DE2505340B1

DE2505340B1 - Sicherheitslenksaeule fuer personenkraftwagen

Info

Publication number: DE2505340B1
Application number: DE19752505340
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl-Ing Koepf
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1975-02-08
Filing date: 1975-02-08
Publication date: 1976-07-08
Also published as: US4050326A

Description

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitslenksäule für Personenkraftwagen nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Eine solche Sicherheitslenksäule ist z. B. aus der DT-OS 20 44 874 bekannt. Die unterscniedliche Steifigkeit des Deformationsgliedes ist dazu vorgesehen, den aus praxisnahen Versuchen beobachteten ungleichmäßigen Kraftverlauf im Kraft/Weg-Diagramm der Deformation bei herkömmlichen Deformationsgliedern auszugleichen und die Flächen unter der Kraft/Weg-Kennlinie, welche gleich dem Arbeitsaufnahmevermögen ist, bei vorgegebener Maximalkraft möglichst groß zu gestalten, d.h. der Kennlinie im mittleren Bereich einen möglichst konstanten Verlauf zu geben. Dabei besteht eine Ausführungsvariante des Deformationsgliedes unterschiedlicher Steifigkeit der obengenannten vorbekannten Sicherheitslenksäule aus einem Wellrohr konstanter Wellung und aus einer durch Scherstifte gesicherten Vorlaufstrecke. Nachteilig hieran ist, daß die Steifigkeit des Deformationsgliedes nur zwei Steifigkeitswerte aufweist und daß das Arbeitsaufnahmevermögen der Vorlaufstrecke im wesentlichen durch die der Scherstifte bestimmt, also relativ klein und auf einen sehr kurzen Weg beschränkt ist. Das Arbeitsaufnahmevermögen der Vorlaufstrecke entzieht sich gewissermaßen einer Auslegung.

Es gibt eine andere Art von Sicherheitslenksäulen (vgl. DT-OS 20 52 306), bei denen die Lenkwelle selber wenigstens teilweise ebenfalls als stoßabsorbierendes Deformationsglied, nämlich als Wellrohr ausgebildet ist, so daß zwei konzentrisch ineinanderliegend angeordnete Wellrohre in der Lenksäule vorhanden sind. Dabei ist das Lenkwellen-Wellrohr derart ausgebildet bzw. angeordnet, daß es zunächst alleine die Stoßenergie aufzunehmen hat, weil es zunächst alleine im Kraftfluß liegt. Erst nach einer gewissen Deformationsstrekke kommt auch das äußere Wellrohr zum Anliegen im Kraftfluß und trägt zur Stoßabsorption mit bei. Diese Ausgestaltung läßt sich nach der obengenannten Veröffentlichung auch noch dahingehend modifizieren, daß das eine der Wellrohre, nämlich das Lenkwellen-Wellrohr über eine Sollbruchstelle, z. B. einen Scherstift an die eine Abstützung angehängt ist und ab einem bestimmten Kraftwert diese Sollbruchstelle nachgibt, so daß bei Überschreiten der Bruchkraft nur noch eines der Wellrohre im Kraftfluß angeordnet ist und die Deformationsenergie alleine aufnehmen muß. Zwar bietet diese Lenksäule gegenüber der vorerwähnten den Vorteil einer gezielten Auslegung der beiden Stufen der Energieabsorption, jedoch sind dazu zwei verschiedene Wellrohre erforderlich. Außerdem sind die Wellrohre nicht gegen Knicken abgesichert, so daß die größere Wahrscheinlichkeit besteht, daß nach einer kleinen Deformation der Wellrohre diese unkontrolliert seitlich ausknicken. Hierbei wird vor allem ein weit geringerer Betrag an Stoßenergie absorbiert als bei knickfreier axialer Deformation.

Weiterhin ist es an Sicherheitslenksäulen bekannt, wellrohrähnliche Deformationsglieder mit in Axialrichtung unterschiedlicher Steifigkeit anzuordnen, sogenannte konische Pralltöpfe (vgl. DT-PS 12 29 860 oder DT-OS 19 03 255). Hierbei wird eine Progression in der Kraft/Weg-Kennlinie der Deformationsglieder erzielt, die dazu dient, mit zunehmender Deformation der Bewegung einen zunehmenden Widerstand entgegenzusetzen. Die eine dieser zuletzt genannten Veröffentlichungen zeigt einen ungeführten ausknickenden Pralltopf; die andere zeigt ein auf Zug beanspruchtes Deformationsglied.

Weiterhin ist im Zusammenhang mit Sicherheitslenksäulen bekannt (vgl. z. B. DT-OS 21 40 221), daß durch die Abmessungen eines Wellrohres, wie Länge und Tiefe der Wellen, Materialdicke und Materialgüte, die Steifigkeit in weiten Grenzen variiert werden kann, um eine bestimmte Charakteristik der plastischen Verformung zu erzielen. Daneben ist es auch bekannt (vgl. DT-AS 16 30 857), durch Schlitze in den Wellrohren, und zwar durch deren Tiefe und Anzahl, die Charakteristik der Wellrohre bei deren Verformung zu beeinflüssen.

Die Erfindung baut auf diesem Stand der Technik auf und es liegt ihr die Aufgabe zugrunde, das Arbeitsaufnahmevermögen des Deformationsgliedes der eingangs genannten Sicherheitslenksäule durch weitgehende Konstanthaltung der Laufkraft nahe der zulässigen Maximalkraft zu erhöhen.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs.
In fertigungsgünstiger Weise kann vorgesehen sein, daß bei unveränderter Wandstärke und Materialeigenschaft über die Länge des Wellrohres die Wellentiefe bzw. -höhe und/oder die Wellenlänge über der Länge des Wellrohres geändert sind.
Die Erfindung ist an Hand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles im folgenden näher erläutert; es zeigen:

F i g. 1 eine Seitenansicht einer Sicherheitslenkung, teilweise im Schnitt,
F i g. 2 einen Axialschnitt durch ein gestuftes WeIlrohr.

Die in der Zeichnung dargestellte Sicherheitslenkung weist ein Lenkrad 1 mit einem sogenannten Pralltopf 2 und eine sich daran anschließende, zweiteilig ausgebildete Lenkwelle 3 auf, die die Verbindung mit dem Lenkgetriebe 4 herstellt. Die Lenkwelle 3 ist durch zwei Lager 5 und 6 innerhalb eines Mantelrohres 7 gelagert, das sich lediglich über einen Teil der Länge der Lenkwelle 3 erstreckt und das seinerseits über eine La-

ORIGINAL INSPECTED

sehe 8 mit einer Langlochführung durch abscherbare Stifte oder Bolzen an einem fahrzeugfesten Teil 11 gehalten ist. Im Bereich zwischen dieser Mantelrohrbefestigung und dem lenkradfernen Endbereich des Mantelrohres 7 ist auf dieses ein axial mit stufenweise geänderten Wellenabmessungen versehenes Wellrohr 12 aufgeschoben, dessen Innendurchmesser nur wenig größer als der Außendurchmesser des Mantelrohres 7 ist. Dadurch ist das Wellrohr gegen seitliches Ausknikken geführt und die axiale Deformationsenergie des Wellrohres kann ungeschmälert zur Geltung kommen. Das lenkradferne Ende des Wellrohres 12 ist an einem fahrzeugfesten Teil 13 abgestützt, das im Abstand von der Stirnwand 14 angeordnet ist, so daß bei einem Unfall eintretende Verformungen der Stirnwand 14 sich nicht auf das Wellrohr 12 auswirken können.

Das in F i g. 2 vergrößert und einzeln dargestellte Wellrohr mit gestufter Wellung weist drei Abschnitte I, II und III auf, in denen die Axialsteifigkeit der Wellen unterschiedlich ausgebildet ist. In fertigungsgünstiger Weise ist der Werkstoff und die Materialdicke sowie der Innendurchmesser ά über die ganze Länge des Wellrohres konstant beibehalten. Jedoch ist in den Abschnitten I, II und III der Außendurchmesser des Wellrohres d, da, an bzw. die entsprechende Wellenhöhe stufenweise variiert. Desgleichen ist die Wellenlänge A, Λΐ und An stufenweise variiert. Der Abschnitt mit der größten Wellenhöhe in der Welle — der Abschnitt III — ist der am wenigstens steife Abschnitt. Bei Deformation wird er sich zunächst mit vorbestimmter Kraft deformieren, bis die Wellen einen praktisch nicht mehr deformierbaren Block bilden. Gegen Ende dieser ersten Deformationsphase wird der Bereich II sich deformieren, bis auch dessen Wellen bis auf »Block« zusammengedrückt sind, und schließlich wird der Bereich I zusammengedrückt, bis das gesamte Wellrohr auf Blocklänge deformiert ist.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Sicherheitslenkung ist derart, daß bei einem Aufprall des Fahrers auf das Lenkhandrad 1 zuerst der Verformungsweg des sich daran anschließenden Pralltopfes 2 verbraucht wird. Falls dadurch nicht genügend Aufprallenergie absorbiert ist, wird danach die Verbindung des Mantelrohres 7 mit dem fahrzeugfernsten Teil 11 gelöst und die Lenkwelle 3 wird zusammen mit dem Mantelrohr 7 in Richtung vom Fahrer weg verschoben. Dabei läuft die mit dem Mantelrohr 7 fest verbundene Lasche 8 auf das Ende des Wellrohres 12 auf und drückt dieses zusammen, wobei das Mantelrohr 7 als Führung gegen ein seitliches Ausweichen des Wellrohres 12 während des Verformungsvorganges dient. Durch den im Konstruktionszustand vorgesehenen Abstand 15 zwischen der Lasche 8 und dem oberen Ende des Wellrohres 12 wird erreicht, daß erst die zum Lösen der Verbindung der Lasche 8 mit dem fahrzeugfesten Teil

11 erforderliche Kraft aufgebracht werden kann, ohne daß gleichzeitig schon die Verformung des Wellrohres

12 einsetzt, was zu einer unerwünschten Kraftspitze geführt hätte.

Der Aufprall des Körpers des Fahrers auf das Lenkrad im Kollisionsfall kann dadurch herabgemildert werden, daß zunächst die zur Beschleunigung der Lenksäulenmassen erforderlichen Kräfte weitgehend alleine das Auffangen des Körpers und somit die Aufprallhärte bestimmen und die Energieabsorption durch Deformationsglieder zunächst nur mäßig, und zwar im Maße des Nachlassens der Beschleunigungskräfte einsetzen. Hierdurch kann die Kraftspitze am Beginn des Aufschlages des Körpers auch unter verschärften Unfallbedingungen auf erträgliches oder zulässiges Maß abgebaut und die anschließende Zeit unter Aufrechterhaltung dieser Rückhalte- oder Auffangkraft in gleicher Höhe zur raschen und wirksamen Energieabsorption herangezogen werden. Die Fläche unter dem Kraft/Weg-Diagramm, das heißt das Ausmaß der Energieabsorption, ist maximal groß.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Sicherheitslenksäule für Personenkraftwagen mit einer axial zusammendrückbaren Lenkwelle und einem die Lenkwelle umgebenden, einerseits an einem karosseriefesten Punkt axial abgestützten und andererseits von einem mit dem axialbeweglichen Teil der Lenkwelle verbundenen Anlageteil axial beaufschlagbaren stoßabsorbierenden Wellrohr als Deformationsglied, welches auf unterschiedlichen Axialabschnitten unterschiedliche Werte der Axialsteifigkeit aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die unterschiedlichen Steifigkeitswerte in an sich bekannter Weise am Wellrohr (12) selber vorgesehen sind, wobei die Steifigkeitswerte über die Länge des Wellrohres (12) stufenweise (I, II, III) geändert sind.

2. Lenksäule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei unveränderter Wandstärke und Materialeigenschaft über die Länge des Wellrohres (12) die Wellentiefe bzw. -höhe [(d-d)/2; {di-d)/2; (du-di)/2] und/oder die Wellenlänge (li, In, Im) über der Länge des Wellrohres (12) geändert sind.