DE2212713B2

DE2212713B2 - Sicherheitslenksaeule fuer fahrzeuge, insbesondere kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE2212713B2
Application number: DE19722212713
Authority: DE
Inventors: Karl Ing.(grad-) 6272 Niedernhausen Hug
Original assignee: Adam Opel GmbH
Current assignee: Adam Opel GmbH
Priority date: 1972-03-16
Filing date: 1972-03-16
Publication date: 1977-05-26
Also published as: DE2212713A1; GB1358370A; US3813961A; DE2212713C3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Sicherheitslenksäule für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge, nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Es sind verschiedene Sicherheitslenksäulen bekannt, die verhindern sollen, daß ζ. Β. bei einem Frontalaufprall des Fahrzeugs auf ein Hindernis das Lenkrad in den Fahrzeuginnenraum gedrückt wird. Eine bekannte Sicherheitslenksäule besteht z. B. aus einer Stange, die in einem Rohr geführt wird. Bei einem Unfall soll sich die Stange teleskopartig in das Rohr schieben und dadurch die Lenkspindel verkürzen. Nachteilig sind hierbei insbesondere die relativ hohen Herstellungskosten.

Eine andere bekannte Anordnung teilt die Stange der Lenkspindel etwa in der Mitte so, daß bei einer Stoßbeanspruchung die Verbindung der Stangenhälften zerstört wird und diese sich aneinander vorbeischieben können. Nachteilig hierbei ist einerseits der Herstellungs- und Montageaufwand, andererseits kann die Spindel nach Trennung keine Stoßenergien mehr absorbieren. i,₀

Durch die DT-PS 16 55 581 ist ferner eine Sicherheitslenksäule bekanntgeworden, bei der ein gitterförmiges Rohrteil in der Lenkspindel bei einem Unfall zusammengedrückt wird, wodurch sich die Länge der Lenkspindel verkürzt. Nachteilig ist hier der große <>·; Materialaufwand, da die gitterförmig durchbrochene Rohrwandung zur Aufnahme der Lenkrad-Torsionskräfte entsprechend stark ausgeführt werden muß. Auch entstehen hoheTierstellungskosten durch aufwendigi Schnittwerkzeuge.

Eine Sicherheitslenksäule ist desweiteren durch du DT-OS 20 52 306 bekannt geworden. Beim Gegenstam dieser Druckschrift ist die Lenkspindel bzw. ein Tei derselben als schraubenförmig gewelltes Rohr ausgebil det Dies geschieht zu dem Zweck, daß die Lenkspinde eher »zusammenbricht« ais das die Lenkspinde umgebende Mantelrohr. Anschließend soll letzteres dei wesentlichen Teil der Stoßenergie aufnehmen.

Schließlich ist eine Sicherheitslenksäule durch di( DT-AS 13 03 280 bekanntgeworden. Die Lenkspinde nach diesem bekannten Stand der Technik, die aui einem Wellrohr besteht, wird bei in Achsrichtung wirkender Stoßbeanspruchung in der Regel nich ausknicken, sondern sie wird sich ziehharmonikaartij zusammenfalten. Erst wenn seitliche Stöße auftreten wird diese Lenkspindel seitlich ausknicken. Bei diesei bekannten Lenkspindel erstrecken sich nämlich die Eindrückungen über den gesamten Umfang dei Lenkspindel. Es handelt sich also jeweils um ringförmige Eindrückungen, die aneinandergereiht das Wellrohr ergeben, das demgemäß einen symmetrischen Querschnitt aufweist, der eine seitliche Ausknickung der Lenksäule nicht mehr sehr begünstigt.

Diese bekannte Lenksäule ist nicht besonders verdrehfest, denn durch die wellenförmige Wandung ergibt sich eine Kette von nach allen Seiten wirkenden Gelenken. Bei einer geringsten Abweichung der Lenkspindel aus ihrer Mittellinie, also der Längsachse bewirkt eine bestimmte Torsionskraft ein Verdrillen der Lenkspindel. Außerdem ist die rohrförmige Lenkspindel mit wellenförmiger Wandung schwingungsempfindlich, da sie naturgemäß eine vergleichsweise dünne Wandstärke aufweist.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, bei geringsten Herstellungskosten eine bei frontaler Krafteinwirkung unter Energieabsorption bezogen auf die ursprüngliche Achsrichtung — sich verkürzende Lenkspindel zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens eine Abflachung bzw. Eindrückung in der Lenkspindel vorgesehen ist.

Die rchrförmige Lenkspindel wird dabei so abgeflacht bzw. eingedrückt, daß im Querschnitt gesehen ein unsymmetrisches Profil entstehen kann, durch das bei einer mittig in Achsrichtung wirkenden Kraft zwangsläufig ein seitliches Ausknicken erfolgt.

Die erfindungsgemäße Sicherheitslenksäule kann vorteilhaft von einem Rohrteil mit üblicher Wandstärke ausgehen. Gegenüber der bekannten Lenkspindel nach der DT-AS 13 03 280 ist die Lenkspindel nach der vorliegenden Erfindung leichter herzustellen. Insbesondere wird aber auch eine größere Verdrehfestigkeit trotz des Vorsehens der Sollknickstellen beibehalten, denn durch die nur über einen Teil des Umfanges vorgesehenen Abflachungen bzw. Eindrückungen bleibt ein Teil der rohrförmigen Wandung unverändert, der die Verdrehfestigkeit garantiert.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung läßt sich der Grundgedanke derselben dahingehend vorteilhaft weiterbilden, daß die in bestimmten Abständen angeordneten Abmachungen jeweils um den gleichen oder ungleichen Winkel zueinander versetzt sind. Durch Anordnung mehrerer solcher gegeneinander versetzter Sollknickstellen längs der Spindelachse kann eine vorteilhafte Verkürzung der Lenkspindel selbst dann erreicht werden, wenr an einigen Stellen das Ausknik-

kjn der Lenkspindel durch den beim Unfall verformten Vorderwagen behindert wird. Vorteilhaft gegenüber einer an nur einer Stelle bzw. in nur eintr Richtung ausknickenden Lenkspindel ist weiterhin, daß an jeder Knickstelle eine bestimmte Formänderungsarbeit erforderlich ist Somit vermag die beim Unfall mehrfach und ggf. nach verschiedenen Richtungen ausknickende erfindungsgemäße Lenksäule einen Anteil der Bewegungsenergie in Verformungsenergie umzuwandeln.

Eine besonders zweckmäßige Ausführungsform der Erfindung, bei der die Abflachungen jeweils um den gleichen Winkel zueinander versetzt sind, besteht darin, daß die Lenkspindel jeweils beidseitig an diametral gegenüberliegenden Stellen abgeflacht ist und an den abgeflachten Stellen einen ovalen Querschnitt aufweist Im Extremfall können sich hierbei die gegenüberliegenden Abflachungen jeweils berühren und miteinander verschweißt sein.

Durch die beschriebenen beidseitigen Abflachungen des Ausgangsquerschnittes wird erreicht, daß die Knickfestigkeit in der Achsrichtung der ovalen oder abgeplatteten Querschnitte geringer ist als beim Ausgangsquerschnitt.

Auch ist es für die Zwecke der Erfindung nicht unbedingt erforderlich, die Sollknickstellen durch beidseitige Abflachungen zu erzeugen. So zeichnet sich eine weitere Ausführungsform der Erfindung beispielsweise dadurch aus, daß die Lenkspindel jeweils einseitig abgeflacht ist und an den Abflachungen einen etwa bügeiförmigen Querschnitt aufweist.

Die im vorstehenden aufgeführten erfindungswesentlichen Merkmale sind nun anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung veranschaulicht und in der Beschreibung nachfolgend näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Sicherheitslenksäule eines Kraftfahrzeuges,

F i g. 2 das Fahrzeug aus F i g. 1 nach einem Frontalaufprall,

F i g. 3 einen Teil der Lenkspindel in perspektivischer Ansicht,

F i g. 4 den Schnitt längs der Linie 1V-IV in F i g. 3,

F i g. 5 eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lenkspindel,

F i g. 6 den Schnitt längs der Linie Vl-Vl in F i g. 5,

F i g. 7 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lenkspindel in Seitenansicht,

F i g. 8 den Querschnitt der Lenkspindel an der Schnittstelle VIIl-VlII in F i g. 7,

F i g. 9 den Querschnitt der Lenkspindel an der Schnittstelle IX-IX in F i g. 7,

Fig. 10 den Querschnitt der Lenkspindel an der Schnittstelle X-X in F ig. 7,

F i g. 11 den Querschnitt der Lenkspindel an der Schnittstelle XI-Xl in F i g. 7,

F i g. 12 die Lenkspindel nach F i g. 7 bis 11 nach dem Ausknicken infolge Druckbclastung,

Fig. 13 teilweise und in Seitenansicht eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lenkspindel,

Fig. 14 der. Schnitt längs der Linie XlV-XlV in Fig. 13,

Fig. 15 teilweise und in Seitenansicht eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lenkspindel,

Fig. 16 den um 90° gedrehten Querschnitt der Lenkspindel an der Schnittstelle XVI-XVI in F i g. 15.

F i g. 17 eine weitere Möglichkeit der Querschnittgestaltung, z. B. an der Stelle XVl-XVI in F i g. 15,

F i g. 18 eine durch ein Gelenk unterbrochene und

Fig. 19 eine durch zwei Gelenke unterbrochene

Lenkspindel.

Nach Fig. 1 und 2 bezeichnet 10 das Dach, U den Vorderwagen, 12 die Windschutzscheibe, 13 das linke Vorderrad, 14 den Fahrersitz und 15 die vordere Stoßstange eines Personenkraftfahrzeuges. Weiterhin ist aus Fig. 1 und 2 ersichtlich das Lenkrad 16, die Lenkspindel 17, das Lenkgetriebe 18, welches an einem vorderen Rahmenquerträger 19 befestigt ist und die Armaturentafel 20. Die unten in das Lenkgetriebe 18 mündende Lenkspindel 17 ist an einem oberen Lager 21 gelagert, welches an einem Verstärkungsträger 22 angreift. Zwischen Lager 21 und Lenkrad 16 ist ein Pralltopf 23 angeordnet, der bei einem Unfall den Aufprall des Fahrers auf das Lenkrad 16 durch Verformung abbremsen solL In dem durch eine Linie 24 nach vorn begrenzten Fußraum 25 sind Kupplungs- und Bremspedal 26 bzw. 27 erkennbar.

F i g. 2 zeigt das Fahrzeug aus F i g. 1 nach einem Frontalaufprall. Der Vorderwagen 11 wurde verformt, der Abstand zwischen Lenkgetriebe 18 und Lager 21 verkürzt. Die Lenkspindel 17 stützt sich am Lager 21 bzw. am Verstärkungsträger 22 ab. Durch ihre besondere Form knickt die Lenkspindel 17 mehrmals und absorbiert einen Teil der kinetischen Energie. Der Pralltopf 23 stützt sich hier ebenfalls am Lager 21 ab und bremst einen Aufprall des Fahrers auf das Lenkrad durch Verformung. Mit 28 ist ein Abschirmblech bezeichnet, das ein Abknicken der Spindel 17 in den Fußraum 25 verhindert Selbstverständlich ist es auch denkbar, den Pralltopf 23 durch andere bekannte Mittel zu ersetzen, beispielsweise durch einen sogenannten Abreißschlitten. Hierbei würde dann bei einem Aufprall auf das Lenkrad 16 die Lenkspindel 17 durch Belastung von oben ausgeknickt.

F i g. 3 und 4 zeigen eine Möglichkeit, wie die aus Fig. 1 und 2 ersichtliche und dort mit 17 bezeichnete Lenkspindel im einzelnen ausgebildet sein kann. Wie insbesondere aus F i g. 3 ersichtlich, ist Ausgangsmaterial ein Rohr mit kreisrundem Querschnitt. Das Rohr weist in regelmäßigen Abständen über seine gesamte Länge Abflachungen auf, die jeweils beidseitig des Rohres an diametral gegenüberliegenden Stellen vorgesehen und mit 29 bzw. 30 bezeichnet sind. Die Abflachungen 29 sind jeweils gegenüber den Abflachungen 30 um 90° versetzt, so daß die sich daraus ergebenden ovalen Rohrquerschnitte abwechselnd waagerecht und senkrecht gestellt sind. Durch die beidseitigen Abflachungen 29 bzw. 30 wird erreicht, daß die Knickfestigkeit in der Achsrichtung 31 bzw. 32 dur ovalen Querschnitte geringer ist als an dem mit 33 bezifferten kreisrunden Ausgangsquerschnitt der Lenkspindel 17. Bei extremer axialer Belastung wird die Lenkspindel 17 somit abwechselnd in vertikaler und horizontaler Richtung unter Absorption von Stoßenergie mehrfach ausknicken.

Die in F i g. 5 und 6 dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lenkspindel ist mit 17a bezeichnet. Auch hier ist Ausgangsmaterial ein Rohr, dessen kreisrunder Ausgangsquerschnitt entsprechend F i g. 3 und 4 mit 33 bezeichnet ist. Hierbei sind die Abflachungen jedoch nur auf einer Seite des Rohres angeordnet und mit 34, 35, 36, 37 bezeichnet. Dadurch ergeben sich an den Stellen der stärksten Abflachungen bügeiförmige strichpunktiert angedeutete Querschnitte 38, 39, 40, 41, die in Achsenlängsrichtung gesehen hintereinander liegen und infolge entsprechenden Versatzes der Abflachungen 34 bis 37 jeweils um 90" gegeneinander verdreht sind

Die Fig.7 bis 11 zeigen ein Lenkspindelrohr 176 ähnlich wie F i g. 5 und 6; die einseitigen Abflachungen 42,43,44 sind hier jedoch um je 120° versetzt (« = 120°, β = 2 tx usw.). Die dadurch entstehenden Querschnittsflächen werden in F i g. 8 bis 11 gezeigt. Selbstverständlich können die Abflachungen 42, 43, 44 statt um jeweils 120° auch um einen anderen Winkelbetrag versetzt werden, der auch von Querschnitt zu Querschnitt verschieden groß sein kann. Fig. 12 zeigt den Lenkspindelausschnitt gemäß F i g. 7 nach dem Ausknikken infolge Druckbelastung durch Kräfte 45. Der zuerst ausknickende schwächste Querschnitt wurde dabei im Schnitt IX-IX (Fig.7) angenommen. Die erwähnte Unregelmäßigkeit der Form und damit das schnelle Ausknäcken bei geringer Knickkraft wird insbesondere in Fig. 7 deutlich. Die in Fig. 7 in Stabmitte 46 wirkende Druckkraft trifft beispielsweise im Schnitt IX-IX auf eine Querschnittsfläche, die gegenüber der Kraftwirkungslinie nach rechts versetzt ist. Ergibt sich nun, daß von allen Abflachungen im Schnitt IX-IX der geringste Widerstand gegen Ausknicken vorhanden ist, so wird an dieser Stelle das Rohr bei geringer Knicklast entsprechend Fig. 12 ausweichen. Wird der Ausknickweg z.B. an der Stelle 47 (Fig. 12) durch den Motorblock o. ä. begrenzt, so kann das Lenkspindelrohr infolge der mehrfachen Abflachungen an anderer Stelle erneut leicht ausknicken und in vorteilhafter Weise erneut Formänderungsarbeit verrichten.

F i g. 13 zeigt einen Teil des hier mit 17c bezeichneten Lenkspindelrohres mit beidseitigen Abflachungen 48,49 ähnlich F i g. 3, jedoch wurde hier das Rohr maximal zusammengedrückt Werden die Abmessungen des Rohres so gewählt, daß eine sichere Übertragung der am Lenkrad 16 (Fig. 1) eingeleiteten Torsion gewährleistet ist, bietet diese Ausführung die günstigste Ausknickfähigkeit bei Druckbeanspruchung. Das Knickverhalten der Lenkspindel 17c ist dann etwa vergleichbar mit mehreren, in Richtung der Spindelachse hintereinander angeordneten Gelenken. Die Abflachungsebenen 50,51 (F i g. 14) können statt wie gezeigt auch um einen Winkel abweichend von 90° gedreht werden.

Fig. 15 zeigt eine ähnliche Ausführung 17d wie

Fig. 13 bzw. 14. Die Abflachungen 52, 53 sind so

geformt, daß sie bei 54 verschweißt werden können. Die

s Schnittfläche des abgeflachten Rohres wird in Fi g. 16

gezeigt. Weiterhin ist zu bemerken, daß die in F i g. 13

bis 16 gezeigten Abflachungen 48, 49, 52, 53

vorzugsweise an den Enden des Lenkspindelrohres 17t/

angeordnet werden können, wobei dann im mittleren

,o Rohrteil zweckmäßig z. B. eine Ausführung nach F i g. 5 Verwendung findet

F i g. 17 deutet an, daß die Abflachungen abweichend von Fig. 16 so ausgebildet sein können, daß die Eindrückung im Querschnitt auch eine gekrümmte Form 55 einnehmen kann. Dies gilt auch für alle anderen gezeigten und beschriebenen Ausführungsmöglichkeiten.

Wie erwähnt, können die Abflachungen des Lenkspindelrohres in Achsrichtung gesehen in gleichem und/oder ungleichem Abstand voneinander angeordnet sein. Ebenso ist es möglich, verschiedene o.a. Querschnittsformen an einem Lenkspindelrohr zu kombinieren, um das Ausknicken der Lenkspindel dem Verformungsverhalten des Vorderwagens anzupassen. Die Erfindung ist natürlich nicht nur dann anwendbar und von Vorteil, wenn die Lenkspindel aus einem Stück besteht und geradlinig verläuft Die Erfindung ist auch dann von Nutzen, wenn — wie Fig. 18 zeigt — die Lenkspindel 60 aus zwei Teilen 68,70 besteht, die über ein Gelenk 64 miteinander verbunden sind. Dia beiden Teile 68,70 verlaufen nicht in einer Richtung. Während das Teil 68 im wesentlichen über seine ganze Länge mit der erfindungsgemäßen Maßnahme versehen ist, ist es das Teil 70 nur in der Nähe des Gelenkes 64. vs Fig. 19 zeigt eine zweimal abgeknickte Lenkspindel 62. Das zwischen den Gelenken 66 befindliche Teil weist über die gesamte Länge die erfindungsgemäße Maßnahme auf. Es kann daher bei einem Stoß ausknicken, ohne daß wesentliche Kräfte auf das Lager 21 ausgeübt werden.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

ζ "Tiers Patentansprüche:

1. Sicherheitslenksäule für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge, mit einer bei frontaler Kraftein- > wirkung unter Energieabsorption bleibend verformbaren Lenkspindel, bei der zumindest ein geradlinig verlaufender, rohrförmiger Teil mit Sollknickstellen versehen ist, die bei einer bestimmten kritischen Last ein seitliches Ausknicken der Lenkspindel oder ι ο dieses Teiles bewirken, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Abflachung bzw. Eindrückung (29,3034 bis 37,42 bis 44,52,53,48,49) in der Lenkspindel vorgesehen ist

2. Sicherheitslenksäule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in bestimmten Abständen angeordneten Abflachungen (29,3034 bis 37,42 bis 44, 48, 49, 52, 53) jeweils um den gleichen oder ungleichen Winkel zueinander versetzt sind.

3. Sicherheitslenksäule nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lenkspindel (17) jeweils beidseitig an diametral gegenüberliegenden Stellen (Abflachungen 29, 30) abgeflacht ist und an den abgeflachten Stellen einen ovalen Querschnitt aufweist. 2s

4. Sicherheitslenksäule nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die gegenüberliegenden Abflachungen (48,49 bzw. 52,53) jeweils berühren.

5. Sicherheitslenksäule nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abflachungen (52, 53) miteinander verschweißt sind.

6. Sicherheitslenksäule nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lenkspindel (17a, i7b) jeweils einseitig abgeflacht i:;t und an den Abflachungen (34 bis 37, 42, 43, 44) einen etwa bügeiförmigen χ Querschnitt aufweist.