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Die
Erfindung betrifft eine Sicherheitseinheit für eine Verstelleinrichtung
für Lenksäulen von
Fahrzeugen, vorzugsweise von Kraftfahrzeugen, nach dem Oberbegriff
des Anspruches 1.
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Verstelleinrichtungen
von Lenksäulen
von PKWs ermöglichen
eine Positionierung des Lenkrades relativ zum Armaturenbrett und
zum Sitz, um dem Fahrer das Einstellen einer ergonomischen Sitzposition
zu ermöglichen.
Neben dieser Komfortfunktion sind in die Verstelleinrichtungen Mechanismen integriert,
die im Falle eines Crashs des Fahrzeuges ein definiertes Einfahren
des Lenkrades mit dem Airbag in Richtung auf das Armaturenbrett
erlauben. Dadurch läßt sich
der verfügbare
Bremsweg des Fahrers vergrößern und
somit die Rückhaltewerte verringern.
Die Verstelleinrichtung hat hierzu einen im Crashfall beweglichen
Teil, der die Lenkspindel mit dem Lenkrad aufnimmt, und einen motorseitigen,
im Crashfall unbeweglichen Teil. Ein Crashelement erzeugt eine definierte
Gegenkraft beim Einfahren des lenkradseitigen Teiles. Der lenkradseitige
bewegliche Teil ist durch ein Verriegelungselement gegenüber dem
crashunbeweglichen Teil verriegelt, so daß verhindert wird, daß dieses
Crashsystem bereits bei normalem Fahrbetrieb aktiviert wird. Als
Verriegelungselemente werden häufig
Abreißelemente
eingesetzt, die nach Überschreiten
einer Mindestkraft brechen und den beweglichen Teil freigeben. Das
Kraftniveau muß aber
so hoch sein, daß eine
Aktivierung bzw. ein Bruch des Verriegelungselementes im Alltag
ausgeschlossen ist. Da auch Sonderfälle, wie etwa das Anschieben
des PKWs über
das Lenkrad, abgesichert sein müssen,
ist ein niedriges Los- bzw. Ab brechniveau des Verriegelungselementes
im Crashfall nur eingeschränkt
umsetzbar.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Sicherheitseinheit
so auszubilden, daß in
einem Crashfall der bewegliche Teil zuverlässig durch das Verriegelungselement
freigegeben wird, wobei auch unter hohen Lasten eine zuverlässige und
rasche Freigabe des beweglichen Teiles gewährleistet sein soll.
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Diese
Aufgabe wird bei der gattungsgemäßen Sicherheitseinheit
erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
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Bei
der erfindungsgemäßen Sicherheitseinheit
wird das Verriegelungselement im Crashfall nicht abgebrochen, sondern
durch das Druckmedium aus der Verriegelungs- in die Freigabestellung
verstellt. Das Druckmedium kann innerhalb kürzester Zeit nahezu schlagartig
erzeugt werden, so daß das
Verriegelungselement ebenfalls schlagartig in die Freigabestellung
verschoben wird und den beweglichen Teil der Verstelleinrichtung
freigibt. Dann kann das Lenkrad mit dem Airbag im Crashfall in Richtung
auf die Armaturentafel verschoben werden. Durch die Verwendung des
Druckmediums kann das Verriegelungselement auch unter hohen Lasten
zuverlässig
in die Freigabestellung verschoben werden.
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Vorteilhaft
wird zur Erzeugung des Druckmediums ein pyrotechnisches Element
verwendet, das im Crashfall gezündet
wird und explosionsartig einen Druck erzeugt, durch den das Verriegelungselement innerhalb
kürzester
Zeit in die Freigabestellung verschoben wird.
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Weitere
Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der
Beschreibung und den Zeichnungen.
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Die
Erfindung wird anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es
zeigen
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1 in
perspektivischer Darstellung und teilweise im Schnitt eine erfindungsgemäße Sicherheitseinheit
einer Lenksäule
in Verriegelungsstellung,
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2 in
einer Darstellung entsprechend 1 die Sicherheitseinheit
in Freigabestellung,
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3 in
vergrößerter Darstellung
einen Schnitt durch die Sicherheitseinheit in Verriegelungsstellung,
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4 in
einer Darstellung entsprechend 3 die Sicherheitseinheit
in Freigabestellung,
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5 in
vergrößerter perspektivischer
und geschnittener Darstellung die Sicherheitseinheit in Verriegelungsstellung,
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6 die
Sicherheitseinheit gemäß 5 in Freigabestellung.
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Mit
der im folgenden beschriebenen Sicherheitseinheit ist gewährleistet,
daß die
Lenksäule
im Falle eines Crashs definiert zusammengeschoben werden kann, um
den verfügbaren
Bremsweg des Fahrers zu vergrößern und
somit die Rückhaltewerte zu
verringern. Die Verstelleinrichtung ist in den Zeichnungen nur beispielhaft
dargestellt und hat einen lenkradseitigen Teil 1 und einen
im Crashfall unbeweglichen Teil 2. Der lenkradseitige Teil 1 ist
beispielhaft ein Gleitrohr, das die (nicht dargestellte) Lenkspindel
mit dem Lenkrad aufnimmt. Der Teil 2 ist beispielhaft ein
Mantelrohr, das motorseitig angeordnet ist und in das das Gleitrohr 1 eingreift.
Es liegt an der Innenwand des Mantelrohres 2 an. Die Verstelleinrichtung
hat ein (nicht dargestelltes) Crashelement, das beim Einfahren des
Gleitrohres 1 in das Mantelrohr 2 eine definierte
Gegenkraft ausübt.
Auf dem Mantelrohr 2 sitzt eine Sicherheitseinheit 3 mit
einem Verriegelungselement 4, das in der in 1 dargestellten
Verriegelungsstellung in eine als Öffnung ausgebildete Aus nahme 5 im
Mantel 6 des Gleitrohres 1 eingreift. In diesem
Falle ist das Gleitrohr 1 in Axialrichtung gegenüber dem
Mantelrohr 2 fixiert. Im Falle eines Crashs wird das Verriegelungselement 4 in
eine Entriegelungs- bzw. Freigabestellung zurückgeschoben (2),
in der das Verriegelungselement 5 das Gleitrohr 1 freigibt,
das nunmehr in Axialrichtung in das Mantelrohr 2 geschoben
werden kann.
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Die
Sicherheitseinheit 3 hat ein Gehäuse 7, das mit einem
quer abstehenden Gehäuseansatz 8 versehen
ist. Er ist vorteilhaft einstückig
mit dem Gehäuse 7 ausgebildet.
Die Längsachse
des Gehäuses 7 liegt
winklig, vorzugsweise etwa senkrecht zur Längsachse des Gehäuseansatzes 8.
Das Gehäuse 7 hat
einen Aufnahmeraum 9, in den ein Druckgehäuse 10 eingesetzt
ist. Es ist aus metallischem Werkstoff hergestellt und nimmt das
Verriegelungselement 4 auf. Das Druckgehäuse 10 wird
vorteilhaft in den Aufnahmeraum 9 des Gehäuses 7 eingepreßt und vorteilhaft
zusätzlich
formschlüssig
gesichert. Hierzu ist die Innenwand 11 des Gehäuses 7,
die den Aufnahmeraum 9 begrenzt, mit mindestens einer Rastnase 12 versehen.
Sie hat eine Schrägfläche 13,
die schräg
nach innen in den Aufnahmeraum 9 ragt. Das Druckgehäuse 10 weist
nahe seinem freien Ende eine Ringnut 14 auf, in die in
montierter Lage des Druckgehäuses 10 die
Rastnase 12 ragt. Über
die Schrägfläche 13 läßt sich
das Druckgehäuse 10 problemlos
einpressen. Andererseits gewährleistet
die radial nach innen von der Innenwand 11 abstehende und
an die Schrägfläche 13 anschließende Schulterfläche 15,
daß das
Druckgehäuse 10 nicht
mehr aus dem Gehäuse 7 herausgezogen
werden kann. Die maximale Dicke der Rastnase 12, die vorteilhaft über den
Gesamtumfang der Innenwand 11 verläuft, entspricht etwa der Tiefe
der rechteckigen Ringnut 14. Dadurch ist eine sichere Verbindung
zwischen dem Druckgehäuse 10 und
dem Gehäuse 7 gewährleistet.
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In
der Einbaulage hat das freie Ende 16 des Druckgehäuses 10 Abstand
von einer Decke 17 des Gehäuses 7. In der Decke 17 befindet
sich vorteilhaft zentral eine Entlastungsöffnung 18, in die
ein freies Ende 19 des Verriegelungselementes 4 ragt.
Die Querschnittsfläche
der Entlastungsöffnung 18 ist größer als
die Querschnittsfläche
des freien Endes 19, so daß das Verriegelungselement 4 bei
seiner Entriegelungsbewegung zuverlässig verschoben werden kann.
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Das
Druckgehäuse 10 ist
in seiner Mantelfläche 20 mit
Abstand von der außerhalb
des Gehäuses 7 liegenden
Stirnseite 21 mit einer radial nach innen verlaufenden
Schulterfläche 22 versehen,
mit der das Druckgehäuse 10 in
der Einbaulage an einer Schulterfläche 23 des Gehäuses 7 anliegt.
Das Druckgehäuse 10 steht über das
Gehäuse 7 vor.
Mit diesem vorstehenden Teil ist das Druckgehäuse 10 in eine Durchtrittsöffnung 24 (1)
des Mantelrohres 2 eingesetzt und dort vorteilhaft mit
Preßsitz
befestigt. Das Druckgehäuse 10 wird
mit seinem überstehenden
Abschnitt nur so weit in die Durchtrittsöffnung 24 des Mantelrohres 2 eingesetzt,
daß es
nicht nach innen vorsteht und somit auch nicht die Verschiebebewegung
des Gleitrohres 1 behindert.
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Der
Gehäuseansatz 8 kann
bei montierter Sicherheitseinheit 3 auf dem Mantelrohr 2 aufliegen, aber
auch Abstand von ihr haben. Der Gehäuseansatz 8 hat einen
zentralen Aufnahmeraum 25, der den Aufnahmeraum 9 des
Gehäuses 7 quer
durchsetzt. Der Aufnahmeraum 25 hat im Bereich des freien
Endes des Gehäuseansatzes 8 seinen
größten Durchmesser. Über eine
radial nach innen gerichtete Schulterfläche 26 geht dieser
Bereich 27 in einen im Durchmesser kleineren Bereich 28 über, mit
dem der Aufnahmeraum 25 das Gehäuse 7 radial durchsetzt. Zwischen
den beiden Bereichen 27 und 28 steht ein Ringflansch 29 radial
nach innen vor. In den Bereich 27 wird eine (nicht dargestellte)
Steckerbuchse eingesetzt, die im Bereich 27 in geeigneter
Weise gehalten ist.
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Im
Bereich 28 befindet sich ein pyrotechnisches Element 31,
das mit der Steckerbuchse elektrisch verbunden ist. Da der Bereich 28 des
Aufnahmeraumes 25 über
seine Länge
konstanten Durchmesser hat und das Gehäuse 7 durchsetzt,
kann das pyrotechnische Element 31 vom Austrittsbereich 32 am
Gehäuse 7 bequem
bis zur Anlage am Ringflansch 29 in den Aufnahmeraumbereich 28 geschoben
werden.
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Das
Druckgehäuse 10 hat
eine seinen Mantel durchsetzende Öffnung 33, die in
der Einbaulage dem pyrotechnischen Element 31 gegenüberliegt. Dadurch
kann bei Betätigung
des pyrotechnischen Elementes 31 der entstehende Druck
durch die Öffnung 33 in
das Druckgehäuse 10 gelangen
und das Verriegelungselement 4 in seine Entriegelungsstellung
verschieben.
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Das
Verriegelungselement 4 hat einen Kolben 34, der
mit Passung im Innenraum des Druckgehäuses 10 liegt. Am
freien Ende ist der Kolben 34 mit einem überstehenden
Ringbund 35 versehen, mit dem er in der Verriegelungsstellung
(3 und 5) auf dem freien Ende 16 des
Druckgehäuses 10 aufliegt.
In dieser Verriegelungsstellung hat der Ringbund 35 Abstand
von der Decke 17 des Gehäuses 7. Vom Ringbund 35 steht
das freie Ende 19 ab, das durch die Entlastungsöffnung 18 des
Gehäuses 7 ragt.
In der Verriegelungsstellung steht das freie Ende 19 nur
geringfügig
aus der Entlastungsöffnung 18 vor.
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An
die dem Ringbund 35 gegenüberliegende Seite des Kolbens 34 schließt ein Führungsstift 36 an,
der mit Passung in einer Axialbohrung 37 im Boden 38 des
Druckgehäuses 10 sitzt.
Der Führungsstift 36 weist
einen im Durchmesser verringerten Endabschnitt 39 auf,
der in der Verriegelungsstellung aus der Axialbohrung 37 vorsteht,
die über
ihre Länge
konstanten Durchmesser hat. Das Verriegelungselement 4 mit
dem freien Ende 19, dem Kolben 34 und dem Führungsstift 36 ist
vorteilhaft einstückig ausgebildet.
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Das
Verriegelungselement 4 wird vor dem Zusammenbau der Sicherheitseinheit 3 in
die offene Seite des Druckgehäuses 10 eingeschoben.
Das angefaste freie Ende 40 des Endabschnittes 39 des Führungsstiftes 36 ermöglicht ein
problemloses Einschieben des Verriegelungselementes 4 in
die Axialbohrung 37. Nach dem Einsetzen des pyrotechnischen
Elementes 31 in den Aufnahmeraum 25 wird das Druckgehäuse 10 in
das offene Ende des Gehäuses 7 eingepreßt, bis
die Rastnase 12 in die Ringnut 14 des Druckgehäuses 10 eingreift
und die Schulterflächen 22 und 23 von
Gehäuse 7 und
Druckgehäuse 10 aneinanderliegen.
Das pyrotechnische Element 31 hat eine solche Länge, daß es den
Einpreßvorgang
des Druckgehäuses 10 in
das Gehäuse 7 nicht
behindert. Anschließend
wird die so vormontierte Sicherheitseinheit 3 in die Durchtrittsöffnung 24 des
Mantelrohres 2 eingesetzt und dort in geeigneter Weise
befestigt. Da die Verriegelungseinheit 3 gesondert zusammengebaut
wird, kann sie nachträglich
am Mantelrohr 2 montiert werden. Dies hat den Vorteil,
daß das
pyrotechnische Element 31 den Montageprozeß der Lenksäule nicht
durchlaufen muß.
Es ist sogar möglich,
die Sicherheitseinheit 3 erst später am Montageband des Fahrzeuges
zu montieren. Das Gehäuse 7 kann
aus einem anderen Material als das Druckgehäuse 10 gefertigt werden. Das
Gehäuse 7 kann
insbesondere aus Kunststoffen oder aus Sintermaterialien gefertigt
werden, so daß sich
bei der Fertigung der Steckerbuchse Kosten einsparen lassen.
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Es
ist grundsätzlich
auch möglich,
zunächst lediglich
das Druckgehäuse 10 in
der Durchtrittsöffnung 24 des
Mantelrohres 2 zu befestigen. Dann kann das Verriegelungselement 4 eingesetzt
und abschließend
das Gehäuse 7 mit
dem pyrotechnischen Element 31 und der Steckerbuchse auf
das Druckgehäuse 10 aufgesetzt
werden. Besteht das Gehäuse 7 aus
Kunststoff, läßt es sich
einfach auf das Druckgehäuse 10 aufsetzen.
Beim Aufsetzvorgang gelangt die Schrägfläche 13 der Rastnase 12 auf
die Mantelfläche 20 des
Druckgehäuses 10 und
wird dabei elastisch so weit aufgeweitet, bis die Rastnase 12 in
die Ringnut 14 des Druckgehäuses 10 einrasten
kann. Da das Gehäuse 7 kappenförmig ausgebildet
ist, läßt es sich
in der beschriebenen Weise problemlos auf das Druckgehäuse 10 aufsetzen.
Das Druckgehäuse 10 kann
genau gefertigt werden und ist unabhängig von Fertigungstoleranzen
des Mantelrohres 2. Die hohe Fertigungsgenauigkeit des
Druckgehäuses 10 ist
notwendig, da die Passung zwischen dem Kolben 34 des Verriegelungselementes 4 und
der Innenwand 41 des Druckgehäuses 10 genau sein
muß, um die
Druckverluste im Gefahrenfalle so gering wie möglich zu halten. Das Gleitrohr 1 wird
im Mantelrohr 2 so weit verschoben, bis der Endabschnitt 39 des Verriegelungselementes 4 in
die Aufnahmeöffnung 5 des
Gleitrohres 1 einfallen kann (1 und 5). Wird
das Verriegelungselement 4 im Gefahrenfalle in noch zu
beschreibender Weise in seine Freigabestellung verschoben, dann
stützen
sich die auf den Kolben 34 des Verriegelungselementes 4 wirkenden Kräfte am Druckgehäuse 10 ab,
wodurch die Verbindung zum Mantelrohr 2 entlastet wird.
Da das Gleitrohr 1 und das Mantelrohr 2 aus Gründen der
Gewichtsreduzierung meist aus Aluminium- oder Magnesiumlegierungen bestehen,
würden
die niedrigen Festigkeitswerte dieser Materialien die Losbrechkraft begrenzen,
da sich der Endabschnitt 39 des Verriegelungselementes 4 verklemmen
oder verbiegen könnte.
Dies wird durch die Führung
des Kolbens 34 im Druckgehäuse 10 verhindert.
Zusätzlich
kann im Gleitrohr 1 ein Stahleinsatz vorgesehen werden,
der in die Aufnahme 5 eingesetzt ist und den Endabschnitt 39 des
Verriegelungselementes 4 aufnimmt.
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In
einem Crashfall wird über
eine an die Steckerbuchse angeschlossene Steuerung das pyrotechnische
Element 31 betätigt.
Es erzeugt innerhalb kürzester
Zeit einen ausreichend hohen Druck, der über die Öffnung 33 auf den
Kolben 34 wirkt und ihn schlagartig nach oben verschiebt,
bis er mit seinem Ringbund 35 an der Decke 17 des
kappenförmigen Gehäuses 7 anliegt
(4 und 6). Bei dieser Verschiebebewegung
gelangt der Endabschnitt 39 des Verriegelungselementes 4 aus
der Aufnahme 5 des Gleitrohres 1, das dadurch
freigegeben wird. Es kann dadurch in das beim Crash unbewegliche
Mantelrohr 2 der Verstelleinheit verschoben werden. Auf diese
Weise ist im Falle des Crashs ein definiertes Einfahren des (nicht
dargestellten) Lenkrades mit dem Airbag in Richtung auf die Instrumententafel
des Fahrzeuges möglich.
Der verfügbare
Bremsweg des Fahrers wird dadurch vergrößert und die Rückhaltewerte
verringert, wodurch die Verletzungsgefahr für den Fahrer im Crashfall erheblich
vermindert wird. Die Sicherheitseinheit 3 ist kostengünstig in
der Herstellung und in der Montage und insbesondere für einen
großen
Serieneinsatz geeignet. Auch unter hohen Lasten ist während eines
Unfalls (Crash) die Entriegelung bzw. Freigabe des Gleitrohres 1 und
damit des Lenkrades gewährleistet.
Der Einsatz der pyrotech nischen Elementes 31 stellt sicher,
daß die
Entriegelung innerhalb kürzester
Zeit erfolgt.
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Im
dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiel sind der im
Crash bewegliche Teil 1 und der im Crash unbewegliche Teil 2 als
Gleitrohr 1 und als Mantelrohr 2 bezeichnet worden.
Diese beiden Teile können
selbstverständlich
auch eine andere Ausbildung haben. Wesentlich ist nur, daß im Falle eines
Crashs der crashbewegliche Teil augenblicklich entriegelt wird und
gegenüber
dem crashunbeweglichen Teil verschoben werden kann.