DE1947892A1 - Zusammenschiebbare Lenksaeule - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine zusammenschiebbare Lenksäule, um bei Fahrzeugunfällen Verletzungen der Fahr» zeuginsassen zu verhindern. Durch die Erfindung soll eine Lenksäulenanordnung geschaffen werden, die wirtschaftlich ausführbar und besonders wirksam ist* Die lenksäule soll bei einer bestimmten Drucklast zusammenschiebbar sein und eine abgestufte Energievernichtung ermöglichen«

Ferner soll eine zusammenschiebbare Lenksäule geschaffen werden, die gegenüber bekannten Konstruktionen einfacher und kostensparender ist, was durch weniger rdativ zueinander bewegliche Teile erreicht werden soll«

Es ist bei zusammenschiebbaren Lenksäulen bekannt.« eine Art abscher bares Element vorzusehen, das sich abscheren läßt, wenn zwischen zwei teleskopartig miteinander in Eingriff stehenden Seilen der Lenksäule eine bestimmte, in Richtung der Teleakopbewegung wirksame Last auftritt, wobei eine solche Vorrich-

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tung offensichtlich plötzlich und endgültig wirksam wird ο Falls 3ie ausreichend schwach gebaut ist« um bei entsprechenden Unfallsituationen ein Abscheren su ermöglichen, v/ird sie nicht stark genug sein, um eine wirkliche Energievernichtung durchführen su können, um dadurch den Stoß einer Kollision gegenüber dem Fahr zeuglenker abzudämpfen» Falls eine solche Abachervorrichtung dazu dient, dao Lenkdrehmoment zu übertragen, ist sie auch durch ein fehlerhaftes Drehmoment verletzlich, wobei dann der Fahrzeuglenker ohne eine Lenkmög= Henkelt bleiben würde. Es ist eine hauptsächliche Auf» gäbe der vorliegenden Erfindung» bei eines? zuBainmenschiebbaren Lenksäule nicht nur Kittel vorzusehen, welche dann abscheren, und zwar plötslich, wenn eine gevriß~ se Unfallbelastuag in Richtung der teleskopartigen Yer~ schiebbarkeit in der leskeäule auftritt, sondern welche gaiis getrennt davon eine Energievernichtung ermöglichen, um dadurch öle ernsthaften phyeiologischszi Folgen eines Stoßes zu verringern» Außerdem soll durch die Erfindung eine Lenksäule geschaffen werden₈ welche so konstruiert und eingebaut ist, daß sie in der vorstehend beschriebenen Weise einerseits dann wirksam ist, wenn sich daa Lenkrad als folge des vom Fahrzeuglenkor ausgeübten Momentes nach vorn und unten bewogt, als auch dann, wenn das Lenkgetriebe sich aufgrund einer mechanischen Beschädigung des vorderen Fahrzeugendes nach oben und hinten bewegt, wie auch in beiden Fällen.,

In der folgenden Beschreibung wird das Wort "Beformation'¹ in einem sehr weiten Sinne gebraucht, um anzudeuten, daß die ursprüngliche Konstruktion oder Form eines Elementes der Lenksäule dauerhaft Verändert wird, beispielsweise durch Schneiden des Materials, aus welchem es besteht, was einen nicht rückgängig zu machen« den Vorgang darstellt, oder durch plastische Deformation des Matedals, wie z. B. durch Stanzen, was ebenfalls ein nicht wieder umzukehrendes Verfahren darstellte Wenn die vorliegende Erfindung angewandt wird, kann tatsächlich

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ein« Kombination aua Sehneiden und plastischer Deformation auftretenf was wiederum vom Ausdruck "Deformation¹¹ erfaßt wird.

Erfindungsgemäß zeichnet eich eine zusatnmenschiebbare Lenksäule aus durch koaxiale, teleskopartig angeordnete Element©· durch formschlüssig«, durch Scheren beim Auftreten einer entsprechend großen axialen last »er * β tor bar β Kupplung,« elemente zur Verbindung dieser koaxialen Elemente und durch weitere Mittel, durch welche während der teleakopartigen Zusammenschiebbewegung dieser Elemente eine bleibende Verformung eines Elementes aufgrund der hierzu axialen Relativbewegung des anderen Elementes unter Energievernichtung bewirkbar ist.

Die Deformation kann die Folge scharfer Kanton sein, welche an einem Element vorgesehen sind \wä sich in das Material dee anderen Elemeiitos während der teleokopartigen Relativbewegung einschneiden, odor die Folge einer plastischen Deformation dee einen Elementeo durch des andere während dieser teleskapartigen Relativbewegung. Nach einem weiteren Msrkmal der Erfindung bestehen die formsohlüsaigea Kupplungseleaente vorzugsweise aus Kunststoff, welcher in die zusammengebaute Konstruktion eingegossen wird, so daß zwischen den koaxialen und teleskopartig angeordneten, zusammenschiebbaren Elementen nach dem Abbinden eine mechanische Verbindung besteht. Solche gegossenen Elemente kSnnen angeordnet sein, um das Lenkmoment zwischen diesen Elementen zu übertragen, oder es können die Mittel, «•lohe die erwähnte Deformation bewirken, so angeordnet sein, daaseie das Lenkmoment Übertragen.

Die Erfindung umfaßt besondere Ausführungsbeiepiele, welche ein gewisses Maß an konstruktiven Einzelheiten enthalten, welche aus den Zeichnungen ersichtlich sind. Ein weiteres Merkmal von einiger Bedeutung besteht bei

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einer ausammensohiebberen Lenksäule darin, daß koaxiale obere und untere» ein Drehmoment übertragende Elemente durch abseherbare Verbindungemittel und duroh energiever£ehrende Mittel miteinander verbunden Bind, wobei jedes dieser Elemente von einem Lager getragen wird, wobei beide Lager in einem nicht teleskopisch auegebildeten, sie umgebenden Rohr angeordnet und in axialer Richtung darin gegeneinander versetzt sind, wobei wenigstens eines dieser Lager so ausgebildet ist, daß es eine teleskopartige Zusammenschiebung zwischen dem oberen und dem unteren Element ermöglicht. Diese Ausführungsfora kann weiter so abgewandelt wer- ~ den, daß die Lager statt in einem nicht teleskopischen, " sie umgebenden Rohr in festen Teilen des Fahrzeuges angeordnet sind.

Anhand der nun folgenden Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele der Erfindung wird diese näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine vollständige, gekapselte, erfindungsgemäße Lenksäule,

Fig. 2 einen Schnitt durch die Lenksäule

nach der Linie D-D in Fig. 1 und

Fig. 3 einen Schnitt durch eine andere Ausfuhr ungsform.

Ia der Zeichnung ist der obere Teil der Lenksäule eine massive oder rohrfurmige Welle 1. Ihr oberes Ende IA trägt dae Lenkrad. Der untere Teil der Lenksäule ist ein Rohr 2, welche« eich bis su einem Ende 2A erstreckt, welches den Lenkmechanismus betätigt. Die Teile 1 und sind in einem stationären Gehäuse angeordnet, welches aus,einem oberen äußeren Rohr 3 und einem unteren äufie-

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ren Rohr 4 besteht. Das Rohr 4 ist ao bemessen» daß es sieh teleskopartig in das Rohr 3 sohieben kann.

Mb unteren Ende der Säule ist ein doppeltes Kugellager 5 zwischen den Seilen 2 und 4 vorgesehen, wobei dieses Lager durch einen Flansch 5A aus einem elastomeren Material geschützt wird· Am oberen Ende der Säule 1st zwischen den !feilen 1 und 3 ein ähnliches lager 6 vor» gesehen»

Wo das äußere Rohr 4 in das äußere Rohr 3 eintritt, besitzt das Rohr 4 eine ringförmige Einbuchtung 7 t während an der Außenseite des Rohres 4 ein Kunststoffkragen 8 angeordnet ist, welcher so geformt ist, daß er in die Ausbuchtung 7 eingreift, wodurch der Kragen θ an einer axialen Bewegung gehindert wird₀ Der Kragen 8 besitzt eine flache äußere Ausnehmung. Das äußere Rohr 3 ist mit einem oder mehreren in radialer Richtung verlaufenden Bohrungen 9 versehen, welche in diese Ausnehmung münden„ Mach dsm Zusammenbau wird ein Kunststoff oder ein gleSbares Elastomer in eine der Bohrungen 9 eingespritzt, bis die Ausnehmung ausgefüllt ist und auch die andere oder die anderen Bohrungen von diesem Material angefüllt sind« Die in die Bohrungen 9 eingreifenden Katerialpfropfen wirken als Scherstifte zwischen den Rohren 3 und 4 und besitzen bei dieser Ausführungsform der Erfindung einen relativ niedrigen Widerstand gegenüber der teleskopartigen Zusammenschiebbewegung des Gehäuses·

Die das Drehmoment übertragenden Teile 1 und 2 der Lenksäule sind in de» bei IO angedeuteten Bereich miteinander verbunden» Das Rohr 2 ist bei Il mit einer hohlen zylindrischen Muffe 12 verschweißt, oder mit dieser verlötet oder auf andere Weise verbunden, welche Muffe 12 ihrerseits bei 13 mit einer Verlängerung des Rohres 2 verschweißt ist» Die Verlängerung 2C umgibt den Teil 1 in einem gewiesen Abstand* Im Bereich 2B ist ein büchsenartiges Lager zwischen den Teilen 2C

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und 1 angeordnet, welches ale stabilisierendes Lager dient» .

Die Muffe 12 besitzt beispielsweise vier radiale Bohrungen 12A₁ welche gegenüber einer ringförmigen Nut 12B ausgerichtet sind, welche in das Ende des Teiles eingedreht istο In diese Hut und die Bohrungen wird ein Kunststoffmaterial eingespritzt, um darin auszuhärten _β Durch das Einspritzen des Kunststoffes ergeben sich in den Bohrungen 12A Scherstifte.

Das Ende des Teiles 1 ist ein getrennt angefertigtes Element» Es weist einen quadratischen Rundquexachnitt auf, wie er bei 14 in Fig. 2 au sehen ist, und sein unteres Ende wird durch eine konvexe Fläche 15 (Fig, I) gebildete Die Seitenabmeesung dos Quadrates entspricht zumindest näherungsweise dem Durchmesser deo Teiles Dieses im Querschnitt quadratische Endelement greift in das im Querschnitt ebenfalls quadratisch ausgebildete . Innere der Huffe 12 ein und Überträgt durch diesen formschlüsaigen Singriff das Lenkmoment. In axialer Richtung 1st die Anordnung durch die Scherstifte in den Bohrungen 12A festgelegt»

falls eine übermäßig große axiale Belastung auftritt, beispielsweise im Falle eines Unfalls, scheren die Stifte abο Das im Querschnitt quadratische Ende 14 dringt dann in das Ende des unteren Teils 2 der Lenksäule ein, in welchem es eich durch Schneiden oder «*. . . . _ . des Rohres 4_ : ^- _Λ Stanzen, oder durch Verformung/seine Bahn freimachen muß, wobei durch dleae zerstörende Einwirkung Energie verzehrt wird, welche das teleskoplsohe Zusammenschieben der Teile 1 und 2 abbremst. Falls eine Abstufung einer solohen Bremswirkung erwünscht ist, kann die Bohrung des Teiles 2 konvergierend ausgebildet werden, so daß die zum Eintreiben des Teiles 1 in das Teil 2 erforderliche Kraft progressiv zunimmt·

Es ist daraus ersichtlich, daß die Grundeinheit ohne

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die nicht an der Drehbewegung teilnehmenden äußeren Rohre 3 und 4 wirksam ist. Die Teile 1 und 2 können auch lediglich miteinander so verbunden werden, daß sie ein Drehmoment übertragen und ineinander teleskopartig verschiebbar sind, wobei die Scherwirkung und die Abbremsung als Funktion einer teleskopartigen Verschiebung der Teile 3 und 4 vorgesehen sein kann, welche in dieeea falle aο auszubilden sind, daß eine teleskopartige Verschiebung eine Deformation bewirkt.

Bei den in Pig« 3 dargestellten AusfÜhrungsbeiepiel ist ein äußerea rohrfttrmiges Gehäuse 31 vorgesehen, welches bei einem Automobil swlsohen der Spritswand 32 und einem Bügel 33 angeordnet werden kann, welcher am Instrumentenbrett befestigt ist. Das Gehäuse 31 ist gegenüber der Gesamtlänge der Lenksäule relativ kurs. Falls es aus einigen Gründen eine solche Länge aufweisen Bufl, welohe eine derartige Ausbildung rechtfertigt, kann es als axial susaiamensehlebbare Konstruktion ausgebildet sein, es kann aber auch fehlen, so daß bei 32 ein lager für einen unteren Gehäuseteil und bei 33 eine zweite lagerung vorgesehen ist, welohe beide fest im Fahrzeug angeordnet sind. Die das vom Fahrseuglenker ausgeübte Drehmoment übertragende !lenksäule umfaßt einen rohrförmigen oberen Teil 36, an welohem das Lenkrad auf einer Keilwellenversahnung 36A befestigbar 1st, und einen unteren Wellenteil 591 welcher sich nach unten bis sum Lenkgetriebe oder einem ähnlichen Mechanismus erstreckt«

Der untere Teil 39 1st bei 34 in der Sprit«wand 32 des Fahrseuges drehbeweglich, jedoch ohne axiale Verschiebeettgliohkeit, gelagert· Der obere Teil 36 wird von einem Kugelsohulterlager 35 im Bereich des Bügels 33 getragen· Ea 1st ersiohtliehy daß das Lager bei 35 so angeordnet ist, daß der Teil 36 sich teleskopartig nach unten (d.h<> in der Zeichnung nach links) bewegen kann, ohne daran vom Lager gehindert su werden.

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Der !fell 36 1st bei 36B nach außen und bei 360 wieder nach Innen gebogen» so daß ein ringförmiger innerer Raum oder Kanal auegebildet wird· Diese Verformung ist rund auegebildet und umschließt auf diese Welse einen Kragen 37· Der Kragen 37 1st mit radialen BInspritEbohrungen 41 versehen, welche gegenüber radialen Bohrungen 41A ia verlängerten Heil dee Teiles 36 aus« gerichtet sind und so mit einem Raum 41B innerhalb des Kragens 37 in Verbindung stehen_o Der Zweck dieser Anordnung besteht darin,, naoh der Hon tage durch Einspritzen des Kunststoffes ein Abscherelement zu bilden« welches hauptsächlich die radialen Abscherstlfte umfaßt, welche in den Bohrungen 41 und 41B durch dieses Gießverfahren ausgebildet werden,.wobei diese Stifte geeignet sind, allen normalen axialen Belastungen an der Lenk* säule eu widerstehenο Die axiale Bohrung des Hagens 37 nlmat das kuppelartig abgeschlossene Ende des unteren Teils 39 der lenksäule auf. Der Teil 36 erstreckt sieh mit einem erweiterten Innendurchmesser nach unten länge des Teils 39 und bei 40 ist eine GlelthUlse im Ende des Teils 36 auf dem Teil 39 angeordnet» welche ein stabilisierendes Gleitlager bildet. Das Ende des Teils 39 ist bei 38 mit quadratischem Querschnitt oder einem anderen polygonalen Querschnitt ausgebildet, so daß wie beim vorhergehenden Ausführungsbeispiel» welches eine entspreohend ausgebildete Fassung aufwies» das Ende 36 seine Bahn freisohnelden» freistanzen oder auf andere Welse unter Krafteinwirkung in das Ende dee Teiles 36 naoh dem anfängliehen Abseheren der Scherstifte eindringen muß» falls die beiden Teile 36 und 39 teleskopartig suBsmmengedrflokt werden· Das ringförmig· Kunstetoffgebilde bei 41B verbleibt in dem - wie gezeigt - mit einer äußeren Umfangnut versehenen Ende des Teils 39.

Die Teile 36 und 39 sind normalerweise eur Übertragung eines Drehmomentes dadurch verbunden, daß der quadratische. Querschnitt bei 38 in den entsprechend ausgeblldeten Kragen 37 eingreift. Die Lager 34 und 35 stützen

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die Lenksäule ale Ganzes im Gehäuse 31 ab, wenn jedoch die Lenksäule zusammengeschoben wird, ermöglicht das Lager 35 aufgrund seiner Bauart die erforderliche axiale Freiheit, Eb ist ersichtlich, daß das Gehäuse 31 beträchtlich kürzer ist als die Lenksäule, und die Lager sind so ausgebildet, daß der Lenksäulenteil 36 sich nach oben aus dem Gehäuse erstreckt, wobei die teleekopa?tige Zusanunenachiebbarkeit dursh diese Abmessungen bestimmt wird.

Bei einer noch wirtschaftlicheren, nicht dargestellten Ausführungefora der Erfindung lat das Lager bei 35 direkt in Bügel 33 und das Lager bei 34 direkt in der Spritzwand 32 angeordnet, wobei das Gehäuse 31 ent» fälltο In einem solchen Falle kann ein Lager oder können beide Lager so angeordnet sein, daß sie sich selbst= tätig ausrichten_s beispielsweise dadurch, daß sie in einem federnden Block oder einer elastischen Büchse angeordnet sind„ Das Lager bei 34 kann entfallen, wenn das untere Ende des wellenförmigen Teiles 39 im Lenk» getriebegehäuse selbst gelagert ist, welches auf. der linken Seite der Spritzwand 32 liegt (nicht gezeigt).

Als weiteres Merkmal der Erfindung ist noch festzuhalten, daß die vorgeschlagene Lenksäule eine sehr wirt» schaftliche Hontage im Fahrzeug ermöglicht, weil die in den Fahrzeugteilen befestigten Lager bei einer ent« sprechenden Ausführungsform auf eines verringert werden können, nämlich das dem Lager 35 entsprechende Lager., Die Erfindung hat deshalb auch ein Fahrzeug zum Gegenstand, in.welchem eine zusammenschiebbar^ Lenksäule duroh nur ein Lager im Fahrzeug und durch eis Lager im Lenkgetriebe getragen wird«, Es ist außerdem ein Merkmal der Erfindung, daß eine susammenschiebbare Lenksäule ohne äußeres Gehäuse vorgesehen werden kann₀

Anaprüobet

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Claims (1)

1. Patent aneprüche s

   Zusammenschiebbare Lenksäule, gekennzeichnet durch koaxiale, teleskopartig angeordnete Elemente (1, 2; 3» 4» 36, 39) durch formachlüasige, durch Scheren beim Auftreten einer entsprechend großen axialen Last zerstörbare Kupplungselemente (12Λ; 41) zur Verbindung dieser koaxialen Elemente, und durch weitere Mittel (14; 38), durch welche während der teleskopartigen Zusammenschiebbewegung dieser Elemente k eine bleibende Verformung eines Elementes (2; 36)

   aufgrund der hiersu axialen Relativbewegung des anderen Elementes (1; 39) unter Energievernichtung bewirkbar ist ο

   Lenksäule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Deformation durch Kanten bewirkt wird« welche an einem Element (2, 39) vorgesehen sind und welche in das Material des anderen Elementes (1; 36) einschneiden,

   3. Lenksäule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Deformation durch ein Teleskopelement bewirkt wird, welches eo teleskopartig relativ zua anderen Element verschoben wird, daß sich eine plastische De=* . formation ergibt«

   4ο Lenksäule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die formschlüssigen Kupplungeelemente (12A₉ 41) aus Kunststoffelementen bestehen, welche bei zusammengebauter Konstruktion mit einem Paar (1, 2; 3,4; 36, 39) der koaxialen Elemente in Eingriff gebracht sind.

   5ο Lenksäule nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffelemente (12A, 41) so angeordnet sind, daß sie das Lenkmoment zwischen diesen Paaren der koaxialen Elemente übertragen.

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   6. Lenksäule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese weiteren Mittel (14, 37) so angeordnet sind, daß sie das Lenkmoment zwischen dem deformierenden und dem deformierten Element übertragen.

   7. Lenksäule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet« daß die formschlüssigen Kupplungselemente zwischen den oberen und unteren Teilen der drehmomentübertragcnden Elemente vorgesehen sind*

   8· Lenksäule nach eiern der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei teleskopartige, rohrförmig« Elemente (5, 4) die das Drehmoment übertragenden Elemente koaxial umgeben und-durch abscherbare Verbindungsmittel miteinander verbunden sind·

   9· Lenksäule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente, zwischen denen die Energievernichtung stattfindet, nicht-drehbar, teleskopartig und rohrförmig ausgebildet sind, und zwischen diesen Elementen einerseits und den drehmomentübertragenden Elementen (1, 2) andererseits Lager (5, 6) angeordnet sind.

   10. Lenksäule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente, zwischen denen die Energievernichtung stattfindet, zwei drehmomentübertragende Elemente sind.

   11· Lenksäule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß koaxiale obere und untere drehmomentübertragende Element· (36, 39) durch abscherbare Verbindungsmittel und durch energievernichtende Mittel miteinander verbunden sind und daß jedes dieser Elemente durch je ein Lager (5^t 35) getragen wird, die jeweils in einem nicht teleskopartigen, sie umgebenden Rohr mit axialem Abstand angeordnet 3ind, wobei wenigstens eines dieser Lager (35) so ausgebildet ist, daß es eine teleskopartige Verschiebung zwischen dem oberen und dem unteren Element ermöglicht. 0098U/U34

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   12« Lenksäule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zueinander koaxiale obere und untere drehmomentübertragende Elemente sowohl dach abscherbare Verbindungemittel als auch durch energieverzehrende Mittel miteinander verbunden sind, wobei jedes dieser Elemente von einem Lager getragen wird, welches mit axialem Abstand vom anderen lager in einem festen Teil des Fahrzeugs . angeordnet ist.

   13* Lenksäule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da-

   durch gekennzeichnet, daß eine abscherbare Verbindung P durch eine ringförmige Nut (41 D) in einem der dadurch verbundenen Elemente (39) und durch radiale, gegenüber der Nut ausgerichtete Durchbrüche (41 A) im anderen Element gebildet wird, wobei Kunststoff in die Hut und die Durchbrüche eingespritzt und darin ausgehärtet ist.

   14. Lenksäule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daßjdie ein Drehmoment übertragenden Elemente eine massive, teleskopartig in einer rohrförmigen Welle (2) angeordnete Welle (1) umfassen, wobei das Ende der massiven Welle einen polygonen Querschnitt mit scharf ausgebildeten Kanten besitzt, dessen Durchmesser zwischen einander gegenüberliegenden Kanten größer ist als der Innendurchmesser der rohrförmigen Welle, so daß während der teleskopartigen Zusammenschiebung die Kanten in das Material der rohrförmigen Welle einschneiden.

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