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Die
Erfindung betrifft eine Sicherheitsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit einer
durch wenigstens ein energieabsorbierendes Deformationsteil gehaltenen
Funktionseinheit, wobei das wenigstens eine energieabsorbierende
Deformationsteil als Biegeschenkel gestaltet ist, der mit einem
Angriffspunkt an der Funktionseinheit angeordnet und mit einem gegenüberliegenden
Stützbereich
fahrzeugfest positioniert ist.
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Eine
solche Sicherheitsvorrichtung ist aus der
DE 21 43 935 C3 bekannt.
Die bekannte Sicherheitsvorrichtung weist als energieabsorbierende
Deformationseinheit eine Konsole auf, die eine als Funktionseinheit
dienende Lenksäule
trägt.
Die Konsole ist oberhalb der Lenksäule positioniert und an einer
Stirnwand der Fahrzeugtragstruktur fahrzeugfest gehalten. Die Konsole
weist wenigstens einen Biegeschenkel auf, der zur Lenksäule hin
abragt und an einem Angriffspunkt fest mit der Lenksäule verbunden ist.
Sobald ein Fahrer des Kraftfahrzeugs auf das Lenkrad der Lenksäule, beispielsweise
aufgrund eines Frontalaufpralls des Kraftfahrzeugs, stürzt, wird auf
die Lenksäule
eine Belastung in Fahrtrichtung nach vorne ausgeübt. Durch diese Belastung verbiegt
sich der Biegeschenkel der Konsole ebenfalls in Fahrtrichtung nach
vorne und nimmt dabei Aufprallenergie der auf das Lenkrad und die
Lenksäule
aufprallenden Person auf und wandelt diese in Verformungsarbeit
um.
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Aus
der
DE 38 44 251 A1 geht
eine Sicherheitseinrichtung für
eine Funktionseinheit eines Kraftfahrzeugs hervor, die verhindern
soll, dass im Crashfall eine Lenksäule in den Fahrzeuginnenraum
geschoben wird. Die Sicherheitseinrichtung umfasst eine Anprallstütze, die
einer durch einen Aufprall eingeleiteten Kraft zumindest solange
standhalten soll, dass ein Teil der Lenksäule entgegen dem Uhrzeigersinn
um die Anprallstütze
verschwenkt wird. Hierzu ist die Anprallstütze entsprechend steif ausgelegt und
nicht dazu geeignet, durch Verformung Energie zu absorbieren. Bei
einem Ausführungsbeispiel
ist die Anprallstütze
mit einer Schwachstelle versehen, die bei einer nach Umschwenken
des einen Teils der Lenksäule
weiter aufgebrachten Kraft verhindern soll, dass die Anprallstütze die
Wand der Fahrgastzelle durchschlägt
und in den Fahrzeuginnenraum eindringt.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Sicherheitsvorrichtung der eingangs genannten
Art zu schaffen, die mit einfachen Mitteln einen hohen Insassenschutz
gewährleistet.
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Diese
Aufgabe wird dadurch gelöst,
dass der wenigstens eine energieabsorbierende Biegeschenkel unterhalb
des Funktionsteiles angeordnet und der erwarteten Krafteinleitung
derart schräg
entgegengerichtet ist, dass der Angriffspunkt an der Funktionseinheit
sich bei einer Deformation des Biegeschenkels mit einer Bewegungskomponente
nach oben bewegt.
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Die
erfindungsgemäße Lösung eignet
sich insbesondere für
den Einsatz bei einer Funktionseinheit in Form einer Lenksäule, da
durch die Anordnung des Biegeschenkels unterhalb der Lenksäule gegenüber dem
beschriebenen Stand der Technik kein Bauraum oberhalb der Längssäule, das
heißt,
im Cockpitbereich, benötigt
wird. Die Erfindung stellt daher eine platzsparende Unterbringung
der Sicherheitsvorrichtung und des wenigstens einen Biegeschenkels
dar. Die Anordnung des wenigstens einen Biegeschenkels unterhalb
der Lenksäule
ermöglicht zudem
die Halterung zusätzlicher
Funktionsteile an diesem Biegeschenkel oder an einem Trägerteil,
dem der Biegeschenkel zugeordnet ist. Weitere Funktionseinheiten,
für die
die erfindungsgemäße Sicherheitsvorrichtung
sich eignet, sind im Fahrzeuginnenraum Funktionsteile einer Sicherheitsgurtanordnung oder
Knieschutzeinheiten. Fahrzeugaußenseitig
können
Stoßfängeranordnungen
als Funktionseinheiten im Sinne der Erfindung vorgesehen sein.
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Die
erfindungsgemäße Lösung eignet
sich auch für
andere Funktionseinheiten, insbesondere von Sicherheitsgurtanordnungen
oder anderen Sicherheitseinheiten innerhalb oder außerhalb
des Kraftfahrzeugs. Durch die erfindungsgemäße Lösung ergibt sich eine relativ
große
Deformationslänge,
so dass eine vergleichsweise hohe Aufprallenergie abbaubar ist.
Der wenigstens eine Biegeschenkel ist mit seinem Stützbereich
an einem Tragteil fahrzeugfest positioniert. Das Tragteil kann eine
Tragkonsole einer Lenksäule
oder auch ein Cockpitquerträger
sein. Der wenigstens eine Biegeschenkel kann in dem entsprechenden
Tragteil integriert sein oder auch separat an das Tragteil angebaut
sein.
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In
Ausgestaltung der Erfindung ist der Biegeschenkel einstückig mit
einer Tragkonsole der Lenksäule
gestaltet. Dies ist eine be sonders einfache Ausgestaltung, da eine
geringe Anzahl von Bauteilen und ein geringer Montageaufwand aufgrund
der Einstückigkeit
erreicht wird. Bei einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist
der Biegeschenkel an einer entsprechenden Tragkonsole durch Befestigungsmittel
verbunden.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind zwei zueinander parallel
in einer gemeinsamen Flucht ausgerichtete Biegeschenkel vorgesehen,
die die Funktionseinheit nach Art einer Parallelogrammführung tragen.
Dadurch ergibt sich bei einer Deformation der Biegeschenkel eine
exakte Führung
der Funktionseinheit in Deformationsrichtung bei gleichzeitig relativ
hoher Deformationslänge.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Lenksäule mittels
wenigstens eines unteren Festlagers sowie wenigstens eines oberen
Loslagers gelagert, und der Biegeschenkel greift im Bereich eines unteren
Festlagers der Lenksäule
an. Da der wenigstens eine Biegeschenkel bei der Deformation auch eine
Bewegungskomponente nach oben aufweist, wird das Festlager der Lenksäule bei
einer entsprechenden Deformation nach oben bewegt, wodurch das Lenkrad
der Lenksäule
um einen bestimmten Betrag nach unten bewegt wird. Dies ist bei
entsprechenden Aufprallbelastungen vorteilhaft, da dadurch Verletzungsgefahren
für den
Fahrer reduziert werden können,
indem ein Aufstellen des Lenkrades während eines Fahrzeugaufpralles
verhindert wird.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind Deformationshilfsmittel
vorgesehen, die nichtlineare Deformationsweg/Kraft-Kennlinien gewährleisten. Dadurch
kann die entsprechende Kennlinie auf die jeweils gewünschte Energieabsorption
abgestimmt werden. Dadurch ist es beispielsweise möglich, im Anfangsbereich
der Deformation eine höhere
Kraftaufnahme als gegen Ende der Deformation zu erzielen.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung trägt der Biegeschenkel Aufnahmen
für einen
Pedalbock oder bildet direkt die Pedalachs aufnahme. Dadurch weist
der Biegeschenkel eine Zusatzfunktion auf.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind dem Biegeschenkel Ausgleichsmittel
zugeordnet, die bei Zugbelastung auf den Biegeschenkel einen Längenausgleich
des Biegeschenkels ermöglichen.
Diese Ausgestaltung ist insbesondere für den Einsatz der Sicherheitsvorrichtung
bei einer Lenksäule
geeignet, da der untere Lenkspindelteil und der mittels eines Kreuzgelenkes
an dem unteren Lenkspindelteil ansetzende Lenkspindelteil, der auch
das Lenkrad trägt,
bei einer Deformation unterschiedliche Bewegungen aufgrund ihrer
winkligen Stellung zueinander durchführen, die durch entsprechende
Ausgleichsmittel ausgeglichen werden können. Als Ausgleichsmittel
kann der Biegeschenkel mit Streckbereichen versehen sein, indem
er winklig oder zickzackförmig gestaltet
ist, so daß bei
Zugbelastungen eine Streckung des Biegeschenkels erfolgt.
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Weitere
Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie
aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen
der Erfindung, die anhand der Zeichnungen dargestellt sind.
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1 zeigt
eine Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Sicherheitsvorrichtung
für den Einsatz
bei einer Lenksäule
eines Kraftfahrzeugs,
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2 schematisch
eine weitere Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Sicherheitsvorrichtung ähnlich 1,
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3 eine
weitere Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Sicherheitsvorrichtung ähnlich den 1 und 2,
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4 eine
weitere Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Sicherheitsvorrichtung ähnlich den 1 bis 3,
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5 eine
weitere Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Sicherheitsvorrichtung
für den Einsatz
bei einem Knieschutz in einem Fahrzeuginnenraum,
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6 eine
weitere Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Sicherheitsvorrichtung
für den Einsatz
bei einer Stoßfängeranordnung
eines Kraftfahrzeugs, und
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7 eine
weitere Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Sicherheitsvorrichtung
für den Einsatz
bei einem Funktionsteil einer Sicherheitsgurtanordnung in einem
Fahrzeuginnenraum.
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Eine
Lenkungsanordnung in einem Kraftfahrzeug weist in grundsätzlich bekannter
Weise eine obere Lenksäule 1 auf,
die in einem Fahrerbereich in einen Fahrzeuginnenraum des Kraftfahrzeugs
hineinragt und an ihrem rückseitigen
Ende – auf
die normale Fahrtrichtung bezogen – ein Lenkrad 2 trägt. Die
obere Lenksäule 1 geht
mittels eines Kreuzgelenkes 6 in eine in 1 nicht
näher dargestellte
untere Lenksäule über, die
wiederum mittels eines weiteren Kreuzgelenkes mit einem Lenkgetriebe
der Lenkungsanordnung in Verbindung steht. Die obere Lenksäule 1 ist
in einer fahrzeugfest positionierten Tragkonsole 3 drehbar
gelagert. Die Tragkonsole 3 weist obere und untere Verbindungspunkte 8, 9 auf, mittels
derer die Tragkonsole 3 an fahrzeugfesten Teilen der Karosserietragstruktur
festgelegt ist. Derartige Teile der Karosserietragstruktur sind
vorzugsweise entsprechende Querträger, die sich unterhalb eines
Cockpitbereiches des Fahrzeuginnenraumes oder im Bereich der Stirnwand
in Fahrzeugquerrichtung erstrecken.
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Die
obere Lenksäule 1 ist
mittels eines oberen Loslagers 4 sowie mittels eines unteren
Festlagers 5 an der Tragkonsole 3 gelagert. Das
Festlager 5 wird von einem als Stütze dienenden Biegeschenkel 7 getragen,
der einstückiger
Teil der Tragkonsole 3 ist. Der Biegeschenkel 7 ist
in einem spitzen Winkel zu der Tragkonsole 3 ausgerichtet
und ragt schräg nach
oben sowie dem Fahrzeuginnenraum entgegen. Mit seinem unteren Stützbereich
geht der Biegeschenkel 7 einstückig im Bereich des Verbindungspunktes 8 in
die Tragkonsole 3 über.
In seinem oberen Stirnbereich ist der Biegeschenkel 7 mit
dem Festlager 5 einstückig
verbunden, wobei dieser obere Bereich den Angriffspunkt des Biegeschenkels 7 an
der Funktionseinheit, d.h. der Lenksäule 1 bildet.
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Sobald
bei einem entsprechenden Fahrzeugaufprall durch die kinetische Energie
des Fahrers des Kraftfahrzeugs eine entsprechende Druckbelastung
vom Lenkrad 2 aus auf die Lenksäule 1 in Fahrtrichtung
nach vorne ausgeübt
wird, indem der Fahrer direkt auf das Lenkrad 2 oder indirekt
auf einen im Lenkrad angeordneten Airbag aufprallt, wird die Lenksäule 1 somit
nach vorne geschoben, wobei das Festlager 5 entsprechend
mitbewegt wird. Gleichzeitig wird der Biegeschenkel 7 entsprechend nach
vorne gebogen. Durch den sich in Deformationsrichtung und damit
in Fahrtrichtung nach vorne biegenden Biegeschenkel 7 wird
das Festlager 5 aufgrund des Kreisbogens, den der Biegeschenkel 7 um seinen
Stützbereich
im Bereich des Verbindungspunktes 8 überstreicht (siehe Pfeil),
nach vorne und um einen bestimmten Betrag nach oben bewegt. Da das
Loslager 4 aufgrund seiner karosseriefesten Zuordnung durch
die Anordnung an der Tragkonsole 3 stationär verbleibt,
wird die Lenksäule 1 um
einen bestimmten Betrag um einen Punkt auf Höhe des Loslagers 4 im
Uhrzeigersinn verkippt, wodurch das Lenkrad 2 in Pfeilrichtung
nach unten bewegt wird. Dadurch wird ein Aufstellen des Lenkrades
verhindert, so daß entsprechende
Verletzungsgefahren im Brustbereich für den Fahrer nicht auftreten.
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Bei
der Sicherheitsvorrichtung nach 2 ist dem
Biegeschenkel 7a zusätzlich
noch ein Deformationshilfsmittel in Form einer Sollbruchstütze 10a zugeordnet,
die mit einer eine Sollbruchstelle definierenden Kerbe versehen
ist. Die Sollbruchstütze 10a erstreckt
sich zwischen dem Festlager 5 und der Tragkonsole 3a.
Um eine Bewegung der Lenksäule 1 bei
einem entsprechenden Aufprall einer Person auf das Lenkrad in Fahrtrichtung
nach vorne zu erzielen, muß zunächst die
Sollbruchstütze 10a abreißen, be vor
eine Verbiegung des Biegeschenkels 7a erfolgen kann. Selbstverständlich muß die Lagerung
der Lenksäule 1 im
Bereich des Festlagers 5 derart ausgeführt sein, daß die entsprechend
hohen Axialkräfte sicher übertragen
werden, ohne daß die
Lenksäule 1 innerhalb
des Festlagers 5 axial verschoben wird. Somit ist bis zum
Abreißen
der Sollbruchstütze 10a ein
erhöhtes
Kraftniveau notwendig, so daß sich
eine nichtlineare Deformationsweg/Kraft-Kennlinie für die Bewegung der Lenksäule und
des Festlagers 5 ergibt. Nicht näher beschriebene Funktionsteile
der Sicherheitsvorrichtung nach 2 entsprechen
den Funktionsteilen der Sicherheitsvorrichtung nach 1,
wobei identische Bezugszeichen gegebenenfalls unter Hinzufügung des
Buchstabens a vorgesehen sind.
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Beim
Ausführungsbeispiel
nach 3 ist die Festlegung der Tragkonsole 3b an
entsprechenden Querträgern 15, 16 der
Karosserietragstruktur unterhalb eines Cockpitbereiches des Fahrzeuginnenraumes
erkennbar, wie dies für
das Ausführungsbeispiel nach 1 bereits
beschrieben worden ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel dient der Verbindungspunkt 8b der
Tragkonsole 3b als Aufnahme für ein Pedalwerk 14.
Wie ebenfalls bereits anhand des Ausführungsbeispieles nach 1 beschrieben
worden ist, ist bei diesem Ausführungsbeispiel
gemäß 3 ergänzend noch
die untere Lenksäule 11,
das zugehörige
Kreuzgelenk 12 sowie das Lenkgetriebe 13 der Lenkungsanordnung
dargestellt. Dem Biegeschenkel 7b, der den Biegeschenkeln 7 und 7a nach den 1 und 2 entspricht,
ist ein weiteres Deformationshilfsmittel in Form eines Streckelementes 10b zugeordnet,
das unter Energieabsorption deformierbar ist. Dieses Streckelement 10b,
das im undeformierten Zustand winklig oder zickzackförmig gestaltet
ist, erhöht
die Kraft, die notwendig ist, um den Biegeschenkel 7b in
Deformationsrichtung gemäß der Darstellung
nach 1 zu verbiegen. Dadurch ergibt sich eine entsprechend
modifizierte Deformationsweg/Kraft-Kennlinie.
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Die
Sicherheitsvorrichtung nach 4 ist ebenfalls
für den
Einsatz bei einer Lenksäule 1, 11 vorgesehen,
wobei bei dieser Ausführungsform
davon ausgegangen wurde, daß im
Bereich des Kreuzgelenkes 6 bei einer Verschiebung der
oberen Lenksäule 1 auch
die untere Lenksäule 11 um
einen gedachten Fixpunkt im Bereich des unteren Lenkgetriebes mitbewegt
wird und somit mit dem oberen Verbindungspunkt im Bereich des Kreuzgelenkes 6 einen
Kreisbogen in Pfeilrichtung R2 durchführt. Da
der Radius dieses Kreisbogens wesentlich größer ist als der Radius des
durch den Biegeschenkel 7c der Tragkonsole 3c definierten
Kreisbogens R1, ist der Biegeschenkel 7c zusätzlich mit
einem Ausgleichsmittel versehen, indem er derart gestaucht gestaltet ist,
daß bei
Zugbelastung auf den Biegeschenkel 7c eine Streckung und
damit ein Längenausgleich
des Biegeschenkels 7c erfolgt. Dadurch wird gewährleistet,
daß bei
einer entsprechenden Verschiebung der oberen Lenksäule 1 in
Fahrtrichtung nach vorne keine zwangsläufige Blockade aufgrund der
unterschiedlichen Radien R2 und R1 entsteht.
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Bei
den Ausführungsbeispielen
nach den 5 bis 7 weist
die Sicherheitsvorrichtung jeweils zwei Biegeschenkel 19, 22, 26 auf,
die parallel zueinander ausgerichtet sind und die gleiche Länge aufweisen.
Dabei sind die beiden Biegeschenkel 19 gemäß 5 an
einem Knieschutz 17 in einem Fahrer- oder Beifahrerbereich
eines Fahrzeuginnenraumes positioniert. Die beiden Biegeschenkel 19 sind an
einem Tragteil 18 angeordnet, das fahrzeugfest gehalten
ist.
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Beim
Ausführungsbeispiel
nach 6 dienen die beiden Biegeschenkel 22 zur
Halterung einer Stoßfängeranordnung 20, 21.
Die beiden Biegeschenkel 22 greifen an einem Stützteil 20 an,
das mit dem Stoßfängerbiegeträger 21 verbunden
ist. Mit ihrem unteren Stützbereich
sind die beiden Biegeschenkel 22 an einem Tragteil 23 positioniert,
das auf einem Vorbaulängsträger 24 der
Karoserietragstruktur festgelegt ist. In gleicher Weise ist am benachbarten
Vorbaulängsträger eine
weitere Sicherheitsvorrichtung gemäß 6 vorgesehen,
die mittels eines weiteren Stützteiles
an dem Stoßfängerbiegeträger 23 angreift.
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Beim
Ausführungsbeispiel
nach 7 ist die Sicherheitsvorrichtung, die von Funktion
und Aufbau her den Sicherheitsvorrichtungen nach den 5 und 6 entspricht,
einem Gurtaufrollautomaten 25 in einem Fahrzeuginnenraum
zugeordnet. Die Sicherheitsvorrichtung aus den beiden Biegeschenkeln 26 und
einem Tragteil 27, das an einer Tragsäule der Karosserietragstruktur
festgelegt ist, dient hier als Gurtkraftbegrenzer.