DE19819713C2 - Lenksäule für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Lenksäule für ein Kraftfahrzeug mit einer in einem Mantelrohr drehbar gelagerten Lenkwelle, wobei dem Mantelrohr wenigstens ein Deformationselement zugeordnet ist, das bei Axialverschiebung des Mantelrohres unter Energie­ aufnahme plastisch deformierbar ist, wobei das wenigstens eine Deformationselement wenigstens einseitig am Mantelrohr festge­ legt ist und an karosseriefest angeordneten Umlenkmitteln an­ liegt, die derart axial zu dem Deformationselement positioniert sind, dass das Deformationselement bei einer Axialverschiebung des Mantelrohres mit Hilfe der Umlenkmittel deformiert wird.

Eine solche Lenksäule ist aus der DE 197 10 725 A1 bekannt. Die bekannte Lenksäule ist mit einem Energieabsorptionsmittel ver­ sehen, das ein flaches Metallband umfasst, das an einem Ende eines Säulenmantels der Lenksäule angebracht und über einen konvexen Amboss mit einem karosseriefesten Trägerjoch in Ver­ bindung steht. Bei einer Aufprallbelastung auf die Lenksäule wird das Metallband über den Amboss parallel zu einer Längsmit­ tellinie des Säulenmantels gezogen und dadurch plastisch ver­ formt, wodurch die Energieaufnahme entsteht.

Aus der Offenlegungsschrift DE 28 21 707 A1 ist eine gattungs­ gemäße Lenksäule bekannt, die über ein Deformationselement mit der Karosserie verbunden ist. Das Deformationselement ist als energieabsorbierender Metallstreifen in U-Form gestaltet, wobei ein freies Ende eines der Schenkel mit der Lenksäule und das freie Ende des anderen Schenkels mit der Karosserie verbunden ist. Ferner ist der Metallstreifen in einem Kasten unterge­ bracht, in dem die Schenkel des Streifens an einander gegenü­ berliegenden Seiten des Kastens anliegen. Bei einer axialen Verschiebung der Lenksäule gegenüber der Karosserie wird der Metallstreifen einer sogenannten rollenden Biegung unterworfen, die durch die Anlage des Streifens in dem Kasten definiert wird.

Aus der DE 195 42 491 C1 ist ebenfalls eine gattungsgemäße Lenksäule bekannt, die ein axial verschiebbares Mantelrohr aufweist, das über ein energieabsorbierendes Defor­ mationsglied karosseriefest abgestützt ist. Als Deformations­ glied ist ein abgebogenes Metallband vorgesehen, das an einem Ende fest mit dem Mantelrohr und an dem anderen Ende mit der Karosserie verbunden ist. Das Metallband ist ferner in einer Führung untergebracht, in der es entweder linear verschieblich oder in der Art einer rollenden Biegung deformierbar ist.

Aus der Auslegeschrift DE 16 30 882 B2 ist eine Lenksäule für ein Kraftfahrzeug bekannt, die ein Mantelrohr für eine Lenkwel­ le umfaßt, das in eine fahrzeugfeste, hülsenförmige Aufnahme eingesetzt ist. An der Aufnahme ist ferner ein steifes Umform­ werkzeug angeordnet, das bei einer Axialverschiebung des Man­ telrohres gegenüber der Aufnahme das Mantelrohr unter Energie­ aufnahme plastisch deformiert. In einem modifizierten Ausfüh­ rungsbeispiel ist das Umformwerkzeug am Mantelrohr festgelegt und deformiert bei einer Axialverschiebung des Mantelrohres die Aufnahme, auf die das Mantelrohr einschließlich des Umformwerk­ zeuges aufgesetzt ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Lenksäule der eingangs ge­ nannten Art zu schaffen, die ein gegenüber dem Stand der Tech­ nik verbessertes Deformationsverhalten aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das we­ nigstens eine Deformationselement am Mantelrohr - in Längsrich­ tung des Mantelrohres gesehen - sowohl mit seinem vorderen als auch mit seinem hinteren Endbereich festgelegt ist, und dass das Deformationselement zwischen einem ersten Umlenkelement in Form eines keilförmig gestalteten Halters und einem zweiten Um­ lenkelement in Form eines Gegenhalterns zwangsgeführt ist, wo­ bei der keilförmige Halter und der Gegenhalter einen Führungs­ spalt für das Deformationselement bilden, der - in Verschiebe­ richtung gesehen - in einem spitzen Winkel zur Längsachse des Mantelrohres ausgerichtet ist. Durch die erfindungsgemäße Lö­ sung können hohe Kontaktkräfte zwischen Deformationselement und Halter über eine Verschiebung des Mantelrohres erreicht werden. Dabei ist vorzugsweise der Halter sowohl gegenüber dem Gegen­ halter als auch gegenüber der Befestigungsstelle des Deforma­ tionselementes an dem Mantelrohr axial entgegen der Verschie­ bungsrichtung des Mantelrohres versetzt angeordnet. Mit Hilfe des keilförmigen Halters lässt sich das Deformationselement bei einer Verschiebung des Mantelrohres unter plastischer Verfor­ mung aus seiner Ausgangslage auslenken. Der Gegenhalter dient dabei als zusätzliche Führung. Je nach Ausrichtung und Dimensi­ onierung des Führungsspaltes können mehr oder weniger große Reibungskräfte zwischen Halter und Gegenhalter einerseits sowie dem Deformationselement andererseits erzeugt werden.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Nachfolgend ist ein bevorzugtes Ausfüh­ rungsbeispiel der Erfindung anhand der Fig. 2, 5 und 6 sowie ein nicht zur Erfindung gehöriges Ausführungsbeispiel einer Lenksäule gemäß den Fig. 1 und 3, 4 dargestellt.

Fig. 1 zeigt ein nicht zur Erfindung gehörendes Ausführungs­ beispiel einer Lenksäule in einer perspektivischen Dar­ stellung,

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lenksäule in einer perspektivischen Darstellung,

Fig. 3 eine Schnittansicht der nicht zur Erfindung gehörenden Lenksäule nach Fig. 1, wobei das Mantelrohr in seiner normalen Ruheposition dargestellt ist,

Fig. 4 einen Schnitt durch die nicht zur Erfindung gehörende Lenksäule nach Fig. 1, wobei das Mantelrohr in einer axial verschobenen Position dargestellt ist,

Fig. 5 einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Lenksäule nach Fig. 2, wobei das Mantelrohr der Lenksäule in seiner normalen Ruheposition dargestellt ist, und

Fig. 6 einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Lenksäule nach Fig. 2, wobei das Mantelrohr in einer axial verschobe­ nen Position dargestellt ist.

Die Fig. 1, 3 und 4 veranschaulichen ein Ausführungsbeispiel einer Lenksäule 1 für ein Kraftfahrzeug, die nicht von der er­ findungsgemäßen Lösung erfasst ist. Die Lenksäule 1 umfasst ein Mantelrohr 2, in dem eine Lenkwelle 3 drehbar gelagert ist. Die Lenkwelle 3 ist über ein Lenkrad 4 vom Fahrer des Kraftfahrzeu­ ges betätigbar.

Das Mantelrohr 2 ist über eine obere Halterung 5 und eine unte­ re Halterung 6 an der nicht dargestellten Kraftfahrzeugkarosse­ rie fixiert. Dazu ist der oberen Halterung 5 auf Seite des Mantelrohres 2 ein Anschlussstück 2a zugeordnet, wobei das An­ schlussstück 2a mit Hilfe einer oder mehrerer Nietverbindungen 7 an der oberen Halterung 5 festgelegt ist. Die untere Halte­ rung 6 weist karosserieseitig Umlenkmittel in Form von vier Um­ lenkelementen 8, 9 und 11, 12 auf, die paarweise angeordnet sind. Dabei sind die Umlenkelemente 9 und 12 als Rohrabschnitte gestaltet, deren Achsen quer zur die Hauptachse der Lenksäule 1 bildenden Achse des Mantelrohres 2 ausgerichtet sind. Die Rohr­ abschnitte 9, 12 dienen jeweils als Halter für ein zugeordnetes Deformationselement 10 bzw. 13, während die Umlenkelemente 8 und 11 als steife Blechteile ausgeführt sind und als Gegenhal­ ter für das jeweilige Deformationselement 10 bzw. 13 dienen.

Die Deformationselemente 10, 13 sind als längliche Flächenele­ mente in Form von Metallstreifen gestaltet, die eine rechtecki­ ge oder trapezförmige Grundform aufweisen, und sind in den Be­ reichen 10a bzw. 13a fest mit dem Mantelrohr 2 verbunden. Ein erfindungsgemäßes Deformationselement kann aus jedem beliebigen plastisch verformbaren Werkstoff mit einer gleichbleibenden oder sich ändernden Querschnittsfläche ausgestaltet sein.

In der aus Fig. 3 entnehmbaren Ruheposition des Mantelrohres 2 befinden sich die Befestigungsbereiche 10a, 13a in axialer Richtung des Mantelrohres in etwa auf gleicher Höhe mit den Ge­ genhaltern 8, 11, wobei die rohrförmigen Halter 9, 12 entgegen der aus Fig. 4 entnehmbaren Verschiebungsrichtung des Mantel­ rohres 2 (Pfeil V) dazu versetzt angeordnet sind. Damit lassen sich die Deformationselemente 10, 13 ausgehend von den Befesti­ gungsbereichen 10a, 13a am Mantelrohr 2 zunächst über die rohr­ förmigen Halter 9, 12 führen und anschließend an die Gegenhal­ ter 8, 11 anlegen. Die Halter 9, 12 sowie die Gegenhalter 8, 11 sind vorzugsweise an einem Befestigungsgehäuse 14 angeordnet, das mit den Gegenhaltern 8 und 11 jeweils einen Führungsspalt für das zugeordnete Deformationselement 10 bzw. 13 bildet. Die Deformationselemente 10, 13 befinden sich somit in flächigem Kontakt zum Befestigungsgehäuse 14, zu den Haltern 9, 12 und zu den Gegenhaltern 8, 11.

Im Fall einer Fahrzeugkollision, bei der Lenkrad 4, Lenkwelle 3 und Mantelrohr 2 einer axialen Stoßbelastung, beispielsweise durch einen Aufprall des Fahrzeugführers auf das Lenkrad 4, (oder entgegengesetzt durch eine aufprallbedingte Axialver­ schiebung des Vorbaubereiches des Kraftfahrzeugs) ausgesetzt sind, verlässt das Mantelrohr 2 seine in Fig. 3 dargestellte Ruheposition und bewegt sich in Richtung des Pfeiles V (bzw. entgegengesetzt) in eine in Fig. 4 dargestellte ausgelenkte Position. Dabei ist vorgesehen, dass zunächst die Nietver­ bindung 7 abschert, womit ein gewisser Losreißwiderstand über­ wunden wird, der ein unbeabsichtigtes Verschieben des Mantel­ rohres 2 verhindert. Im Rahmen der Verschiebung des Mantelroh­ res 2 werden die Deformationselemente 10, 13 über die Befesti­ gungsbereiche 10a, 13a mitbewegt. Die Deformationselemente 10, 13 werden dabei ausgehend von ihrer weitgehend spannungsfreien Positionierung gemäß Fig. 3 zwischen den Umlenkelementen 8, 9 bzw. 11, 12 hindurchgezogen und somit fortlaufend plastisch verformt. Die Verformung schreitet aus der Sicht des Deforma­ tionselementes 10, 13 in der Art einer Wellenbewegung durch dieses hindurch. Gleichzeitig wird an den Berührflächen zu den Umlenkelementen je nach Oberflächengestaltung eine mehr oder weniger große Menge Reibungsarbeit verrichtet. Umform- und Rei­ bungsarbeit ermöglichen eine wirkungsvolle Absorption der über das Mantelrohr eingeleiteten Bewegungsenergie innerhalb der un­ teren Halterung 6.

In einem modifizierten, ebenfalls nicht zur Erfindung gehören­ den Ausführungsbeispiel sind die Halter 9, 12 um ihre Zylinder­ achsen drehbar angeordnet oder mit besonders glatten und damit reibungsarmen Oberflächen versehen, so dass die Deformations­ elemente 10, 13 einer sogenannten rollenden Biegung unterzogen werden, bei der die Deformationselemente auf den Haltern 9, 12 sowie auf dem Mantelrohr abgerollt werden. Von der an sich be­ kannten rollenden Biegung unterscheidet sich dieses Ausfüh­ rungsbeispiel dadurch, dass die Deformationselemente 10, 13 ge­ zielt und genau definiert über die Umlenkelemente 9, 12 geführt werden.

Die beiden Halter 9, 12, die beiden Gegenhalter 8, 11 sowie die beiden Deformationselemente 10, 13 sind vorzugsweise jeweils identisch ausgeführt und symmetrisch bezüglich der Achse des Mantelrohres 2 angeordnet. In modifizierten, nicht zur Erfin­ dung gehörenden Ausführungsbeispielen lässt sich eine beliebige Anzahl an Deformationselementen 10 einschließlich zugehöriger Umlenkelemente 8, 9 um das Mantelrohr 2 anordnen.

In den Fig. 2, 5 und 6 ist eine Lenksäule 20 für ein Kraftfahr­ zeug veranschaulicht, die ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lenksäule bildet. Gleichartige Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 versehen. Die Lenksäule 20 weist wie die Lenksäule 1 ein Mantelrohr 2 auf, in dem eine Lenkwelle 3 drehbar gela­ gert ist. Das Mantelrohr 2 ist wiederum über eine obere Halte­ rung 5 sowie eine untere Halterung 6 an der Kraftfahrzeugkaros­ serie gelagert, wobei eine oder mehrere Nietverbindungen 7 eine ergänzende, formschlüssige Festlegung des Mantelrohres 2 über ein Anschlussstück 2a an der oberen Halterung 5 bewirken.

Im Bereich der unteren Halterung 6 sind zwei identische Defor­ mationselemente 21 mit Hilfe jeweils einer Befestigungslasche 24 einander gegenüberliegend an dem Mantelrohr 2 befestigt. Die Deformationselemente 21 sind jeweils als zu einem Profil ge­ formtes Flächenelement gestaltet und an den Kontaktstellen mit dem Mantelrohr 2 bzw. einer an dem Mantelrohr fixierten Halte­ lasche 24 fest mit diesen verbunden. Beiden Deformationselemen­ ten 21 ist jeweils ein erstes Umlenkelement in Form eines in Verschiebungsrichtung des Mantelrohres (Pfeil V) keilförmig gestalteten Halters 22 und ein zweites Umlenkelement in Form eines Gegenhalters 23 zugeordnet. Halter 22 und Gegenhalter 23 sind aus formstabilem Metallblech gefertigt und umgreifen das zugeordnete Deformationselement 21, wobei der Gegenhalter 23 in den Hohlraum zwischen Deformationselement 21 und Mantelrohr 2 eingreift. Zwischen dem Halter 22 und dem entsprechenden Gegen­ halter 23 ist jeweils ein Führungsspalt gebildet, der in spit­ zem Winkel zur Achse des Mantelrohres 2 bzw. zur Verschiebungs­ richtung des Mantelrohres ausgerichtet ist. Die Deformations­ elemente 21 sind jeweils mit geringem Spiel in dem Führungs­ spalt zwischen Halter 22 und Gegenhalter 23 zwangsgeführt. Durch eine Änderung der Winkelausrichtung des Führungsspaltes lässt sich das Energieaufnahmevermögen der Halterung beeinflus­ sen.

Darüber hinaus sind auch zwischen den Haltern 22 und dem Man­ telrohr 2 jeweils Führungsspalte für das zugehörige Deforma­ tionselement 21 gebildet.

Die Funktion der erfindungsgemäßen Lenksäule 20 lässt sich wie folgt darstellen. Bei einer Fahrzeugkollision prallt der Fahrer des Fahrzeuges möglicherweise auf das Lenkrad 4, über das die Lenksäule 3 einschließlich des Mantelrohres 2 gegenüber den ka­ rosseriefesten Halterungen 5, 6 in Richtung des Pfeiles V ver­ schoben wird. Bei einer derartigen Axialverschiebung des Man­ telrohres 2 werden die mit ihm verbundenen Deformationselemente 21 gegen die keilförmigen Halter 22 gedrückt, durch den jeweils zugeordneten Führungsspalt zwischen Halter 22 und Gegenhalter 23 geführt und gegenüber den Haltern 22, 23 verschoben. Die De­ formationselemente werden dabei von den Haltelaschen 24 ge­ stützt und einer sie durchlaufenden plastischen Deformation un­ terzogen, durch die sie sukzessive in radialer Richtung gegen das Mantelrohr 2 gedrückt werden. Auf diese Weise wird Bewe­ gungsenergie des Mantelrohrs in Umformarbeit an den Deforma­ tionselementen umgewandelt, wobei ferner je nach Oberflächen­ gestaltung in den Führungsspalten zwischen den Haltern 22 ei­ nerseits und den Gegenhaltern 23 bzw. dem Mantelrohr 2 anderer­ seits mehr oder weniger Reibungsarbeit verrichtet wird.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Deformationsele­ mente 21 als längliche Flächenelemente in Form von rechteckigen Metallstreifen ausgeführt, die zu einem wannenförmigen Profil geformt sind.

Es versteht sich von selbst, dass eine erfindungsgemäße Lenk­ säule auch über mehrere axial gegeneinander versetzte Halterun­ gen 6 an einer Kraftfahrzeugkarosserie gelagert sein kann, wo­ bei eine Halterung 6 eine oder mehrere um das Mantelrohr 2 an­ geordnete Baueinheiten bestehend aus wenigstens einem Deforma­ tionselement 10, 13, 21, einem Halter 9, 12, 22 und einem Ge­ genhalter 8, 11, 23 bestehen kann. Die Form der Deformations­ elemente kann von Halterung zu Halterung oder auch von Deforma­ tionselement zu Deformationselement unterschiedlich sein.

Claims (3)

1. Lenksäule (20) für ein Kraftfahrzeug mit einer in einem Mantelrohr (2) drehbar gelagerten Lenkwelle (3), wobei dem Mantelrohr (2) wenigstens ein Deformationselement (10, 21) zuge­ ordnet ist, das bei Axialverschiebung des Mantelrohres (2) un­ ter Energieaufnahme plastisch deformierbar ist, wobei das we­ nigstens eine Deformationselement (21) wenigstens einseitig am Mantelrohr (2) festgelegt ist und an karosseriefest angeordne­ ten Umlenkmitteln (22, 23) anliegt, die derart axial zu dem Deformationselement (10, 21) positioniert sind, dass das De­ formationselement (10, 21) bei einer Axialverschiebung des Mantelrohres (2) mit Hilfe der Umlenkmittel (22, 23) deformiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Deformationselement (21) am Mantelrohr (2) - in Längsrichtung des Mantelrohres (2) gesehen - sowohl mit seinem vorderen als auch mit seinem hinteren Endbereich fest­ gelegt ist, und dass das Deformationselement (21) zwischen ei­ nem ersten Umlenkelement in Form eines keilförmig gestalteten Halters (22) und einem zweiten Umlenkelement in Form eines Ge­ genhalters (23) zwangsgeführt ist, wobei der keilförmige Hal­ ter (22) und der Gegenhalter (23) einen Führungsspalt für das Deformationselement (21) bilden, der - in Verschieberichtung gesehen - in einem spitzen Winkel zur Längsachse des Mantel­ rohres (2) ausgerichtet ist.

2. Lenksäule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Deformationselement als zu einem Profil geformtes Flächen­ element (21) gestaltet ist, das mit dem Mantelrohr (2) einen Hohlraum begrenzt, in den der Gegenhalter (23) eingreift.

3. Lenksäule nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Deformationselement (21) mit seinem hinteren Endbereich an wenigstens einer Haltelasche (24) des Mantelrohres (2) festge­ legt ist, die rechtwinklig von einem Außenmantel des Mantel­ rohres (2) abragt.