DE2025707A1 - Energieverzehrer fur Kraftfahrzeug lenksaulen - Google Patents

Description

w/Th-2644 21. Mai 1970

General Motors Corporation, Detroit, Mich., T.S-fc.A,

Energieverzehrer für Kraftfahrzeuglenksäulen

Die Erfindung "bezieht sich auf einen Energieverzehrer für Kraftfahrzeuglenksäulen, bestehend aus einem Rohr mit zwei zylindrischen Endteilen, die durch mehrere Stege miteinander verbunden sind, die sich zu einer zwischen den Endteilen liegenden Querebene zur Mittellängsachse des Rohres geneigt erstrecken.

Ein derartiger Energieverzehrer ist beispielsweise durch die ÜS-PS 3 373 630 bekannt, bei dem ein Satz von Stegen nach aussen geneigt vorgesehen ist.

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Im Bereich dieser Stege kann der Energieverzehrer bei einer im wesentlichen in Richtung der Mittellängsachse liegenden Kraft infolge eines Fahrzeugzusammenstosses zusammenbrechen, wobei die Stege durch Ausbiegen nach aussen. verformt werden und hierbei den erforderliche! Energieverzehr verursachen«

Diese bekannte Bauart erfordert einen erheblichen Raum, um das Ausbiegen der Stege zu ermöglichen, J?erner ist diese Bauart nachteilig, wenn die durch den Zusammeriätoss des Kraftfahrzeugs verursachte Kraft nicht in der Mittellängsachse des Energieverzehrers auf die Stege einwirkt, da dann ein ungleichmässiges Ausknicken der Stege erfolgt, wobei die mögliche Energieverzehr wesentlich herabgesetzt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile der bekannten Bauart zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der zwischen den Endteilen liegende Teil des Rohres eingeschnürt ist und aus zwei Sätzen von Stegen gebildet ist, deren Stege sich in Umfangsrichtung abwechseln und die Stege des zweiten Satzes sich bis zu einem geringeren Abstand von der Mittellängsachse erstrecken als die Stege des ersten Satzes, und dass beim Zusammenbruch des Rohres infolge einer im wesentlichen in der Mittellängsachse wirkenden Kraft bei einem Zusammen-· stoss des Kraftfahrzeugs zunächst die Stege des ersten Satzes einknicken und gegen überlappende Teile der Stege des sweiten

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Satzes zur Anlage kommen, worauf die Stege beider Sätze gemeinsam weiter zusammengedrückt werden.

Der Energieverzehrer nach der Erfindung hat zunächst den Vorteil, dass beim Zusammenbruch des mittleren Teils die Stege nicht nach aussen ausgebogen werden, sondern nach innen einknicken und daher,nachdem sie zur Anlage gegeneinander gelangt sind, sich gegenseitig verformen. Diese Verformung verzehrt Energie, wodurch der Wirkungsgrad des Energieverzahrerd erhöht wird. Zusätzlich bedingt das Ineinandergreifen der Stege beim Zusammenbruch des Rohres einen weiteren Widerstand gegen das Zusammendrücken und das Verformen der Stege, wodurch zusätzlich Zusammenstossenergie verzehrt wird.

Diese Bauart mit einwärts einknickenden Stegen ist für solche Zwecke geeignet, bei denen ein Raum im Inneren für das Einknicken verfügbar ist. Ferner ist diese Bauart vorteilhaft, wenn es darauf ankommt, den Energieverzehrer von aussen zu verkleiden, beispielsweise, wenn dieser im Fahrgast-' raum eines Kraftfahrzeuges liegt, lerner kann durch das einwärts Einknicken der Stege im zusammengebrochenen Zustand des Energieverzehrers ein Schutzschild für Teile der Lenksäule gebildet werden, an denen der Energieverzehrer befestigt ist, beispielsweise der Lenkwelle.

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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Stege "beider Sätze mit im wesentlichen V-Form einwärts geneigt sind, so dass ihre Scheitel in einer gemeinsamen zur Mittellängsachse des Rohres radialen Ebene liegen und der Scheitelwinkel der Stege des zweiten Satzes grosser als der der Stege des ersten Satzes ist.

Ferner ist vorgesehen, dass die Stege sich von den Endteilen des Rohres zu ihren Scheiteln in ihrer Breite verjüngen.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn beim Zusammenbruch des Rohres die Stege des zweiten Satzes gegeneinander zur Anlage kommen und sich beim weiteren Zusammendrücken gegenseitig verformen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der ; Erfindung dargestellt. In der Zeichnung ist ;

Fig. 1 eine Teilseitenansicht eines Kraftfahrzeugs j

mit einem Teil der lenksäule mit zugeordne- j

tem Energieverzehrer nach der Erfindung, | Fig. 2 ein vergrösserter Ausschnitt im Schnitt aus ;

Fig. 1, !

Fig. 3 eine Seitenansicht des Energieveraebrers

im nichtzusammengedrücktaiZustand,

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Pig. 4 eine Seitenansicht entsprechend Pig. 5

mit dem nach einem Zusammenstoss zusammengedrückten Energieverzehrer,

Pig. 5 eine Ansicht nach der Linie 5-5 in Pig. "bei nichtzusammengedrücktem Energieverzehrer,

Pig. 6 eine der Pig. 5 entsprechende Ansicht bei zusammengedrücktem Energieverzehrer,

Pig. 7 ein Schnitt nach der linie 7-7 in Pig. 6,

Pig. 8 eine vergrösserte perspektivische Darstellung des nicht zusammengedrückten Energieverzehrers und

Pig. 9 eine vergrösserte perspektivische Darstellung des zusammengedrückten Energieverzehrers.

In einem Kraftfahrzeugkörper IO ist eine lenksäule 12 angeordnet, die an einem Instrumentenbrett 14 des Pahr^ZjUgkörpers IO aufgehängt ist und innerhalb des P_ahrgastabteils am oberen Ende mit einem lenkhandrad 16 versehen ist. Dieses betätigt eine lettkwelle, die von einem Mantelrohr 18 umgeben ist.

Das lenkhandrad 16 hat einen Kranz (Pig. 2) mit einem inneren Stahlkern, der von einem halbstarren Werkstoff ; aus Kunststoff o.dgl. umgeben ist, um einen gewissen Energie-

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verzehr bei Aufprall des Körpers' des Eahrers zu bewirken. Der Kranz ist über nicht dargestellte Speichen mit einem Tragring 22 in der Nabe des Lenkhandrades verbunden, der im wesentlichen rinnenförmige Gestalt hat und mit seinem Aussenrand mit einer scheibenförmigen Deckscheibe 24 verschweisst ist und zugleich eine axiale Anlagefläche für die Nabe des lenkhandrades bildet. Die Deckscheibe 24 trägt im mittleren Teil einen Deckel 26 aus Kunststoff oder einem anderen halbstarren Werkstoff und kann mit einer Dekoration versehen sein. Innerhalb des Deckels 26 kann ein Druckknopfschalter 28 für ein Signalhorn angeordnet sein. Unterhalb der Deckscheibe und am Aussenumfang des Tragringes 22 abgestützt ist eine

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Hülle/aus Metall vorgesehen, die den oberen Teil des Mantelrohres 18 der Lenksäule 12 umschliesst und ebenfalls mit einer Dekoration versehen sein kann.

Innerhalb der Hülle 30 ist ein Energieverzehrer 32 nach der Erfindung angeordnet, der rohrförmige Gestalt hat und mit einem unteren zylindrischen Endteil gegen die Hülle

gleitend abgestützt ist. In diesem Bereich ist eine Schulter j 34 an dem Rohr gebildet und mit diesem eine Tragscheibe 36 verschweisst. Die Tragscheibe 36 hat eine zentrale Nabe, in deren Bohrung mit Keilen das Ende einer Lenkwelle 38 sitzt, i die in ihrer Lage durch eine aufgeschraubte Mutter 39 gesichert ist. Der obere zylindrische Endteil des Rohres 32 liegt gegen

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eine auf der Unterseite der Deckscheibe 24 vorgesehene Verstärkungsscheibe an, so dass im wesentlichen axiale Kräfte von der Deckscheibe 24 auf den Energieverzehrer und die Tragscheibe 36 übertragen werden können. Der obere zylindrische Endteil des Rohres 32 ist mit dem Tragring 22 verschweisst.

Wie die Fig. 3, 5 uaä 8 zeigen,- ist der mittlere Teil des Rohres 32 eingeschnürt und enthält über den Umfang verteilte Schlitze 40, zwischen denen Stege gebildet sind, die die beiden zylindrischen Endteile miteinander verbinden. Die Schlitze sind im mittleren Teil des Rohres 32 etwas breiter als an ihren Enden neben den Endteilen des Rohres, so dass sich die gebildeten Stege zur Mitte hin verjüngen. Wie Pig. 3 zeigt, sind die Stege radial einwärts gebogen, ■ um die Einschnürung des Rohres zu bewirken, wobei die Scheitel in einer gemeinsamen Querebene a liegen, während an den Wurzeln der Stege Knicklinien b gebildet sind. Die Stege haben also eine einwärts geneigte V-Porm.

Im Ausführungsbeispiel sind zwei Sätze von Stegen gebildet, wobei sich die Stege der einzelnen Sätze in Umfangsrichtung abwechseln. Zwischen den Stegen 42 eines ersten Satzes befinden sich also Stege 44 des zweiten Satzes. Die Stege 42 des ersten Satzes sind radial einwärts flacher eingezogen als die Stege 44 des zweiten Satzes, deren Scheitel a also näher an der Mittellängsachse des Rohres 32 liegen. Vor dem Bilden der Einschnürung des Rohres durch entsprechende j

' -8- ' ■■ ■ j

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Werkzeuge haben die Stege 42 und 44 gleiche Länge, so dass die Stege 44 des zweiten Satzes bei der Bildung des eingeschnürten Rohres eine plastische Verformung erleiden. Das so gebildete eingeschnürte Rohr ist in Pig. 5 dargestellt, die den unterschiedlichen Abstand der Scheitel a der Stege 42 und 44 der beiden Sätze veranschaulicht. Diese unterschiedliche Neigung und Tiefe der Einschnürung bestimmt das vorhersehbare Verhalten der einzelnen Stege 42 und 44 bei dem Zusammenbruch des Energieverzehrers bei einer vorgegebenen axialen Kraft, die durch den Aufprall des Körpers des Fahrers auf das Lenkhandrad in Vorwärtsrichtung des Fahrzeugs ausgeübt wird. Der durch diese Kraft verursache Zusammenbruch des Energieverzehrers bedingt ein Nachgeben des Kranzes 20 des Lenkhandrades 16 nach vorn. Die axialen Kräfte, die über die Deckscheibe 24 auf den Energieverzehrer 52 übertragen werden, stützen sich an der Tragscheibe 36 ab, die am oberen Ende der Lenkwelle 38 sitzt und am Rand durch Abstützflächen 46 am Mantelrohr 18 zusätzlich abgestützt wird. Es wird zunächst angenommen, dass die axiale Kraft im wesentlichen in der Mittellängsachse des Energieverzehrers 32 einwirkt, so dass die Stege 42 und 44 im wesentlichen gleichmässig auf Druck beansprucht werden. Diese axialen Kräfte bewirken bei Bereichen einer vorgegebenen Grosse zunächst ein Einknicken der Stege 42, die schwächer geneigt sind. Erreichen diese beim Einknicken den gleichen Winkel,

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so knicken beim v/eiteren Zusammenbruch des Rohres 32 die Stege 4-2 und 44 nach innan ein und gelangen in die in Bg. 4 dargestellte lage, in der sie ineinandergeschachtelt liegen, wie dies aus den Fig. 6, 7 und 9 zu erkennen ist. In diesem Zustand ist jeder Steg 42 von zwei benachbarten Stegen 44 überlappt oder eingeschlossen, da das Einknicken der Stege etwas vor der Stele des Einkniekens der Stege 42 erfolgt. Da die Knicklinie a an den Scheiteln der Stege 44, jedoch radial einwärts, fortschreitet, folgen die Knicklinien a der Stege 42 allmählich, so dass kurz vor dem völligen Zusammenbruch des Rohres gemäss den Pig. 6, 7 und 9 die KnickMnien a der Stege 42 und 44 und die neben diesen liegenden Flächen in Anlage zueinander gelangen. Wie die Pig.. 6 und 7 zeigen, sind die. überlappenden Flächen der Stege 44 an ihren Scheiteln a über Teile der Stege 42 im Bereich deren Scheitel a gelangt, ', so dass sie bei der fortgesetzten Einwärtsbewegung bis in die voll zusammengedrückte Lage gegeneinander liegen und die innenliegenden Stege 42 radial einwärts die Stege 44 längen,, während die Stege 44 unter Zug ein Zusammendrücken der Stege bewirken. Hierdurch tritt eine zusätzliche Energieverzehr durch plastische Verformung nicht nur der gegeneinander liegenden Teile im B-reich der Scheitel a ein, sondern auch ausser- ! halb dieser Bereiche durch eine Verformung,insbesondere durch Umbördeln der Ränder der Stege 44 im Bereich der Flächen c und

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durch die Gesamtlängung der Stege 44 ^und das Verformen der Stege 42 unter Druck im Bereich der freien, nicht überlappenden Bereiche d (Pig. 6).

Zusätzlich zu dieser durch das Zusammenwirken der Stege 42 und 44 in den Endstufen des Zusammenbruches "bewirken Energieverzehr wird der Energieverzehrer gegen die tatsächliche Richtung der ausgeübten Kraft verhältnismässig unempfindlich, so dass der Energieverzehrer auch dann bis in die voll zusammengedrückte Lage gelangt, wenn die axiale Kraft beispielsweise in einem Winkel von 25° zur Mittelachse geneigt ausgeübt wird. Wenn auch unter diesen Bedingungen die eine Seite des Lenkhandrades und seine Nabe einschliesslich des Energieverzehrers 32 an der einen Seite höher belastet werden, bedingt das Einwärtsknicken der Stege in diesem Bereich trotzdem die erwähnte Ineinanderschachtelung der benachbarten Stege 42 und 44 in ausreichendem Ausmasse, um das Zusammenwirken zu gewährleisten, wobei durch eine fortschreitende Reaktion das Ineinandergreifen der Stege 42 und 44 sich über den ganzen Umfang des Energieverzehrers fortsetzt, so dass also auch bei dieser schief einwirkenden axialen Kraft eine gleichmässige übertragung über den ganzen Umfang auf den Energieverzehrer. 32 erfolgt und dieser die gleiche zusammengedrückte. Lage einnimt wie bei genau axialer Beanspruchung. .,

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Das Ineinanderschachteln der Stege 42 und 44 an ihren Scheiteln a und die wechselweise Beanspruchung auf Zug und Druck bewirkt, dass die Stege eine Form annehmen, bei der ein kleinster Radius an den Scheiteln a eintritt, wie dies Fig. 7 zeigt. Hierdurch wird ein weitgehendes Zusammendrücken des Energieverzebrers 32 ermöglicht und damit eine entsprechende Energieverzehr gewährleistet.

Wenn auch die Neigungswinkel der Stege im nicht zusammengedrückten Zustand des Energieverzehrers durch Versuch den besonderen Verhältnissen angepasst werden können, wurde doch festgestellt, dass gute Ergebnisse mit einem Winkel von 15° zur Mittellängsachse des Rohres 32 für die Stege 42 und von 20° für die Stege 44 erzielt werden. Im Ausführungsbeispiel sind an dem Rohr 32 zwölf Stege gebildet, die etwas verjüngte Form aufweisen, um das Ineinanderfalten in den Endstufen des Zusammenbruches des Energieverzehrers zu gewährleisten, wobei jedoch eine unerwünschte Störung an den Kanten zwischen den Stegen 42 und 44 vermieden ist, die das ordnungsgemässe Einknicken zur Herstellung der Überlappung stören würde. Im allgemeinen kann die Länge, Breite und Anzahl der Stege so gewählt werden, dass eich beim vollen Zusammendrücken des Energieverzehrers eine durchgehende Ringfläche ergibt, wie sie in Fig. 6 dargestellt ist, deren Durchmesser genügend gross ist, um die Mutter 39 der lenkwelle 38 aufzunehmen.

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Je grosser der Durchmesser der zylindrischen Endteile des Rohres 32 gewählt wird, umso grosser kann der Abstand gewählt werden, der für den Tollständigen Zusammenbruch des Energieverzehrers zur "Verfügung steht, der das einwärts Einknicken der Stege erfordert. Eine grössere Anzahl als zwölf Stege kann bei entsprechender Verringerung ihrer Breite vorgesehen werden. Ebenso könnte auch mit einer geringeren Anzahl breiterer Stege gearbeitet werden. Für die Arbeitsweise des Energieverzehrers ist ausser den räumlichen Abmessungen der Stege 42 und 44 natürlich auch die Eigenschaften des Werkstoffes von Bedeutung, die ebenfalls die möglich aufzunehmende Energie und die Knicklast bestimmen. Ebenso ist die Torbehandlung des Werkstoffes, wie Wärmebehandlung u.dgl., von Einfluss. Bei ; dem axialen Zusammenbruch des Energieverzehrers 52 kann die Hülle 30 frei über das Ende des Mantelrohres 18 gleiten. In j abgewandelter Weise kann auch eine Verformung der Hülle 30 ;

in vorherbestimmter Weise erfolgen, um eine zusätzliche Energie-

I verzehr ζ u erzielen, wobei dann die Hülle mit ihrem unteren j

Rand mit dem Energieverzehrer 32 zu verschweissen ist· Die ; einwärts geneigten Stege 42 und 44 der erfindungsgemässen Bauart benötigen keinen zusätzlichen Schutz, so dass die Hülle 30 in j glatter Form mit verhältnismässig kleinem Durchmesser ausgebildet werden kann.

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Der Energieverzehrer ist im Ausführungsbeispiel in den Eopf der lenksäule eingegliedert. Er könnte, aber auch in einem Teil des Mantelrohres eingegliedert werden.

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Claims (3)

- 14 Patentansprüche

1.) Energieverzehrer für Kraftfalirzeuglenksäulen, bestehend aus einem Rohr mit zwei zylindrischen Endteilen, die durch mehrere Stege miteinander verbunden sind, die sich zu einer zwischen den Endteilen liegenden Querebene zu der Mittellängsachse des Rohres geneigt erstrecken, dadurch gekennzeichnet, dass der zwischen den Endteilen liegende Teil des Rohres (52) eingeschnürt ist und aus zwei Sätzen von Stegen (42,44) gebildet ist, deren Stege sich in IJmfangsrichtung abwechseln und die Stege (44) des zweiten Satzes sich bis zu einem geringeren Abstand von der Mitellängsachse erstrecken als die Stege (42) des ersten Satzes, und dass beim _: Zusammenbruch des Rohres infolge einer im wesentlichen in ^: der Mittellängsachse wirkenden Kraft bei einem Zusammenstoss des Kraftfahrzeugs zunächst die Stege des ersten Satzes einknicken und gegen überlappende Teile der Stege des zweiten Satzes zur Anlage kommen, worauf die Stege beider Sätze gemeinsam weiter zusammengedrückt werden.

2. Energieverzehrer nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet, dass die Stege (42,44) beider Sätze mit im '

wesentlichen V-Iorm einwärts geneigt sind, so dass ihre Scheitet

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(a) in einer gemeinsamen zur Mj[tt ellängsach se des Rohres (32) radialen Ebene liegen und der Scheitelwinkel der Stege (44) des zweiten Satzes grosser als der der Stege (42) des ersten Satzes ist.

3. Energieverzehrer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (42,44) sich von den Endteilen des Rohres (32) zu ihren Scheiteln (a) hin in ihrer Breite verjüngen.

4« Energieverzehrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass "beim Zusammenbruch des Rohres (32) die Stege (44) des zweiten Satzes gegeneinander zur Anlage kommen und sich "beim weiteren Zusammendrücken gegenseitig verformen.

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