DE1925950B2 - StoBdämpfeinrichtung, insbesondere für Sicherheitslenksäulen von Kraftfahrzeugen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Stoßdämpfeinrichtung gemäß dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine solche Stoßdämpfeinrichtung ist durch das ältere DT-Patent 1 750 521 vorgeschlagen. Ferner ist durch das ältere DT-Patent 1 630 005 die Verwendung von mit Preßsitz zwischen zwei teleskopartig zueinander bewegbaren Bauteilen angeordneten Kugeln vorgeschlagen, die bei der Relativbewegung der Bauteile zueinander eine plastische Verformung der Bauteile unter Bitdung von Nuten bewirken.

Bei der ersterwähnten Stoßdämpfeinrichtung ist in dem Käfig eine einzige Reihe von Kugeln vorgesehen und zur Zentrierung der beiden Teile ein besonderer Zentrierring erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Stoßdämpfeinrichtung der eingangs erwähnten Art so auszugestalten, daß der Käfig und die Kugeln zugleich die Zentrierung der teleskopartigen Bauseile zueinander bewirken.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angeführten Merkmale gelöst.

Auf diese Weise wird ein einfacher Aufbau unter Verwendung einer geringen Anzahl von Bauteilen erzielt.

Eine vorteilhafte weitere Ausgestaltung des Erfindungsgegenstands ist im Patentanspruch 2 herausgestellt. Es werden hierdurch in vorteilhafter Weise in der senkrechten Ebene durch die Längsachse der Lenksäule wirkende Biegemomente infolge von am Lenknandrad nach unten ausgeübten Kräften aufgenommen.

Ip der Z&hgttäggM äß iMi$fi&«Jngsbejspiel der Erfindung dargestellt ßs sejgt

Fig. 1 eine Teiiansicht eines KraftiahrzeAigs mit einer Sicherheitslenksäuie. in die eine Stoßdämpfeinrichtung nach der Erfindung eingegliedert jst.

F i g. 2 eine Teildraufsicht auf die Lenksäule nach der Linie 2-2 in F i g. 1,

F ig. 3 einen Ausschnitt aus F ig. 2,

F i g. 4 den Schnitt nach der Linie 4-4 in F t g. 2,
F i g. S den Querschnitt nach der Linie 5-5 in F i g. 2,

j F ig. 6 "feile der Stoßdämpf einrichtung während

* einer Stufe des Zusammenbaus und

IS Fig.7 in perspektivischer Darstellung Teile der Stoßdämpfeinrichuing.

In einem Kraftfahrzeug 10 ist eine Sicherheitslenksäule 12 angeordnet, die eine Stoßdämpfeinrichtung enthält (Fig. 1). Eine Lenksäule t2 besteht aas einer drehbaren Lenkwelle, die von einem Mantelrohr 20 umschlossen ist. das aus einem oberen Mantelrohrteil 22 und einem unteren Mantelrohrteil 24 besteht, die teleskopartig ineinandergreifen und so miteinander verbunden sind, daß sie die beweglichen Teile einer Stoßdämpfeinrichtung bilden.

Da« Mantelrohr 20 ist mit seinem unteren Mantelrohrteil 24 starr an einem Brandschott 16 des Kraftfahrzeugs mittels einer Halterung 26 verbunden, während der andere Mantelrohrteil 22 über eine Halterung 28 mit einem Instrumentenbrett 30 des Kraftfahrzeugs verbunden ist. Die Halterung 26 verhindert eine Verlagerung des unteren Mantelrohrteils 24 in beiden Achsrichtungen der Lenksäule 12, während die Halterung 28 eine Verlagerung des oberen Mantelrohrteils 22 nach vorn gestattet, dagegen eine Verlagerung nach hinten unterbindet.

Eine von dem Mantelrohr 20 umschlossene drehbare Lenkwelle 32 erstreckt sich von einem Lenkrad 14 durch das Mantelrohr 20 und das Brandschott 16 zu einem üblichen, nicht dargestellten Lenkgetriebe. Die Lenkwelle 32 besteht ebenfalls aus einem oberen Lenkwellenteil 34 und einem unteren Lenkwellenteil 36. die teleskopartig ineinanderschiebbar, jedoch drehfest zueinander angeordnet sind. Normalerweise werden sie durch Abscherstifte 38(F i g. 2) miteinander verbunden, die bei einer bestimmten axialen Kraft infolge eines Frontalzusammenstoßes des Kraftfahrzeugs abscheren, worauf sich die Lenkwelle 32 und das Mantelrohr 20 in axialer Richtung zusammenschieben können, wobei von dem Mantelrohr 20 und zugeordneten Teilen ein Energieverzehr der axialen Kräfte während des Zusammenstoßes erfolgt.

In den F i g. 2 und J sind die Teile dargestellt, die dem Mantelrohr 20 zugeordnet sind, um den Energieverzehr zu ermöglichen. Zwischen den zylindrischen Mantelrohrteilen 22 und 24 si.id zwei in Umfangsrichtung liegende Reihen von Kugeln 40 und 42 angeordnet, die mit solchem Festsitz eingesetzt sind, daß sie bei dem teleskopartigen Zusammenschieben der Mantelrohrteile unter plastischer Verformung Nuten in den beiden Mantelrohrteilen formen.

Die Kugeln 40 und 42 werden in einer solchen Größe gewählt, daß sie in dem Ringspalt zwischen den Manlelrohrteilen 22 und 24 mit einem solchen Festsitz sitzen, daß der Berührungsdruck im wesentlichen oberhalb der Fließspannung Jes Werkstoffs eines oder beider Mantelrohrteile 22 und 24 liegt, so daß im Bereich der Berührungsfläche eine plastische Verformung er-

kann. Pie Kugeln sind im Ausfühmngsbeispie! mit einer Härte gewählt, die mindestens 2'/2mal größer als die der Mamelrohrteile 22 und 24 ist. so daß die Verformung der Mantelrohrteile o'aie wesentliche Verformung der Kugeln eintritt Wirkt auf dl? Lenksäule 12 eine bestimmte axiale Kraft in Vorwärtsrichtung, beispielsweise dadurch, daß der Körper des Fahrers gegen das Lenkrad 14 geworfen vird, so erfolgt ein teieskopaxüges Zusammenschieben des oberen MantelrjjbrteUs 22 über das untere Mantelrohrteil 24 unter gleichzeitigem Zusammenschieben des Lenkwelfenieils 34 in den LenkweHenteü 36. Diese axiale Kraft wird durch die Wahl und Anordnung der Kugeln 4G und 42 zwischen den Mantelrohrteilen 22 und 24 bestimmt Bei dem teleskopartigen Zusammenschieben dieser Teile r«£en die Kugeln 40 und 42 in der gleichen Richtung über die Berührungsfläche mit beiden Mantelrohrteflen ab und graben in diese axial gerichtete Nuten ein. Durch diese plassische Verformung der Mantelrohrteile erfolgt ein Energieverzehr, der die teleskopartige Bewegung der Mamelrohrteile zueinander allmählich abbremst, wodurch die Möglichkeit von Verletzungen des Fahrzeuginsassen verringert vrird.

Wie die F i g. 3, 6 und 7 zeigen, ist zwischen den Mantelrohrteilen 22 und 24 ein Käfig 44 eingesetzt. Der Käfig 44 besteht im Ausführungsbeispiel aus einem Polyamid-Kunststoff, der im allgemeinen starr und formhaltig ist. In der Längsrichtung enthält der Käfig 44 einen Schlitz 46, um ihm eine gewisse Nachgiebigkeit zu erteilen. Ferner ist der Käfig 44 mi> Reihen von Löchern versehen, die der Aufnahme der Kugeln 40 und 42 dienen.

Diese Löcher sind in zwei über den Umfang reichenden Reihen mit axialem Abstand voneinander an dem Käfig 44 so vorgesehen, daß über die Kugeln 40 und 42 eine über den ganzen Umfang starre Verbindung zwischen den Mantelrohrteilen 22 und 24 erzielt wird, so daß diese zueinander zentriert sind. Die Kugeln der einzelnen Reihen sind in Umfangsrichtung außerdem zueinander versetzt, so daß keine Kugel in U^r gleichen axialen Richtung an den Oberflächen der Mantelrohrteile 22 und 24 abrollen kann, wenn diese sich beim Zusammenstoß teleskopartig ineinanderschieben.

Die Löcher in dem Käfig 44 haben einen etwas kleineren Durchmesser als die Kugeln 40 und 42. so daß die Kugeln in d;m Käfig 44 mit Preßsitz eingedrückt sind und daher einwandfrei in dem Käfig während der folgenden Montage gehalten sind. Die sich hierbei ergebende Baugruppe ist in F i g. 7 dargestellt. Die Anordnung der Kugeln 40 und 42 im Käfig 44 ist ferner so gewählt, daß nicht nur für jede Kugel eine besondere axiale Bewegungsbahn gegeben ist. sonde: η daß in einer im wesentlichen senkrechten Ebene durch die Lenksäule 12 zusätzliche Abstützpunkte durch Kugeln geschaffen werden, um bei normalem Betrieb auf das Mantelrohr 20 einwirkenden Biegekräften entgegenzuwirken. Wie F i g. 4 zeigt, sind zwei Paare von Kugeln 40 dicht beieinander beiderseits einer senkrechten Ebene durch die axiale Mittellinie der Lenksäule 12 auf der Unterseite am unteren Ende des Käfigs 44 vorgesehen und in gleicher Weise zwei Paare von Kugeln 42 in dieser Ebene am oberen Ende des Käfigs 44, jedoch 180° zu den ersterwähnten Kugeln versetzt, auf dessen oberer Seite angeordnet (F i g. 5). Diese Kugeln stellen Abstützungen gegen Biegemomente dar, die an der Lenksäule bei normalem Betrieb auftreten können und diese am Lenkradende und damit die Verbindungsstelle der beiden teleskopartigen Bauteile nach unten zu biegen trachten. Dies tritt häufig ein, wenn der Fahrer sich ψεη Lenkrad beim Besjeigsn oder Verlassen des Fahrzeugs an diesem abstützt Die getroffene Anor4nun? 4er Kugelpaare vermeidet auch eine übermäßige Bean-

5 opruchung und damit eine Ermüdung der Mantelrohrteile 22 und 24 in diesen Bereichen, wodurch die Kugeln 40 und 42 in bezug zu den Manteirohrteilec Jose werden könnten oder andererseits sich so verklemmen, daß ihr Abrollen beim leleskopartigen Jneinanderschie-

ben der Mantelrohrteile verhindert ist

Bei dem teleskopartigen Ineinanderschieben der Mantelrohrteile 22 und 24 fuhrt der Käfig 44 die Kugeln und hält sie, so daß der Abstand der Kugeln voneinander in ihren axialen Bahnen konstant bleibt Es

<S erfolgt hierdurch ein gleichmäßiger Energiever/ehr, da verhindert ist daß eine der Kugeln in die Bewegungsbahn einer benachbarten Kugel gelangen kann. Der Käfig 44 gewährleistet also, daß die Kugeln 40 und 42 ihren vollen Anteil au dem Energieverzehr ausüben.

Wird hierbei eine der Kugeln durch mikroskopisch kleine Oberflächenschäden an den Mantelrohrteilen an der Weiterbewegung gehindert so wird sie über dieses Hindernis durch den Käfig 44 mitgenommen, so daß sie trotzdem mit gleichmäßiger Geschwindigkeit wie die anderen Kugeln an den Oberflächen der Mantelrohrteile abrollt.

Der Käfig 44 erleichtert auch den Zusammenbau der dem Energieverzehr dienenden Teile. Wie bereits erwähnt, sind die Kugeln 40 und 42 mit Preßsitz in die Löcher des Käfigs 44 eingesetzt so daß der Käfig mit den Kugeln eine mühelos zu handhabende Einheit darstellt. Ferner wird damii uie Zahl der Teile für die Endmontage wesentlich verringert, nämlich auf im wesentlichen drei. Vor dem Beginn des Zusammenbaus wird der Innendurchmesser des oberen Mantelrohrteils 22 und der Außendurchmesser des unteren Mantelrohrteils 24 gemessen und nach diesen Maßen die Größe der Kugeln 40 und 42 gewählt die in die Stoßdämpfern richtung eingebaut werden sollen. Im Rahmen der üblichen Herstellungstoleranzen bei der Herstellung von Rohren, aus denen die Mantelrohrteile hergestellt wei den, ergibt sich ein begrenzter Bereich vor vorzusehenden Größen der Kugeln 40 und 42, die zur Auswahl für den Zusammenbau zur Verfügung gestellt werden können, die den gewünschten Feslsitz zwischen den beiden Mantelrohrteilen gewährleisten. Vor dem Zusammenbau werden die Mantelrohrteile 22 und 24 in vorteilhafter Weise an den benachbarten Stirnseiten mit einer Reihe von Einführungsnuten und deren Tiefe verringernden Einkerbungen versehen. Wie F i g. 7 zeigt, enthält der Mantelrohrteil 22 eine Reihe von Nuten 40a, du. auf eine Stirnfläche 47 gerichtet sind und das Einführen der zugeordneten Kugel 40, die in dem Käfig 44 sitzt, an der gewünschten Stelle des Umfangs

5S des Mantelrohres ermöglicht. An jeder Nut 40a ist eine die Tiefe verringernde schräge Einkerbung 40b an der Innenwandung des Mantelrohrteils 22 gebildet. Ähnliche Nuten und Einkerbungen 42a und 42f> sind am Mantelrohrteil 24 an dessen äußerer Fläche gebildet.

In abgewandelter Weise könnten an Stelle der Einführungsnuten und Einkerbungen auch kontinuierlich geneigte Ausnehmungen an den benachbarten Stirnflächen der Mantelrohrteile verwendet werden. Für den Zusammenbau der Mantelrohrleile 22 und 24 mit dem Käfig 44 werden diese zunächst in der in F i g. 7 gezeigten Anordnung in eine nicht dargestellte Halterung eingelegt und durch Fühler um ihre gemeinsame Achse in Umfangsrichtung ausgerichtet, so daß

die Kugeln 40 und. 42Vausgerichtet zu ihpen Einführungsnuten liegen. Zu diesem Zweck sind Rasten 48 und 50 ^;äni Käfig 44 bzw. dem Mahtelrohrteil 24 vorgesehen, in die, die Fühler zum Ausrichten eingreifen. Der Zusammenbau kann in verschiedener V/eise erfolgen. Es ist jedoch vorzuziehen, den Mantelrohrteil 24 des kleineren Durchmessers fest am Ende der Halterung abzustützen und, durch Relajuvj^wcgung des Käfigs, 44 und des Mäntelrohrieiis "22*auf den Mantelrohrteil 24 den Zusammenbau vorzunehmen. Zunächst wird der Käfig 44 mit den Kugeln 40 und 42 über das Ende des unteren Mantelrohrteils 24 geschoben, um die in F i g. 6 dargestellte Lage einzunehmen. Die Kugeln 42 sitzen unmittelbar in ihren Nuten und Einkerbungen 42a und 42b und die andere Reihe der Kugeln 40 liegt an dem äußeren Rand des Mantelrohrteils 24 an. Da ein beträchtlicher Teil der Kugeln 40 unter die Fläche des Käfigs 44 ragt, bewirken die Kugeln 42 eine schwach kegelförmige Verformung des Käfigs, die durch den Schlitz 46 ermöglicht ist (F i g. 6). Dies ist für den näch-,xcn Montageschritt vorteilhaft bei dem mit einem hydraulischen Bär od. dgl. der Manielrohrteil 22 aus der Stellung gemäß F i g. 6 frei über den Käfig 44 und den Manteirohrteil 24 gepreßt wird, bis seine Stirnfläche 47 in der Stellung 47' in F i g. 3 gelangt ist. Bei dieser Bewegung gleitet die Stirnfläche 47 des Mantelrohrteils 22 leicht über die vordere Käme des Käfigs 44, da zu dieser Zeit noch keine Pressung zwischen den einzelnen Teilen besteht Der Rand 47 des Mantelrohrteils 22 liegt nunmehr aber unmittelbar gegen die Reihe der Kugeln 4© an. die im Bereich der Nuten 40a und Einkorbungen 40£ liegen! Da nunmehr alle Kugeln im Bereich ihrer zugeordneten Nuten liegen und auf der anderen Seite an einer zylindrischen., Fläche abgcsiüizt sind, bewirkt eine weiterhin in axialer Richtung ausge-S übte Kraft, die beiden Sätze von Kugeln 40 und 42 längs ihrer Einführungsnuten nach innen zu rollen, wodurch sie in den gewünschten Festsitz zwischen den Mantelrohrieilcn gelangen. Danach wird die axiale Kraft fortgesetzt, wobei sich die Kugeln infolge der

ίο axialen Verlagerung des Käfigs 44 mit der halben Geschwindigkeit des weiter bewegten Mantelrohrteils 22 abrollend bewegen und unter Eingraben von Nuten in die in F i g. 3 gezeichnete Lage gelangen. In F i g. 3 sind die hierbei gebildeten Nuten in den Mantclrohrtcilcn gestrichelt eingezeichnet

Die bei dem gewählten Festsitz der Kugeln in den Mantelrohrteilen 22 und 24 ausgeübte axiale Kraft während der letzten Montagestufc entspricht der axialen Kraft, die im Falle eines Zusammenstoßes erforder-Hch ist, um das tdeskopartige Ineinanderschieben der Mantelrohrtcile einzuleiten. Die letzte Moniagcstufc ermöglicht daher zugleich eine Prüfung der Stoßdämpfeinrichtung auf die unter Zusammenstoßbedingungen gegebene axiale Kraft und ist damit ein Kriterium für die Größe des zu erwartenden Energieverzehrs. Die Ausbildung des Käfigs 44 als Führung für die Kugeln kann in abgewandelter Weise gewählt werden Ebenso können an dem Käfig mehr als zwei Reiher von über den Umfang verteilten Kugeln vorgescher sein.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   L Stoßdärapfelniichtung,insbesondere für Sicherheitsteflksäulen von Kraftfahrzeugen, bei der Kugele mit Preßsitz zwischen zwei teJeskopartig zueinander bewegbaren Bauteilen in bestimmtem Abstand voneinander in Löchern eines koaxial zwischen den Bauteilen angeordneten Käfigs eingesetzt sind, and die Kugeln aus einem härteren Werkstoff als die Bauteile bestehen und bei einem ein telcskoparüges Zu^uunensehieben der Bauteile verursache^Sen ^usamtaen|tt>i längs äuäeif f efufa" rungsflächen mit den Bauteilen unier Äufrechterhaltung ihrer Lage zueinander pollen und die fortsthreitesde plastische Verformung der Bauteile unter Bildung von Nuten in diesen bewirken, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei axialen Abstand voneinander aufweisende Reihen von über den Umfang der Bauteile verteilten Kugeln (40 bzw. 42) vorgesehen sind, und die Kugeln der einen Reihe in Umfangsrichtung zu den Kugeln dir anderen Reihen versetzt angeordnet sind.
2. 2. Stoßdämpfeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Paaie von Kugeln (40) der axial tiefer liegenden Reihe dicht nebeneinander symmetrisch beiderseits der senkrechten axialen Ebene durch die Lenksäule (12) auf der in eingebautem Zustand der Lenksäule unteren Seite des Käfigs (44) vorgesehen sind, und daß entsprechend zwei Paare von Kugeln (42) der axial oben liegenden Reihe dicht beieinander beiderseits der senkrechten axialen Ebene auf der oberen Seite des Käfigs vorgesehen sind.