt das Lenkdrehmoment den als zulässig festgelegten Betrag, so dreht sich der zweite Lenkspindelteil 13 innerhalb des Toleranzringes 15,

ίο wobei aber weiterhin das Grenzdrehmoment übertragen wird. Der Fahrer erkennt auf diese Weise, daß bei weiterer Drehmomentsteigerung eine Beschädigung des Lenkgetriebes, Lenkgestänges od. dgl. erfolgen könnte. Im Notfall wird jedoch das überschüssige Drehmoment durch einen, im zweiten Lenkspindelteil 13 befestigten Mitnehmerstift 25 auf den zu diesem Zweck mit einem Längsschlitz 26 versehenen ersten Lenkspindelteil 11 übertragen.

Im Falle eines frontalen Aufprallunfalles pflanzt sich der Stoß durch die Lenksäule in den Fahrgastraum fort und erzeugt durch den auf eine Brustplatte 27 des Lenkrades 19 geschleuderten Fahrer einen Reaktionsstoß. Dieser Reaktionsstoß wird anfangs vollig^durch den Toleranzring 15 aufgefangen. Bei Überschreitung einer gewissen, für den menschlichen Körper noch zulässigen Stoßkraft, beginnt der zweite Lenkspindelteil 13 sich gegenüber dem Toleranzring 15 axial zu verschieben, wobei die Widerstandskraft des letzteren in dem Maße abnimmt, wie er den Bund 14 des zweiten Lenkspindelteils 13 freigibt. Dabei beginnt der Verformungstopf 18 eine Stoßkomponente aufzunehmen, die zunehmend größer wird, bis sie nach völliger Freigabe des Bundes 14 durch den Toleranzring 15 den vollen Betrag des Reaktionsstoßes erreicht. Der zur Verfügung stehende Deformationsweg entspricht dem Abstand vom Nadellager 22 bzw. Kugellager 23 bis zum oberen Ende des ersten Lenkspindelteils 11.

In dem Diagramm nach Fig.2 ist der Verlauf des Widerstandes P gegen Verschiebung über dem Deformationsweg S aufgetragen, und zwar zeigt eine Kurve 28 die Charakteristik für Toleranzring 15 und Bund 14, eine Kurve 29 die Charakteristik des Verformungstopfes 18 und eine Kurve 30 die Überlagerung der Kurven 28 und 29. Wie die Kurve 30 zeigt, kann durch zweckmäßige Ausbildung des Verformungstopfes 18 und eine durch entsprechende Einpassung des Toleranzringes 15 geeignete Festlegung des Reibungswiderstandes eine nahezu gleichmäßige Aufzehrung des Reaktionsstoßes längs des Deformationsweges S erreicht werden. Dies entspricht, vorausgesetzt eine konstante axiale Verschiebungsgeschwindigkeit des zweiten Lenkspindelteils 13, einem über die Zeitdauer der Deformation etwa gleichmäßigen Widerstand P. Der Vorteil des Toleranzringes 15 liegt also in seiner zweifachen Funktion: Einmal wirkt er als Sicherheitsvorkehrung gegen ein überhöhtes Lenkdrehmoment bei gleichzeitiger Spielfreiheit in Drehrichtung, andererseits sorgt er für eine Stoßdämpfung in der Lenksäule bei frontalem Aufprallunfall. Außerdem ist er in der genormten Ausführung billig und bei Unbrauchbarkeit leicht auszuwechseln.

Bei der in F i g. 3 veranschaulichten Ausführungsform ist im Gegensatz zu der Ausführungsform nach F i g. 1 der zweite Lenkspindelteil 13a ohne Bund ausgebildet, so daß der Widerstand der Toleranzringe 15 längs des Verschiebeweges konstant bleibt. Bei dieser Ausführungsform kann der Verformungstopf 18 eingespart werden.

Bei den Ausführungsformen nach F i g. 4,4a, 5 und 5a befindet sich innerhalb des Mantelrohres 10 ein aus genormtem Vierkantrohr bestehender erster Lenkspindelteil 116, wobei entweder der letztere an seinem unteren, zylinderförmig aufgedornten Ende mittels Wälzlager im Mantelrohr 10 mittels nicht dargestellter Wälzlager gelagert werden kann oder eine derartige Lagerung an einem dritten Lenkspindelteil 31 vorgesehen ist. Letzterer ist am ersten Lenkspindelteil 116 starr befestigt, beispielsweise durch Verschweißen. Am unteren Ende eines zweiten Lenkspindelteils 136, welcher im Unterschied zur Ausführungsform nach F i g. 1 im Mantelrohr 10 mittels eines Wälzlagers 32 oder 33 axial verschiebbar gelagert ist, ist ein mit rechtwinkligem Querschnitt versehenes Kupplungsglied 34 bzw. ¹S 34a befestigt, welches sich innerhalb des ersten Lenkspindelteils 116 befindet, wobei es sich mit einem zweiten, ähnlich ausgebildeten Kupplungsglied 35 bzw. 35a zu einem Vierkant ergänzt. Als Berührungsflächen der beiden Kupplungsglieder 34, 35 bzw. 34a, 35a sind Schrägen 36 bzw. 36a vorgesehen. In einer durch die beiden .Kupplungsglieder 34, 35 bzw. 34a, 35a gebildeten Ausnehmung 37, 37a ist eine Druckfeder 38 angeordnet. Mittels der Druckfeder 38 und der Schrägen 36 bzw. 36a paßt sich der Vierkant genau den vierkantförmigen Innenkonturen des ersten Lenkspindelteils llö an. Dadurch kann eine in Drehrichtung spielfreie Übertragung des Lenkdrehmoments vom zweiten Lenkspindelteil 136 auf den ersten Lenkspindelteil 116 erfolgen. Der durch die Druckfeder 38 und die Schrägen 36 bzw. 36a erreichte Anpreßdruck der Kupplungsglieder 34, 35 bzw. 34a, 35a an die Innenwände des ersten Lenkspindelteils 116 erzeugt auf Grund der Reibung zwischen den entsprechenden Teilen die Widerstandskraft gegen axiale Verschiebung des zweiten Lenkspindelteils 136, wobei als zusätzliche Sicherung ein das Kupplungsglied 34 bzw. 34a und den ersten Lenkspindelteil 116 quer durchsetzender Scherstift 39 vorgesehen ist, der bei Überschreitung einer bestimmten, vorher als zulässig festgestellten Axialkraft abgeschert wird.

Die Kupplungsglieder können sowohl aus gezogenem, anschließend entsprechend bearbeitetem Material als auch — was eine schnelle und billige Fertigung bedeutet — aus gestanztem Blech hergestellt werden. Es ist gemäß der Erfindung nicht unbedingt erforderlich, die Kupplungsglieder und den zugehörigen ersten Lenkspindelteil vierkantförmig auszubilden, vielmehr kann jedes beliebige, von einer Kreisform abweichende Profil vorgesehen werden.

Bei einer in F i g. 6 und 7 veranschaulichten Ausführungsform ist das untere Ende eines zweiten Lenkspindelteils 13c mit einem sechskantförmigen Bund 40 versehen, worin eine Ringnut 41 eingearbeitet ist. Ein erster Lenkspindelteil lic weist am oberen Ende eine ebenfalls sechskantförmige Aufdornung auf. Der Innendurchmesser des zylinderförmigen unteren Endes des ersten Lenkspindelteils lic entspricht der Länge einer Diagonalen des Bundes 40 am zweiten Lenkspindelteil 13c. Der Zwischenraum zwischen dem Bund 40 und Innenkontur der sechskantförmigen Aufdornung des ersten Lenkspindelteils lic wird mit einer Kunststoffschicht 42 ausgefüllt, welche beispielsweise eingegossen oder eingespritzt werden kann, wobei sich innerhalb der Ringnut 41 ein Wulst 43 bildet. Tritt nun ein Stoß in axialer Richtung der Lenksäule auf, so wird bei Überschreitung einer zulässigen Grenzkraft der Wulst 43 abgeschert, und es erfolgt eine axiale Verschiebung des zweiten Lenkspindelteils 13c gegenüber der Kunststoffschicht 42 gegen den Widerstand derselben. Auch in dieser Ausführungsform nimmt der Widerstand-ent- ( sprechend der Freigabe des Bundes 40 ab, d. h. der Stoß, wird in zunehmendem Maße vom Verformungstopf 18 aufgenommen. Die Kunststoffschicht 42 ist durch einen bei der Aufdornung des ersten Lenkspindelteils lic entstandenen Bund 44 axial fixiert.

Das Lenkdrehmoment wird von dem zweiten Lenkspindelteil 13c über die Kunststoffschicht 42 in Drehrichtung spielfrei an den ersten Lenkspindelteil lic übertragen.

Dabei kann der Bund des zweiten Lenkspindelteils und der aufgedornte Teil des ersten Lenkspindelteils sechskantförmig ausgebildet und der Bund mit einer Ringnut versehen sein, die sich beim Einbringen des Kunststoffes mit letzterem anfüllt und einen Kunststoffwulst bildet, welcher — bevor ein gegenseitiges Verschieben der beiden Lenkspindelteile möglich ist — zuerst abgeschert werden muß. Der Wulst bzw. die Ringnut sind derart dimensioniert, daß ersterer bei Überschreitung eines noch als zulässig festgelegten Stoßbetrages abgeschert wird und damit die Spindelteile zu axialer Verschiebung gegen den Reibungswider- / stand der übrigen Kunststoffschicht freigibt. Das Einbringen der Kunststoffschicht kann in flüssigem Zustand, beispielsweise durch Gießen oder Spritzen, erfolgen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Sicherheitslenksäule für Fahrzeuge, insbesondere für Kraftfahrzeuge, wobei die Lenkspindel in mindestens zwei Teile unterteilt ist, deren erster Teil in einem Mantelrohr drehbar, aber axial unverschiebbar gelagert und mit einem zweiten Teil verbunden ist, welcher für die spielfreie Übertragung des Lenkdrehmomentes dem ersten Teil gegenüber undrehbar, aber teleskopartig axial verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß Verbindungsmittel zwischen dem ersten (11, 11a, Wb und lic) und dem zweiten Lenkspindelteil (13, 13a, 136 und 13c) zugleich als mechanischer Reibungswiderstand bei axialer Verschiebung dienen.

2. Sicherheitslenksäule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für eine sowohl in Dreh- als auch in Längsrichtung wirksame kraftschlüssige Verbindung zwischen dem ersten (11 und Ha) und zweiten Lenkspindelteil (13 und 13a) mindestens ein Toleranzring (15) vorgesehen ist, welcher in einer Ausnehmung (16) des einen Lenkspindelteils (11 und lla) axial fixiert ist und am anderen Lenkspindelteil (13 und 13a) kraftschlüssig anliegt.

3. Sicherheitslenksäule nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die Übertragung eines Lenkdrehmomentes, welches größer ist als das durch den · Toleranzring (15) übertragbare Grenzdrehmoment,' am zweiten Lenkspindelteil in an sich bekannter Weise ein Mitnehmerstift (25) befestigt ist, der in einen Längsschlitz (26) am ersten Lenkspindelteil(11 und lla)eingreift.

4. Sicherheitslenksäule nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3 mit einer formschlüssigen Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Lenkspindelteil in Drehrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß diese in Drehrichtung formschlüssigen Verbindungsmittel die beiden Lenkspindelteile in Längsrichtung kraftschlüssig untereinander verbinden.

5. Sicherheitslenksäule nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als verbindende Mittel zwei mit rechtwinkligem Querschnitt versehene und zusammengesetzt einen Vierkant bildende Kupplungsglieder (34, 35 bzw. 34a, 35a) innerhalb des ebenfalls vierkantförmigen ersten Lenkspindelteils (Wb) vorgesehen sind, wobei die gegenseitigen Berührungsflächen der Kupplungsglieder als Schrägen (36 bzw. 36a) ausgebildet sind und wobei das Kupplungsglied (34 bzw. 34a) am zweiten Lenkspindelteil (13Zj) starr befestigt ist und das zweite Kupplungsglied (35 bzw. 35a) sich gegen das erste Kupplungsglied (34 bzw. 34a) mittels einer schraubenförmigen Druckfeder (38) abstützt, welche in einer durch die beiden Kupplungsglieder (34, 35 bzw. 34a, 35a) gebildeten zylindrischen Ausnehmung (37) angeordnet ist.

6. Sicherheitslenksäule nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als verbindendes Mittel zwischen einem mehrkantförmigen Bund (40) des zweiten Lenkspindelteils (13c) und einem ebenfalls mehrkantförmig aufgedornten Teil des ersten Lenkspindelteils (lic) eine Kunststoffschicht (42) vorgesehen ist, welche durch den bei der Aufdornung des ersten Lenkspindelteils (lic) entstandenen Bund (44) axial fixiert ist.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Sicherheits-Lenksäule für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge, nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Es ist bekannt, die Lenkspindel zweiteilig auszubilden und den oberen Teil der Lenkspindel derart im Mantelrohr verschiebbar zu lagern, daß ihre Teile teleskopartig ineinanderschiebbar sind, um bei Aufprallunfällen den über die Lenksäule sich fortpflanzenden Stoß längs eines genügend großen Deformationsweges zu ίο vermindern, wobei beide Teile zur Übertragung des Lenkdrehmomentes mit Keilprofil versehen sind. Die ineinanderschiebbaren Teile stützen sich dabei durch elastische Mittel, wie Gummipuffer, Schraubendruckfedern u. dgl. gegeneinander ab und/oder weisen hydrau-Tische Bremsvorrichtungen auf (z. B. US-PS 28 52 956 und 28 76 654).

Diese Lenkvorrichtungen weisen jedoch Nachteile auf. Einerseits entstehen schon von vornherein erhebliche Kosten, beispielsweise bei der Anwendung von hydraulischen oder pneumatischen Bremsvorrichtungen. Andererseits erhöhen sich die Kosten im Falle eines Aufpralls noch wesentlich, da die betreffenden in der Herstellung teueren Teile dabei vollkommen beschädigt werden und ausgewechselt werden müssen. Die an.

sich schon aufwendige und kostspielige Herstellung von Keilprofilen — zur Übertragung des Lenkdrehmoments — ist zudem niemals so genau, daß ein Spiel in Umfangsrichtung vollkommen vermieden wird. Es ist versucht worden, diese Zwischenräume mit Weichgummi auszufüllen, der aber ungenügend ist, da er erstens nachgibt und zweitens der beim Lenken eines Fahrzeuges auftretenden Wechselbeanspruchung auf die Dauer nicht standhält.

Die ebenfalls bekannten, in axialer Richtung wirkenden Federelemente haben den Nachteil, daß sie einen ankommenden Stoß nicht dämpfen, sondern lediglich speichern und anschließend in voller Stärke in den Fahrgastraum weitergeben.

Der vorliegenden Erfindung liegt als Aufgabe zugründe, diese vorstehend geschilderten Nachteile zu vermeiden und darüber hinaus eine wirksame Dämpfung von Stoßen mit einfachen und billigen Mitteln zu erzielen, wobei im Falle eines Aufpralls nur leicht auswechselbare und billige Teile beschädigt werden sollen.

Außerdem soll das Spiel zwischen den ineinanderschiebbaren Teilen in Drehrichtung vermieden werden. Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichenteil des Hauptanspruchs angegebenen Merkmale. Bei einer Ausführungsform nach der Erfindung ist für eine sowohl in Dreh- als auch in Längsrichtung wirksame kraftschlüssige Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Lenkspindelteil mindestens ein Toleranzring vorgesehen, welcher in einer Ausnehmung des einen Lenkspindelteils axial fixiert ist und am anderen Lenkspindelteil kraftschlüssig anliegt. Hierbei ist die Anordnung so getroffen, daß für die Übertragung.eines Lenkdrehmomentes, welches größer ist als das durch den Toleranzring übertragbare Grenzdrehmoment, am zweiten Lenkspindelteil in an sich bekannter Weise ein Mitnehmerstift befestigt ist, der in einen Längsschlitz am ersten Lenkspindelteil eingreift.

Bei der Anordnung des Toleranzringes ist von Vorteil, daß nur ein kleiner Teil des stangenförmigen Lenkspindekeils, nämlich der obengenannte Bund, mit einer Passung zu versehen ist. Der Einsatz des Mitnehmerstiftes soll aber erst erfolgen, nachdem der entsprechende Lenkspindelteil sich schon um einen bestimmten Betrag gegenüber dem Toleranzring verdreht hat.