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Zusammenschiebbares Konstruktionsteil Die Erfindung bezieht sich
auf ein zusammenschiebbares Konstruktionsteil.
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Ziel der Erfindung ist es, ein derartiges Konstruktionsteil zu schaffen,
welches einfach im Aufbau ist und aus einer Auswahl von genormten Teilen entsprechend
jeweils individuellen Forderungen, insbesondere beim Aufbau von Kraftfahrzeugen,
leicht zusammengesetzt werden kann.
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Dieses Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß das Konstruktionsteil
aus einer Reihe von wenigstens teilweise koaxialen kegelstumpfförmigen Teile aufgebaut
ist. Das Konstruktionsteil, welches vorzugsweise als Lastabsorber geeignet ist,
kann wahlweise auch andere Funktionen erfüllen. In bevorzugten Ausführungsformen
betreffen die Alternativen
Funktionen, Sicherheit und Schutz. Zwei
der wichtigsten Merkmale der Erfindung bestehen einmal in dem Aufbau des Konstruktionsteils
aus im wesentlichen konischen Teilen und zum anderen in der Tatsache, daß eine der
alternativen Funktionen die eines Feuerlöschers ist.
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Obwohl sich die Erfindung allgemein auf zusammenschiebbare Konstruktionsteile
bezieht, ist sie besonders geeignet für den Einbau in Kraftfahrzeugen, insbesondere
als Lenksäule. In einem Wagen mit Frontmotor ist eine erfindungsgemäß aufgebaute
Lenksäule vorzugsweise zusätzlich als Feuerlöscher ausgebildet, welcher beim Zusammenschieben
der Lenksäule, d.h. beim Auftreffen des Fahrzeugs auf ein frontales Hindernis, in
Arbeit tritt. Es wird angenommen, daß Lenksäule und Motorsystem normalerweise in
einem gemeinsamen Abteil untergebracht sind. Wie im folgenden noch näher beschrieben
wird, kann die Säule so aufgebaut sein, daß sie bis zu einem Zehntel ihrer ursprünglichen
Länge zusammenschiebbar ist. Wenn die Säule daher als Lenksäule verwendet wird,
findet sie bevorzugt Anwendung in solchen Säulensystemen, welche um einen größeren
Prozentsatz ihrer ursprünglichen Länge zusammengeschoben werden.
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Wenn das erfindungsgemäße Konstruktionsteil in Form einer Säule einmal
in einem Fahrzeug oder an einer anderen Stelle eingebaut ist, kann die Säule jede
Funktion erfüllen, z.B. als Flüssigkeitsbehälter, Dämpfer für Drehbewegung oder
anderer Bewegung, Stoßabsorber und dergleichen dienen. Die erfindungsgemäße Säule
ist besonders zweckmäßig für Wettbewerbsfahrzeuge, wie Sportwagen, Rallywagen oder
Rennwagen, wo beim Zusammenschieben der Säule ein Feuerlöscher direkt und indirekt
betätigt wird. Das zusammenschiebbare Konstruktionsteil kann in einem solchen Fall
jedes Konstruktions- oder Funktionsteil des Fahrzeugs einschließlich der Lenksäule
sein.
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Es ist erwähnt worden, daß die Säule als verbesserte Art von
Fahrzeuglenksäule
verwendet werden kann, da sie ein größeres Zusammenschiebverhältnis als bekannte
Anordnungen aufweist.
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Wenn die Säule als Lenksäule verwendet wird, kann sie wahlweise auch
als Behälter dienen, welcher verschiedene Substanzen enthält. Als Substanzen in
der Lenksäule kommen insbesondere in Frage a) Gas oder eine Flüssigkeit unter Druck,
welche dazu dienen Hilfsfunktionen auf dem Fahrzeug auszuführen oder es bestimmten
Antriebsbedingungen anzutreiben. Zum Beispiel kann die Lenksäule Druckluft enthalten,
welche ein Teil des Fahrzeugbremssystems ist, oder welche ein Teil eines Energierückgewinnungssystems
ist. Die Luft kann z.B. bei bestimmten Fahrbedingungen wie Bremsen erzeugt und in
komprimierter Form in der Säule gespeichert werden, welche dann als Akumulator arbeitet,
um unter bestimmten Bedingungen zum Antreiben des Fahrzeags und/oder von Zusatz-
oder Hilfssystemen benutzt zu werden.
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b) Die Säule gemäß der Erfindung kann auch Wasser enthalten, welches
entweder warm ist, wenn die Säule einen Teil des Fahrzeugkühlsystems bildet, oder
kalt ist, wenn die Säule als Notwasserbehälter verwendet wird, z.B. in Armeelastwagen.
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Statt Wasser können auch besondere Kühlflüssigkeiten in der Säule
enthalten sein, einschließlich solcher Kühlflüssigkeiten wie sie bei hermetisch
geschlossenen Kühlsystemen vorkommen.
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c) Die Säule kann auch öl oder andere Schmiermittel entweder für eine
Notversorgung oder als Teil des Fahrzeugschmiersystems enthalten und beispielsweise
den Sumpfbehälter ersetzen.
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d) Die Säule kann auch Treibstoff wie Benzin entweder als Notvorrat
oder zum Vorheizen enthalten. In einem solchen Fall sollte sich die Säule vorzugsweise
nicht im Motorraum des Fahrzeugs befinden.
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e) Die Säule kann auch Arbeitsflüssigkeit für die Klimaanlage eines
Fahrzeugs enthalten.
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Wenn die Säule mit einer Speicherflüssigkeit mit höherer oder niedrigerer
Temperatur als die Umgebungstemperatur gefüllt ist,
kann sie als
Wärmeaustauscher verwendet werden und weist wahlweise innere oder äußere Wärmeabführungsflansche
oder Rippen auf.
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Wenn die Säule mit einer Flüssigkeit gefüllt ist und wenn insbesondere
radiale innere Flansche vorgesehen sind, kann die Säule, wenn drehbar, als Drehdämpfer
wirken, im Fall einer Lenksäule als Lenkdämpfer. Wenn die Säule als positive Sicherheitseinrichtung
benutzt wird, kann sie Teil des Lenksystems sein oder irgendwo imHinderksangeordnet
sein. Bei einem Zusammenstoß wird die Säule zusammengeschoben und ist so aufgebaut,
daß sie reißt und das in ihr enthaltene Strömungsmittel, beispielsweise Feuerlöschschaum
und/oder Inertgas, abgibt. Beliebige oder alle diese verschiedenen Verwendungsmöglichkeiten
können miteinander kombiniert werden. Weiter kann die Säule dazu verwendet werden,
um das Fortschreiten des Zusammenschiebens zu kontrollieren.
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Die Erfindung umfaßt ein zusammenschiebbares Konstruktionsteil, welches
aus einer Reihe von Teilen oder Formen in Form von entweder direkt oder durch Zwischenteile
getrennt, Ende an Ende angeordneten hohlen Kegelstumpfteilen aufgebaut ist. Die
Säule ist derart angeordnet , daß eine ausreichende Druckkraft dazu führt, daß vorzugsweise
der äußere Durchmesser wenigstens eines Kegelstumpfteils gespalten wird, so daß
die Wandungen des Kegelstumpfteils aufreißen und in teilweise getrennte Abschnitte
unterteilt werden. Die Säule kann von integralem Aufbau sein, wobei Sollbruchstellen
in einen Teil der Bereiche eingebaut sind, welche die konischen Formen definieren
oder zwischen diesen liegen, oder sie kann aus vorgefertigten, aneinander befestigten,
teilweise konischen Teilen aufgebaut sein. Der Innenraum der Säule kann wenigstens
teilweise für nicht konstruktive Zwecke verwendet werden.
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Die Erfindung umfaßt weiter eine Fahrzeuglenksäule, welche gleichzeitig
als Feuerlöscher und/oder Strömungsmittelbehälter dient, wobei das Strömungsmittel
z.B. Feuerlöschmaterial, Öl, Wasser, Kühlmittel usw. sein kann. Weiter umfaßt die
Erfindung eine in einem Fahrzeug verwendete Säule, welche nicht die Lenksäule
ist,
von der jedoch wenigstens ein Teil als Behälter dient.
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Schließlich umfaßt die Erfindung auch die Verwendung der erfindungsgemäßen
Säule als Stoßabsorber, Stoßdämpfer, Dämpfer für Drehbewegung und/oder als Einrichtung
zur Steuerung der Richtung der Bewegung oder des Zusammenschiebens.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt
und werden im folgenden näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen Fig. 1 und 2
schematische Darstellungen eines Grundprinzips der Erfindung, Fig. 3 eine Fahrzeuglenksäule,
Fig. 4 bis 6 alternative Ausführungen einer zusammenschiebbaren Säule, Fig. 7 bis
10 und 16 konstruktive Einzelheiten verschiedener Arten von Säulen, Fig. 11 eine
Einrichtung zum Betätigen des Feuerlöscherteils einer Säule, Fig. 12 bis 14 konstruktive
Einzelheiten eines Strömungsmittelbehälterteils einer Säule, und Fig. 15 die Verwendung
einer Säule zum Steuern der Bewegungsrichtung.
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Die Seitenansicht Fig. 1 und die Schnittansicht Fig. 2 zeigen das
Grundprinzip einer zusammenschiebbaren Säule, dargestellt in durchgehenden Linien
vor der Verformung und in gestrichelten Linien nach der Verformung. Hohle Kegelstumpfteile
1, welche wenigstens an ihrem breiten Ende 3 einen Flansch 2 mit kleinen, vorzugsweise
radial verlaufenden Einschnitten 6 aufweisen, sind
mit aneinander
gefügten Flanschen an der Stelle 4 miteinander verbunden. Wenn genügende Druckkräfte
5 an dem schmalen Ende 7 der Kegelstumpfteile auftreten, werden Reißstellen 8 in
den Einschnitten beginnen und sich entlang des Kegelstumpfteils fortsetzen, bis
dieses in Abschnitte oder Lappen 9 aufgeteilt ist. Dies wird zu einer Vergrößerung
des effektiven Durchmessers von einer Größe c zu einer Größe d und zu einer Verringerung
der Gesamtlänge von einer Größe a zu einer Größe b führen.
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Das oben beschriebene Grundprinzip kann auf beliebige Weise in einer
Säule oder einem anderen Konstruktionsteil verwirklicht werden. Als Beispiel ist
in Fig. 3 die Lenksäule eines Kraftfahrzeugs gezeigt, deren zusammengesetzter Aufbau
aus den konischen Formen gemäß der Erfindung besteht. Die Lenksäule ist an einem
Ende mit Hilfe von über Bolzen 11 verbundenen anliegenden Flanschen 10 mit einem
Lenkgehäuse 12 und am anderen Ende mit Hilfe eines Kardangelenks 14, welches die
Bewegung zwischen Fahrgestell und Fahrgastzelle aufnimmt, mit einem Wellenstumpf
13 eines nicht gezeigten Lenkrades verbunden. Die elektrische Zuleitung zu der Gruppe,welche
manchmal durch übliche Lenksäulen verläuft ist hier weggelassen, da eine andere
Hupensignalübertragung mit Hilfe eines in einer Isolation 16 sitzenden Schleifrings
15 und einer über eine Feder 18 vorgespannte Bürste 17 erfolgt. Das den Wellenstumpf
haltende und in dem Fahrzeug gelagerte Lager ist schematisch an der Stelle 19 angedeutet.
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Die hohlen konischen oder kegelstumpfförmigen Formen des obigen Ausführungsbeispiels
sind von unterschiedlichen Durchmessern und Längen, wobei es ein Ziel der Erfindung
ist, auf einfache Weise aus einer Auswahl von genormten konischen Formen eine Säule
aufzubauen, welche den Forderungen eines beliebigen Fahrzeugs entspricht. Es ist
zu erkennen, daß für eine gegebene Länge, Materialdicke und Maß der Einkerbung am
Umfang ein Kegelstumpfteil 22 mit sich stark verjüngenden Seiten leichter zusammenbrechen
wird, als ein Kegelstumpfteil 21 mit sich weniger verjüngenden Seiten. In gleicher
Weise ist es klar, daß ein langes Kegelstumpfs
teil leichter zusammenbrechen
wird, als ein kurzes Kegelstumpfteil mit gleichem Neigungswinkel der Seiten, gleichem
kleineren Durchmesser und gleicher Materialdicke. Es können Elemente unterschiedlicher
Konfiguration zusammengesetzt werden, um eine Säule, nicht notwendigerweise eine
Lenksäule, der gewünschten Länge und der gewünschten Festigkeit vor dem Auftreten
der Verformung herzustellen, welche während der Verformung einen gewünschten Betrag
von Energie absorbiert, und welche zuerst an einer bestimmten Stelle der Säule reißt
oder zusammenbricht.
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Die Elemente können in jeder Folge und auf jede Weise zusammengefügt
werden, beispielsweise mit Hilfe von Flanschen und Bolzen bei einer Verbindung E,
Stumpfschweißen bei einer Verbindung F und mit besonderen Mitteln bei Verbindungen
G und H, wie sie später beschrieben werden sollen. Die Säule mit Elementen oder
Kegelstumpfteilen 20 bis 25 ist vor dem Einbau in das Fahrzeug vorgefertigt, und
zwar durch Zusammenfügen von Einheiten, wie eine abgedichtete und ein Strömungsmittel
enthaltende vorgefertigte Einheit 20/21 und/oder eine vorgefertigte Einheit 23/24,
welche alternativ von integralem Aufbau sein kann, oder durch Zusammenfügen einzelner
Einheiten, wie der Kegelstumpfteile 22 oder 25. Die konischen Formen haben, wie
erwähnt, kleine Einkerbungen oder Einschnitte entlang ihren Kanten, welche sich
während des Zusammenbrechens zu voll ausgebildeten Reißstellen erweitern. Die Einschnitte
können weggelassen werden, da das Reißen und Aufspalten die wahrscheinlichste Verformung
der Formen unter übermäßiger Last ist.
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Die Fig. 4 bis 6 zeigen schematisch alternative Ausführungsformen
der Erfindung, wobei die konischen Formen in alternativer Weise zu den Elementen
der Fig. 3 angeordnet sind. Fig. 4 zeigt Kegelstumpfteile 26 mit stark geneigten
Seiten, welche mit Kegelstumpfteilen 27 mit steileren Seiten ausgerichtet sind,
während ähnliche Kegelstumpfteile in umgekehrten Richtungen in Fig. 5 angeordnet
sind. Fig. 6 zeigt Kegelstumpfteile, welche durch Scheiben 28 in Abstand zueinander
gehalten werden, wobei
in jeder der Fig. die Stellung der Kegelstumpfteile
relativ zueinander nach dem Zusammenbrechen durch gestrichelte Linien angedeutet
ist. Bei diesen Ausführungsformen würden Belastungen während des anfänglichen Zusammenbrechens
einen größeren Betrag von Biegen, Ablenkung und Abscheren bewirken, während ein
Reißen, wenn überhaupt, nur während späterer Stufen des Zusammenbrechens auftritt.
Die Säulen nach den Fig. 4 bis 6 können dagegen allgemein nicht auf einen so geringen
Prozentsatz der ursprünglichen Länge zusammengeschoben werden, wie die Säule nach
Fig. 3.
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Die Art und Weise, auf welche die Kegelstumpfteile miteinander verbunden
werden, wird die Wirkungsweise der Säule beträchtlich beeinflussen. Die Figuren
7 und 8 zeigen in einer Teilschnittansicht und in einer Teildraufansicht eine Vergrößerung
der Verbindung H in Fig. 3, bei welcher die Flansche umgebogen, gepreßt und in "dreidimensionale"
Formen verdreht werden, um Torsionskräfte von einem Kegelstumpfteil zum anderen
besser übertragen zu können. Als Befestigungsmittel stehen zur Verfügung Punktschweißung
30, Kleber 31 und/oder Klemmbügel 32. Die Figuren 9 und 10 zeigen im Detailschnitt
und im Querschnitt das Befestigen mit Hilfe von Klemmringen 33 und Kleber 31 und/oder
Dichtungsmittel. Der Klemmring 33 kann über den gesamten Umfang der Verbindung entweder
als Gesamtring oder in Abschnitten gehen, oder er kann nur um einen Teil der Verbindung,
wie in Fig. 10 gezeigt, gehen, wobei Einkerbungen oder Einschnitte 34 teilweise
in den aneinander liegenden Flanschen vorgesehen sind. Beim Zusammenbrechen wird
die Anordnung eine Form annehmen, wie es durch gestrichelte Linien 35 angedeutet
ist, was dazu führt, daß ein Reißen und Aufreißen in einem vorbestimmten Bereich
36 erfolgt.
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Solche Anordnungen sind geeignet für den Einbau in eine Säule, welche
auch als Feuerlöscher benutzt werden soll. Jede Flüssigkeit innerhalb der Säule
kann bei deren Zusammenbrechen in einer gewünschten Richtung ausgestoßen werden.
Verbindungen zwischen den Abschnitten können jeden Aufbau und jede Form haben. Wenn
die Säule als Feuerlöscher in einem Fahrzeug benutzt wird,
kann
sie auch auf andere Weise als durch Zusammenbruch der Säule betätigt werden. Sie
kann von dem Fahrer oder der Bedienungsperson betätigt werden, wie es schematisch
in Fig. 11 als Beispiel dargestellt ist. Wenn ein Schalter 40 gedrückt wird, schließt
sich ein elektrischer Schaltkreis 41 und aktiviert ein Solenoid 42, welches seinerseits
Klemmen 43 freigibt, um eine kräftige Druckfeder 44 freizugeben, an deren Vorderseite
eine Spitze 45 befestigt ist, welche die Wand der Säule 46 durchdringt. Der Schalter
40 kann in einem Gehäuse 47 angebracht sein, welches von einer Schraubkappe bestehend
aus einem Ringelement 48 mit einer darin befestigten dünnen Glasscheibe 49 abgedeckt
ist, wobei die Mitte der Glasscheibe 49 ein vertieftes, korbförmiges Drückelement
50 aus nachgiebigem Material enthält.
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Obwohl das Glas gebrochen werden muß, um den Feuerlöscher zu betätigen,
ist damit die Betätigungseinheit geschützt. Alternativ oder zusätzlich könnte der
Feuerlöscher automatisch dann betätigt werden, wenn die Umgebungstemperatur über
eine bestimmte Höhe zunimmt. Zum Beispiel kann in der Säule ein Einsatz 51 vorgesehen
sein, welcher ein über einer bestimmten Temperatur schmelzendes Material 52 enthält.
In einer bevorzugten Ausführungsform hat ein Sport- oder Rennfahrzeug eine Säule
gemäß der Erfindung als Feuerlöscher, welcher entweder automatisch durch den Temperaturanstieg,
nach Bedarf durch den Fahrer oder beim Zusammenbrechen der Säule betätigt wird.
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Das gesamte innere oder ein Teil des inneren der Säule kann, wenn
diese in einem Fahrzeug angeordnet ist, als Behälter für Feuerlöschflüssigkeit,
für einen Teil des Fahrzeug-Hydrauliksystems bildendes Strömungsmittel unter Druck,
heißes oder kaltes Strömungsmittel, welches ein Teil des Motorkühlsystems oder eines
Kühlsystems ist, und für Flüssigkeit benutzt werden, welche ein Teil des Schmier-
oder Brennstoffsystems des Fahrzeugs ist; Die Verbindung zu der Säule kann hergestellt
werden durch einen mit Hilfe einer Feder 61 befestigten flexiblen Schlauch 60, welcher
sich um eine Einschnürung 62 in einer Säule 63 aufwickeln kann, wenn diese drehbewegbar
ist, wie es in der
Teilschnittansicht in Fig. 12 dargestellt ist.
Die Teilschnittansicht Fig. 13 zeigt eine Säule, deren Inneres als Behälter für
zu kühlendes Strömungsmittel verwendet wird, und welche daher Kühlflansche oder
Rippen 24 aufweist. Ein den Schlauch aufwickelndes Maschengitter 65 ist über den
äußeren Rippen befestigt. Wenn die Säule ein Flüssigkeitsbehälter kombiniert mit
einer Lenksäule ist, bedeutet das Vorsehen von inneren Flanschen 66, wie es in der
schematischen Querschnittsansicht Fig.
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14 dargestellt ist, wo außerdem äußere Rippen 67 für die Wärmeableitung
vorgesehen sind, daß die Anordnung auch als Lenkdämpf er arbeiten kann, da der Drehbewegung
der Säule die Massenträgheit der Flüssigkeit entgegenwirkt.
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Da das Zusammenschieben der Säule Energie absorbiert, kann die Säule
in jeder Situation als Stoß-, Last- oder Energieabsorber und außerdem in Kombination
als Feuerlöscher verwendet werden.
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Die Säule kann auch als Mittel zum Steuern der Richtung des Zusammenschiebens
oder Zusammenbrechens mit ausreichender Genauigkeit verwendet werden, wie es beispielsweise
in Fig. 15 dargestellt ist. Es ist zu erkennen, daß eine Säule 71 eines solchen
Aufbaus seitlichen Kräften 70 einen großen Widerstand und vertikalen Kräften 72
einen relativ geringen Widerstand entgegensetzt. Wenn diese Differenz genügend groß
gemacht wird, ist es möglich, daß der Punkt M während des Zusammenschiebens der
Säule im großen und ganzen senkrecht zu dem Punkt N ausgerichtet ist.
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Ein weiteres Mittel zum Befestigen von Kegelstumpfteilen für den Aufbau
einer Säule, insbesondere für die oben erwähnten Anwendungsfälle, ist schematisch
in der Teilschnittansicht Fig. 16 dargestellt, wo übliche Befestigungselemente in
Einkerbungen am Umfang der aneinander liegenden Flansche befestigt sind. In einer
V-förmigen Kerbe 80 sitzt ein Bolzen 86, an einer Befestigungsstelle 81 ein Niet
85, welcher durch einen Schlitz getrieben ist, und an einer Befestigungsstelle 82
sitztein Flachkopfniet 84, welcher eine Klemmwirkung über eine V-förmige
Kerbe
mit einem vom Scheitel des V weiterlaufenden kurzen Schlitz 83 ausübt.
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Die verschiedenen Formen gemäß der Erfindung können aus jedem geeigneten
Material einschließlich Metall, Kunststoff usw. und auf jede geeignete Weise hergestellt
werden. Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen wird die konische Form dadurch hergestellt,
daß ein Zylinder auf ein konisches Formteil gepreßt wird, so daß das breite Ende
des resultierenden Kegelstumpfteils gestreckt wird und eine zunehmend geringere
Dicke als das Basisende oder schmale Ende hat. Eine derartige Änderung der Dicke
ist in manchen Fällen ein erwünschtes Merkmal, da der Teil der Anordnung wo das
Zusammenbrechen beginnen soll, die dünnste Wandung hat und daher am schwächsten
ist.
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Die verschiedenen Merkmale der oben beschriebenen Erfindung lassen
sich in jeder Kombination verwirklichen. Die Säule gemäß der Erfindung kann in jeder
Situation und für jeden Zweck verwendet werden.