DE2150061A1

DE2150061A1 - Sicherheitslenkung fuer kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE2150061A1
Application number: DE19712150061
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Rohrbach
Original assignee: Adam Opel GmbH
Current assignee: Adam Opel GmbH
Priority date: 1971-10-07
Filing date: 1971-10-07
Publication date: 1973-04-12
Also published as: GB1334320A; US3771379A; DE2150061C3; FR2155517A5; DE2150061B2

Description

Patentanmeldung 5. Oktober 1971 Anmelderin: ADAM OPEL AKTIENGESELLSCHAFT, RÜSSELSHEIM/HESSEN Sicherheitelenkung für Kraftfahrzeuge.

Gegenstand der Erfindung let eine Sicherheitslenkung für Kraftfahrzeuge mit einem konzentrisch zur Lenksäule angeordneten, aus Blech bestehenden, plastisch verformbaren Deformationsglied für eine zumindest teilweise Umwandlung der beim Aufprall des Fahrers auf das Lenkrad wirkenden kinetischen Energie in Verformungsarbeit·

Trifft ein fahrendes Kraftfahrzeug plötzlich frontal auf ein Hindernis, ohne daß dem Fahrer vorher Zeit bleibt, die Geschwindigkeit durch Bremsen langsam zu verringern, so werden die Fahrzeugineassen bekanntlich infolge der

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Massenträgheit ruckweise nach vorn geschleudert. Für den Fahrer bedeutet dies einen Aufprall auf das Lenkrad, der zu erheblichen Verletzungen führen kann. Es wurden deshalb Vorrichtungen entwickelt, die anhand von Deformationsgliedern durch zumindest teilweise Umwandlung der kinetischen Aufprallenergie in Verformungsarbeit die Wirkung des Aufpralles auf den Körper des Fahrers in einem solchen Grad vermindern sollen, daß ernsthafte Verletzungen ausbleiben.

Derartige energieabsorbierende Vorrichtungen an Lenksäulen von Kraftfahrzeugen sind in mannigfachen Ausführungen bekanntgeworden. Es seien diesbezüglich beispielsweise die

1 630 327» deutschen Offenlegungg schrift en 1 630 265, 1 630 266,Γ1 630 825, 1 680 011, die deutsche Patentschrift 1 298 010 und die deutsche Gebrauchsmusterschrift 7 103 666 genannt. Dabei handelt es sich zumeist um topfförmige Deformationsglieder, die sich entweder durch relativ aufwendigen Aufbau und Anordnung (DOS 1 630 265, 1 630 266, 1 630 327 und 1 680 011) bzw. durch ungenügende Wirksamkeit auszeichnen, da sie in der Regel so angeordnet sind, daß die Energieumwandlung nur längs eines Weges in axialer Richtung der Lenksäule möglich ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Sicherheitslenkung der eingangs genannten Art zu schaffen mit einem Deformationsglied, das universell verwendbar ist

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und somit den Kräfteverhältnissen, insbesondere der Kraftrichtung, beim Aufprall des Fahrers auf das Lenkrad in optimaler Weise gerecht wird. Ferner soll das Deformationsglied einfach in Aufbau und - als Folge davon - unter nur geringem Kostenaufwand herstellbar sein. Das Problem wird gemäß dem Grundgedanken der Erfindung dadurch gelöst, daß das Deformationsglied aus einem in an sich bekannter Weise schraubenförmig gewickelten Flachband, vorzugsweise aus Stahlblech, besteht und daß die Windungen des Flachbandes durch mehrere über den Umfang desselben verteilte, in axialer Richtung angeordnete Stege miteinander verbunden sind.

Durch die ''deutsche Patentschrift 1 298 010 ist zwar ein Deformationsglied an sich bekannt, das aus schraubenförmig gewundenem Flachband besteht. Es handelt sich jedoch dabei um insgesamt vier Flachbänder, die schraubenförmig mit gleicher Steigung und entgegengesetztem Steigungssinn gewickelt und an ihren Kreuzungestellen miteinander verbunden sind, wobei die Bänder gleichen Steigungssinnes um 180° gegeneinander versetzt sind. Der Aufbau dieses bekannten Deformationsgliedes ist also vergleichsweise kompliziert gegenüber der erfindungsgemäßen Konstruktion, die nur ein einziges gewundenes Flachband benötigt. Der Vorteil der Verwendung eines einzigen Flachbandes besteht überdies darin, daß sich im unteren Bereich des Deformationsgliedes die Windungen zu einem bestimmten Betrag ineinanderschieben

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können, was insofern günstig ist, ale entsprechend der größeren Verformung ein größerer Betrag der Bewegungsenergie des nach vorn geschleuderten Fahrers absorbiert wird. *

Die erfindungsgenäßen Stege, die vorzugsweise ebenfalls aus Flachstahlmaterial bestehen und mit den Windungen des Flachbandes punktverschweißt sind, dienen dazu, der Vorrichtung, durch die das Lenkmoment in vollem Umfange übertragbar sein soll, die notwendige Verdrehsteifigkeit zu geben. Zu diesem Zwecke genügt es, wenn vier Stege über den Umfang des gewundenen Flachbandes gleichmäßig verteilt angeordnet sind.

Das erfindungsgemäße Deformationsglied kann in bekannter Weise als energieabsorbierendes Mantelrohr für die Lenkspindel verwendet werden. Hierbei wären alle Parameter (Steigung, Stärke, Länge, Durchmesser) darauf abzustellen, ψ daß die geforderten Energieabsorptionswerte erreicht werden.

Ein besonderes Anliegen der Erfindung ist es indessen, der Tatsache Rechnung zu tragen, daß bei den Meisten Unfällen, die mit einem Aufprall des Fahrers auf das Lenkrad verbunden sind, dieser Aufprall im wesentlichen auf die untere Hälfte des Lenkrades erfolgt. Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher auch, im Falle eines Zusammenstoßes zu

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ein·« möglichst frühen Zeitpunkt eine volle Auflage de· Brustkörbe· de· nach vorne, geschleuderten Fahrers auf der Ebene des Lenkrades sicherzustellen. Das erfindungsgemäße Deformationsglied xeichnet sich nun von seinem Aufbau her durch eine gute Knickfähigkei^ aus. Diese Eigenschaft kann in vorteilhafter Weise zu dem vorgenannten Zwecke dadurch nutzbar gemacht werden, daß das Deformationsglied axial zwischen den Lenkradspeichen und der Lenkradnabe angeordnet ist. Dadurch ist ein schnelles Abknicken des Lenkrades entsprechend der Neigung des Oberkörpers des auf das Lenkrad aufschlagenden Fahrers ermöglicht. Da der Fahrer zuerst am unteren Lenkradkranz auftrifft, wird das Lenkrad nach unten abgebogen. Bei dieser Verformung wird bereit· Energie verbraucht und Bremsweg fur den Fahrer gewonnen. Die Knickfähigkeit des Deformationsgliedes kann nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung dadurch verbessert werden, daß die Stege im Bereich zwischen den einzelnen Windungen des Flachbandes konvex gesickt ausgebildet sind.

Selbstverständlich beschränkt sich die Erfindung keineswegs auf die alternative Verwendung des erflndungsgemäßen Deformatlonsgliedes entweder zwischen Speichen und Nabe des Lenkrades oder als Mantelrohr der Lenkspindel. Vielmehr ist auch eine Ausführungsform denkbar, bei der außer dem zwischen Lenkradspeichen und -nabe angeordneten Deformationsglied ein weiteres, aus schraubenförmig gewundenem Flachband und axial angeordneten Verbindungsstegen bestehendes Deformationsglied als energieabsorbierendes Teil

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des die Lenkepindel umgebenden Mantelrohres vorgesehen ist. Die zur Vernichtung der kinetischen Aufprallenergie zu leistende Formänderungsarbeit kann dabei in zweckmäßiger Veite so zwischen den beiden Deformationsgliedern aufgeteilt werden, daß zunächst bei dem geschilderten Abknicken des Lenkrades vglw. wenig Energie umgewendet wird. Nach voller Auflage des Fahrers auf dem Lenkrad kann dann der größere Teil der Aufprallenergie durch das als Deformationsglied ausgebildete Mantelrohr vernichtet werden.

Selbstverständlich ist es auch möglich, als zusätzliches Defomationsglied ein Mantelrohr vorzusehen, das nach Art bekannter Verforaungselemente, z.B. als Gitterrohr, ausgebildet ist.

Die Erfindung ist nun anhand der Zeichnung, in der Aus» führungsbelspiele dargestellt sind, sowie der nachstehenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 den vorderen Teil eines Pereonenkraftfahrzeuges aufgebrochen (schematisch) mit in Seitenansicht dargestellter Lenkung,

Fig. 2 einen Längsschnitt des erfindungsgemäßen,

zwischen Lenkradapeichen und -nabe angeordneten Deformationsgliedes nach Fig. 1, in vergrößerter Ausführung, 309815/0559

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Fig. 3 das Deformationsglied nach Fig. 1 und 2 als Einzelteil, in perspektivischer Ansicht und

Flg. 4 in Seltenansicht (entsprechend Fig. 1) einen Ausschnitt einer Kraftfahrzeug-Lenksäule, wobei das die Lenkspindel umschließende Mantelrohr als Deformationsglied ausgebildet ist.

In Fig. 1 sind durch strichpunktierte Linien angedeutet die Fronthaube 10, das Dach 11, die Windschutzscheibe 12 und eine Vordertür 13 mit Seltenfenster 14 einer Personenwagenkarosserie sowie die den Motorraum 15 vom Fahrgastraum 16 trennende Stirnwand 17. Ferner ist aus Fig. 1 die als ganzes mit 18 bezeichnete Sicherheitslenkung des Fahrzeuges erkennbar, die mit zwei Lagerstellen 19, 20 an der Stirnwand 17 befestigt ist. An der oberen Lagerstelle 19 angreifende Befestigungselemente 21, 22, 23 gewährleisten eine Aufnahme der wesentlichen, im Normalbetrieb auf die Lenkung ausgeübten Kräfte. An der unteren Lagerstelle 20 tritt die Lenkung durch die Stirnwand 17 hindurch.

Die Lenkung besteht im wesentlichen aus einer Lenkspindel 24, 25, die im oberen Bereich von einem Mantelrohr 26 umgeben ist, einem Lenkgetriebe 27 und dem mit 28 bezeichneten Lenkrad. Die Lenkspindel setzt sich aus zwei Teilen 24, 25 zusammen, wobei der obere Teil 25 teleskopierbar ist und

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durch ein Kardangelenk 29 unterhalb der Lagerstelle 20 drehfest mit dem unteren Lenkspindelteil 24 verbunden ist. Das Kardangelenk erlaubt aber ein widerstandsloses Abwinkeln der beiden Spindelteile 24, 25 gegeneinander und dient damit der Sicherheit des Fahrers. Das Lenkgetriebe 27 ist durch einen Schraubenbolzen 30 an der Vorderachse

31 des Fahrzeuges befestigt.

P Wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich, gehen die Speichen

32 des Lenkrades 28 in ein Deforraationsglied 33 über, das im einzelnen aus einem schraubenförmig gewickelten Stahlflachband 34 und vier gleichmäßig über den Umfang des Flachbandes 34 verteilten, axial ausgerichteten Stegen 35 besteht (vergl. auch Fig. 3). Die Stege 35 sind mit den Windungen des Flachbandes 34 punktverschweißt und dienen der übertragung des Lenkmoments auf die Lenkspindel. Zu diesem Zweck mündet das DeformatlonssHed an seinem unteren Ende in die Lenkradnabe 36 (Fig. 2), in der das obere Ende des LenkspindelteiIs 25 mittels Verzahnung 37 und Schraubenbolzen 38 fixiert ist. Das Deformationsglied 33 ist somit axial zwischen die Lenkradspeichen 32 und die Lenkradnabe 36 eingesetzt.

Trifft nun im Falle eines Zusammenstoßes des Fahrzeuges mit einem Hindernis der Körper des Fahrers auf den unteren Lenkradkranz auf (Pfeil P), so erlaubt das Deformationsglied 22 unter teilweiser Absorption der Aufprallenergie ein schnelles Abknicken des Lenkrades entsprechend der

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Neigung dee Oberkörper« des auf das Lenkrad aufschlagenden Fahrers. Vie insbesondere aus Fig· 2 und 3 hervorgeht, weisen die Stege 35 im Bereich «wischen den einzelnen Windungen des Flachbandes 34 konvex nach außen gestülpte Sicken 39 auf, die ein Zusammendrücken und Auseinanderziehen der Stege 35, wJbt es beim Kippen des Lenkrades 28 auftritt, erleichtern. Das Flachband 34 hat beispielsweise einen Querschnitt von χ 2 mm· Die verhältnismäßig geringe Stärke des Flachbandes 34 von 2 mn ermöglicht vorteilhaft ein teilweises Ineinanderschieben der Windungen im unteren Bereich. Der dadurch bedingte größere Verformungsweg und -grad wirkt sich günstig hinsichtlich der Absorption von Aufprallenergie des Fahrers aus.

Sobald eine volle Auflage des Brustkorbes des nach vorne geschleuderten Fahrers auf der Ebene des Lenkrades erreicht

ist, kann der größere, noch verbleibende Rest der Aufprallenergie durch ein weiteres, in der Lenksäule angeordnetes Deformationsglied absorbiert werden. Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 handelt es sich dabei um ein mit 40 bezeichnetes Gitterrohr bekannter Bauart, welches den energieabsorbierenden Teil des Mantelrohres 26 bildet.

Nach Fig. 4 dagegen ist in das hier mit 26a bezifferte Mantelrohr statt eines Gitterrohres als energieabsorbierender Teil ein Deformationsglied 41 eingesetzt, das prinzipiell wie das im vorstehenden ausführlich beschriebene Deformations-

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glied 33 aufgebaut ist und daher an dieser Stelle nicht noch einmal erläutert zu werden braucht. Der besseren Anschau- . lichkeit halber sind in Fig. 4 die dem Deformationsglied 33 nach Fig. 1-3 entsprechenden Teile mit gleichen Bezugszeichen, lediglich ergänzt durch den Buchstaben "a", gekennzeichnet. Die übrigen Teile der Sicherheitslenkung nach Fig. 4 entsprechen der Ausführung nach Fig. 1. Eine nochmalige Darstellung dieser Teile in Fig. 4 kann sich daher erübrigen. Selbstverständlich sind auch bei dem Deformationsglied 41 die veränderlichen Größen (Steigung, Stärke, Länge, Durchmesser) des Flachbandes 34a so aufeinander abzustimmen, daß die geforderten Energieabsorptionswerte erreicht werden.

Patentansprüchet

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Claims

Patentansprüche

It Sicherheitslenkung für Kraftfahrzeuge mit einem konzentrisch zur Lenksäule angeordneten, au» Blech bestehenden plustisch verformbaren Deformationsglied für eine zumindest teilweise Umwandlung der beim Aufprall des Fahrers auf das Lenkrad wirkenden, kinetischen Energie in Verformungsarbeit,

dadurch gekennzeichnet, daß das Deformationsglied (33, 41) aus einem in an sich bekannter Weise schraubenförmig gewickelten Flachband (34, 34a), vorzugsweise aus Stahlblech, besteht und daß die Windungen des Flachbandes durch mehrere über den Umfang desselben verteilte, in axialer Richtung angeordnete Stege (35, 35a) miteinander verbunden sind.
2. Sicherheitslenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (35, 35a) ebenfalls aus Flachstahlmaterial bestehen und mit den Windungen des Flachbandes (34, 34a) punktverschweißt sind.

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3. Sicherheitelenkung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß vier Stege (35, 35a) über den Umfang des gewundenen Flachbandes (34, 34a) gleich mäßig verteilt angeordnet sind.
4. Sicherheitslenkung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (35, 35a) im Bereich zwischen den einzelnen Windungen des Flachbandes (34, 34a) konvex gesickt (39, 39a) ausgebildet

sind.
5. Sicherheitslenkung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß das Deformationsglied (33) axial zwischen den Lenkradspeichen (32) und der Lenkradnabe (36) angeordnet ist.
6. Sicherheitslenkung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß ein weiteres, aus schraubenförmig gewundenem Flachband (34a) und axial angeordneten Verbindungsstegen (35a) bestehendes Deformationsglied (41) als energieabsorbierendes Teil des die Lenkspindel (25) umgebenden Mantelrohres (26a) vorgesehen ist (Fig. 4).

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7. Sicherheitslenkung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als zusätzliches Deformationsglied ein an sich bekanntes Gitterrohr (40) dient, welches den energieabsorbierenden Teil des die Lenkspindel (25) umgebenden Mantelrohres (26) bildet (Fig. 1).

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