DE2044905C3 - Sicherheitslenksäule - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Sicherheitslenksäule, bestehend aus einer verkürzbaren Lenkwelle und zwei diese umschließenden, teleskopartig ineinanderverschiebbaren Mantelrohren, die gegenseitig über einen Druckkörper und einen verformbaren Abschnitt in Berührung stehen, wobei der verformbare Abschnitt in diesem Bereich einen Abschnitt kleineren Durchmessers und einen über einen konischen Teil mit diesen verbundenen Abschnitt größeren Durchmessers aufweist und sich der Druckkörper mit diesem konischen Abschnitt in Berührung befindet.

Während bei solchen Sicherheitslenksäulen die Lenkwelle im wesentlichen axial widerstandsfrei ist und lediglich der Drehmomentübertragung dient, dienen die Mantelrohre der Sicherheit, indem sie bei zunehmendem Widerstand ineinandergeschoben werden und dabei die Stoßenergie umgewandelt wird. Versuche haben gezeigt, daß der durch die Lenksäule auf den Fahrer im Falle eines Zusammenstoßes ausgeübte Stoß nach etwa 14 Millisekunden einen ersten Spitzenwert erreicht. Dieser Spitzenwert ist selbst bei den vorbeschriebenen, teleskopartig bereits zum Teil ineinanderverschobenen Mantelrohren noch so erheblich, das ernsthafte Verletzungen des Fahrers zu befürchten sind.

Es wird angestrebt, zur Verringerung des auf den Fahrer ausgeübten Stoßes die Sichcrheitslenksäule mit verringertem Widerstand zu stützen, bevor der 905

Stoß den ersten, gefährlichen Spitzenwert erreicht wobei danach der Hauptteil des Stoßes in geeignet Weise gedämpft werden kann.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der konische Abschnitt und der Druckkörper im nicht ineinanderverschobenen Zustand im Berührungsbereich in gleicher Richtung unterschiedlich geneigt sind, wobei die Berührung bei einem Aufprall von einer antanglichen Linienberührung beim Ineinanderschieben in eine Flächenberührung übergeht. Bei dieser Ausgestaltung wird die Berührungsfläche von Druckkörper und konischem Abschnitt beim Stauchen allmählich vergrößert. Dadurch nimmt der Reibungswiderstand allmählich zu, so daß der Maximalwert der anfänglich aosorbierten Stoßkraft durch die Anfangsverformung des konischen Abschnitts vermindert werden kann.

Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen von Sicherheitslenksäulen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt einer Sicherheitslenksäule mit einem bekannten stoßabsorbierenden Aufbau;

Fig. 2 zeigt ein Diagramm von Kennwertkurven, die Änderungen einer Kraft des Stoßes auf einen Fahrer und einer Kraft des von dem in Fig. 1 dargestellten stoßabsorbierenden Aufbaus absorbierten Stoßes über die nach Auslösung des mechanischen Stoßes verstrichene Zeit in Mikrosckunden angeben:

Fig. 3, 4, 5 und 6 zeigen Längsschnitte von erfindungsgemäßen Ausführungsformen der Sicherheitslenksäule;

Fig. 7 zeigt ein Fig. 2 ähnliches Diagramm; jedoch beziehen sich die darin dargestellten Kennwertkurven auf die in den F i g. 3, 4 und 5 dargestellten Ausführungsformen.

Eine Lenkwelle 10 ist an einem Ende mit einem Lenkgetriebe und an einem anderen Ende mit einem Steuerrad verbunden (nicht dargestellt). Die Lenksäule ist mit einer bekannten stoßabsorbierenden Anordnung versehen, die eine Innenbuchse 11 besitzt, welche einen begrenzten Teil der Lenksäule einschließt. Ein Druckkörper 12 mit einem kegelstumpfförmigen Abschnitt 13 ist an einem Endteil der Innenbuchse 11 über einen sich davon erstrekkendcii Vorsprung befestigt. Der Druckkörper 12 besitzt eine Bohrung 15, um die Lenkwelle 10 hindurchzulassen. Die Innenbuchse 11 der Lenksäule ist lcleskopartig in eine Außenbuchse 16 der Lenksäule eingesetzt, die mit einem erweiterten Abschnitt Π versehen ist, der einen begrenzten Teil der Innenbuchse 11 einschließt, wobei der erweiterte Abschnit! 17 einen benachbarten abgeschrägten Abschnitt 18 aufweist, um den kegelstumpfförmigen Abschnitt 12 des Druckkörpers 12 erfassen zu können, wenn die Innenbuchse 11 auf Grund eines darauf ausgeübter Stoßes in die dargestellte Relativstellung bewegt wird Ferner ist die Außenbuchse 16 mit einem verengter Abschnitt 19 verschen, der in den abgeschrägten Abschnitt 18 übergeht. Die Lenkwelle 10. die Innen und Außenbuchse 11 und 16 und der Druckkörpei 12 sind koaxial zueinander angeordnet.

Die Innenbuchse Il ist in ihrem normalen Zustanc derart angeordnet, daß sich der Druckkörper 12 ir Abstand von dem abgeschrägten Abschnitt 18 de Außenbuchse 16 befindet. Wenn ein heftiger mecha

nischer Stoß auf die Innen- und Außenbuchsen Il und 16 ausgeübt wird, wird die Innenbuchse 11 relativ zur Außenhuchse 16 axia! in eine Stellung bewegt, in der der kegelstumpfförmige Abschnitt 13 des Druckkörpers 12 in den abgeschrägten Abschnitt 18 eingreift. Die Energie des Stoßes wird so durch die Relativbewegungen der Innen- und Außrnbuchsen 11 und 16 absorbiert.

Bei finer Kombination der in F i g. I dargestellten

Durch die Erfindung wird daher vorgeschlagen, die Innen- und Außenbuchsen an ihren Ränuern ineinandergreifen zu lassen, wodurch der Maximalwert F,._iai"der auf den Fahrer ausgeübten Stoßkraft 5 ohne Vergrößerung der Verschiebungsstrecke der Lenksäule verringert werden kann.

Eine nach dem vorhergehend beschriebenen Grundkonzept aufgebaute Ausführungsform der Erfindung ist in F i g. 3 veranschaulicht, bei der eine

Lenksäule nach Auslösung des S'-.ißcs bewegt hat. Aus der graphischen Darstellung nach Fig. 2 ergib! sich, daß die Kraft F des Stoßes einen Spitzenwert bis F_max erreicht.

Die Energie des absorbierten Stoßes ist ein Produkt der Kraft P des absorbierten Stoßes und der Strecke /. durch die die Lenksäule sich verschoben hai. Aus F i g. 2 ergibt sich, daß die Kurve, die die Änderung

Anordnung mit einer Lenksäule ändert sich die io Verbesserung in die Anordnung nach F i g. 1 einge-Kraft F des auf den Fahrer ausgeübten Stoßes und baut wurde, wobei gleiche Bezugsziffern mit einem die Kraft P des absorbierten Stoßes mit der Zeit, die Inde.-: für entsprechende Teile verwendet werden,
nach Beginn des Sloßes verstrichen ist, wie im Fall Wie dargestellt, ist die Lenksäule von zwei ko-

einer Kollision des Motorfahrzeuges, wie durch die axialen Buchsen 11a und 16« eingeschlossen, die Kennvvertkurven F bzw. P in Fig. 2 dargestellt. In >5 teleskopartig ineinandergreifen. Die als Innenbuchse Fig. 2 bedeutet / eine Strecke, über die sich die dargestellte Buchse 11a besitzt an ihrem Ende einen

Druckkörper 12a. Der Druckkörper 12« enthält einen kegelstumpfförmigen Abschnitt 13a. der in Richtung seines Führungsendes mit einem Winkel λ abgeschrägt ist, und einen Vorsprung 14«. der sich von dem kegelstumpfförmigen Abschnitt 13ö erstreckt. Der "Druckkörper 12a besitzt eine axiale Bohrung 15a, durch die sich die Lenkwelle 10 erstreckt. Die als Außenbuchse dargestellte Buchse 16a

einer derartigen Strecke / in zeitlichen Ausdrücken in ^5 besitzt einen erweiterten Abschnitt 17a, durch den Mikrosekunden von dem Moment an. an dem der sich die innere Buchse Ha erstreckt, einen abge-Stoß ausgelöst wurde, anzeigt, zu einem Punkt an- schrägten Abschnitt 18a, der in den erweiterten Absteigt, bei dem die Kraft F des Stoßes aul den Fahrer schnitt 17a übergeht, und ein verengtes abschnittkonstant wird, wie durch den Wen /V angezeigt. förmiges Mantelrohr 19«. das in den abgeschrägten Wenn die Menge der absorbierten Energie, die einem 3° Abschnitt 18a übergeht. Der Durchmesser des erMotorfahrzeug innevvohnt, F. ist, ist die Strecke/,. weiterten Randes des kegelstumpfförmigen Abschnittes 13a des Druckkörpers 12a ist wesentlich kleiner als der Durchmesser der äußeren Buchse 16« an Her Stelle, an der der erweiterte Abschnitt 17 a in den 35 abgeschrägten Abschnitt 18« übergeht. Der Abschnitt I8~« ist nun in einem Winkel,; abgeschrägt, der kiei-Andererseits steht fest, daß die Beziehungen, zwi- ner als der Winkel ■» ist, mit dem der kegelstumpfschen dem maximalen Wert F_1711n. der Kraft F des förmige Abschnitt 13a des Druckkörpers 12a abge-Stoßes auf den Fahrer und dem maximalen Wert P„,„_v schrägt ist. so daß der kegelstumpfförmige Druckder Kraft P des absorbierten Stoßes und zwischen 4° körper 12a an seinem erweiterten Rand mit dem dem Wert F₁₁,,.,. und dem konstanten Wert Pc bc- abgeschrägten Abschnitt 18« der äußeren Buchse stehen. Es ergibt sich, daß die Beziehung zwischen 16a in Arbeitsberührung steht.

den Werten P₁₇₁₁₁₄. und F„„_a linearer ist als die Bezie- Wenn das Motorfahrzeug beim Betrieb eine KoIIi-

hung zwischen den Werten /V und F„„_1V und daß sion oder eine plötzliche Verzögerung erleidet und demzufolge F_miiV mehr durch P_n,,,, als durch Pc be- 45 der Fahrer heftig gegen das mit der Lenkwelle 10 einflußt wird. Zur Verringerung des maximalen Wer- verbundene Lenkrad stößt, drückt die innere Buchse tes F_mu4. der auf den Fahrer "ausgeübten Stoßkraft 11« auf den Druckkörper 12a und wird dadurch ohne bedeutende Vergrößerung der Ver^chiebungs- verformt oder axial gestaucht. Die Energie des Stoßes strecke /,.· der Lenksäule sollte die Krift P₁₇₁₁₁₄ des an- wird so in einem gewissen Maß durch Deformierung fänglich absorbierten Stoßes verringert werden, wobei 5° der inneren Buchse 11« konsumiert. Da der kegelder" Wert Pc in Gleichung I unverändert gehalten stumpf förmige Abschnitt 13a des Druckkörpers 12ü wird, wie dies sich aus Gleichung I ergibt. " in einem Winkel \ abgeschrägt ist, der größer ist als

Wenn es nun gewünscht ist, den Wert F_n,, durch der Winkel,,-;. mit dem der Abschnitt 18a der äußeren Verringerung de"s Gesamtdurchmessers des kegel- Buchse 16« abgeschrägt ist. ist dann der Anfangsteil stumpfförmieen Abschnittes 13 oder durch Veraröße- 55 der die Änderung der absorbierten Stoßkraft anzeiruna des Gesamtdurchmessers der Außenbuchse 16 senden Kurve P konvex nach unten gerichtet, wie ir

über die sich die Lenksäule verschoben hat, annähernd gegeben mit:

■·-= E, Pc

(D

zu verringern, muß die Lenksäule derart ausgebildet sein, daß sie sich über eine nicht proportional vergrößerte Strecke verschieben kann. Wenn umgekehrt der kegelstumpfförmige Abschnitt 13 in einem derartigen Winkel abgeschrägt wird, daß die Verschiebungsstrecke der Lenksäule verkürzt wird, wird der Wert F,,.,,, der Stoßkraft so groß, daß das Leben des Fahrers gefährdet ist. So weist die Anordnung nach

Fig. 7 dargestellt, während der Anfangsteil dei Kurve P nach F i g. 2 konvex nach oben gerichtet ist Die Kraft P steigt danach progressiv mit dem Herein· drücken des Druckkörper^ 12« in das verengte Man lelrohr 190. an. Versuche haben ergeben, daß die au den Fahrer ausgeübte Stoßkraft von 1 100 kp bei der üblichen Anordnungen auf 100 kp bei der Anord nung nach Fig. 3 verringert werden kann. Weiterhir hli dß d W P d die Verschie

Fig. 1 den Nachteil auf, daß sie unter Verlust ent- ⁶5 ist gewährleistet, daß der Wert Pc und die Verschie weder der Stoßabsorbierungskapazität oder der Vor- bunVstrccke /,· der Lenksäule im wesentlichen gleicl schiebungsstrccke der Lenksäule gestaltet sein muß.
was beides miteinander nicht vereinbar ist.

den Werten bei den üblichen stnßab<-orbierenden An Ordnungen ist. Es ist jedoch eine Tendez zu beob

achten, bei der die Verschiebungsslrccke /, auf Grund einer Abnahme in der anfänglich absorbierten Stoßkraft P_1111n beträchtlich vergroßen ist. Eine derartige Vergrößerung der Vcrschicbungsstrecke der Lenksäule liegt in der Größenordnung von nur 10 mm. wie dies sich aus dem Vergleich zwischen den Anordnungen nach F i g. 2 und nach F i g. 7 ergibt, und ist praktisch vernachlässigbar.

Ein randmäßiges Ineinandergreifen der inneren und äußeren Buchse kann in verschiedenen Arten durchgeführt werden. In Fig. 4 ist eine veränderte stoßabsorbierendc Anordnung dargestellt, bei der die innere Buchse über einen Scheitel eines an ihr gebildeten erweiterten gekrümmten Abschnittes in der äußeren Buchse sitzt. Die Lenkwclle 10 ist von einer inneren Buchse 11/) eingeschlossen, die einen nach außen gerichteten gekrümmten erweiterten Abschnitt 13 b besitzt. Die innere Buchse 11 b ist in eine äußere Buchse 16/) eingesetzt, die einen erweiterten Abschnitt 17/?, einen abgeschrägten Abschnitt 18/?, der in den erweiterten Abschnitt 17/) übergeht, und einen verengten Abschnitt eines Mantelrohres 196 besitzt. Der Krümmungsradius R des gekrümmten erweiterten Abschnittes I3a des Druckkörpers 12/) kann vorzugsweise abhängig vom Außendurchmesser D des erweiterten Abschnittes Mb der Buchse 16/) bestimmt werden. Wenn beispielsweise der Durchmesser D ■=-■ 40 mm ist, kann der Krümmungsradius R etwa 10 mm sein. Die Arbeitsweise der in Fig. 4 dargestellten Anordnung ist im wesentlichen die gleiche wie die der Anordnung nach Fig. 3.

In F i g. 5 ist eine weitere abgeänderte Form der crfindungsgemäßen stoßabsorbierenden Anordnung dargestellt, bei der ein Druckkörper auf einer Außenbuchse angeordnet ist.

Wie in Fig. 5 dargestellt, ist eine äußere Buchse Hr an ihrer Spitze mit einem Druckkörper 12c verbunden. Der Druckkörper 12c besitzt einen Abschnitt 13c. der nach innen axial abgeschrägt ist. und einen Vorsprung 14 c. der sich von dem innen abgeschrägten Abschnitt 13c erstreckt. Eine axiale Bohrung 15c ist in dem Vorsprung 14c des Druckkörpers 12c gebildet. Durch die Buchse lic und den Druckkörper 12c erstreckt sich eine innere Buchse 16c. Die Buchse 16c besitzt einen erweiterten Abschnitt 17c. einen Abschnitt 18c. der in der gleichen Richtung wie der Abschnitt 13c des Druckkörpers 12c abgeschrägt ist und in den erweiterten Abschnitt 17c übergeht, und einen verengten Abschnitt 19c, der in den abgeschrägten Abschnitt 18c übergeht Der Abschnitt 13c des Druckkörpers 12c ist in einen Winkel \ abgeschrägt, der größer als ein Winkel / ist. mit dem der Abschnitt 18c der Buchse 16c ab geschrägt ist. So können die Buchsen lic und 16< über die erweiterte Umfangskante des Abschnitte: 13c und den umgebenen abgeschrägten Abschnil 17c der Buchse 16c ineinandergreifen.

Wenn beim Betrieb ein heftiger mechanischer Stol.

ίο auf die Lcnkwellc 10 ausgeübt wird, wird die Buchst lic axial gegenüber der Buchse 16c bewegt, bis dei Druckkörper 12c gegen den abgeschrägten Abschnit: eines Mantelrohres 17c der inneren Buchse 16c stößt. Die äußere Buchse lic wird so axial zusam·

!5 mengedrückt und gestaucht, um einen Teil der aul sie übertragenen Stoßenergie zu konsumieren. Die Buchse lic wird ferner zusammen mit dem Druckkörper 12c gegenüber der inneren Buchse 16c bewegt und bringt den abgeschrägten Abschnitt des

so Mantelrohres 17 c zur Dehnung und damit zur Dämpfung der Stoßenergie.

Statt an der Außenbuchse den Druckkörper zu befestigen, kann sie dann derart geändert werden, daß sie einen nach innen gekrümmten verengten Abas schnitt besitzt, über den die Außenbuchse mit ihrem Rand umfangsmäßig auf dem abgeschrägten Abschnitt der Innenbuchse sitzt. Andererseits kann der abgeschrägte Abschnitt der Innenbuchse durch einen nach oben gekrümmten Abschnitt einer gewissen

Länge ersetzt werden. Ein Beispiel ist in F i ε. 6 dargestellt.

Die Anordnung nach Fig. 6 ist im wesentlichen die gleiche wie die Anordnung nach F i g. 5 mit dei Ausnahme, daß ein Abschnitt 18 d eines inneren Mantelrohres Md ein nach außen gekrümmter Abschnitt ist. über den die innere Buchse 16 d mit ihrem Rand umfangsmäßig in einen nach innen abgeschrägten Abschnitt 13 d eines Druckkörpers 12 d"eingreift, der an der äußeren Buchse 11 d über einen Vorsprung \4d befestigt ist. Die Buchse \dd weist erweiterte und verengte Abschnitte (Mantelrohr Md und Abschnitt 19^) auf. die sich in entgegengesetzten Richtungen von dem gekrümmten Abschnitt" 18 </ erstrecken, und ist in die in dem Vorsprung 14 rf des

Druckkörpers lld gebildete Bohrung 15d"eingesetzt. Die erfindungsgemäßen stoßabsorbierenden Anordnungen können die auf den Fahrer ausgeübte Stoßkraft mit einer minimalen Verschiebungsstrecke der Lenksäule verringern.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche: 20

1. Sicherheitslenksäule, bestehend aus einer verkürzbaren Lenkwelle und zwei diese umschüeßenden, teleskopartig ineinanderverschiebbaren Mantelrohren, die gegenseitg über einen Druckkörper und einen verformbaren Abschnitt in Berührung stehen, wobei der verfonubare Abschnitt

in diesem Bereich einen Abschnitt kleineren Durchmessers und einen über einen konischen Teil mit diesem verbundenen Abschnitt größeren Durchmessers aufweist und sich der Druckkörper mit diesem konischen Abschnitt in Berührung befindet, dadurch gekennzeichnet, daß der konische Abschnitt (18) und der Druckkörper (12) im nicht ineinanderverschobenen Zustand im Berührungsbereich in gleicher Richtung unterschiedlich geneigt sind, wobei die Berührung bei einem Aufprall von einer anfänglichen Linien- *° berührung beim Ineinanderschieben in eine Flächenberührung übergeht.

2. Sicherheitslenksäule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einer der konischen Abschnitte (13 bzw. 18) in Axialrichtung gekrümmt ist.

3. Sicherheitslenksäule nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Mantelrohr (19a und 19b) den konischen Abschnitt aufweist.

4. Sicherheitslenksäule nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Mantelrohr (17 c und Md) den konischen Abschnitt aufweist.