DE2657485C2

DE2657485C2 - Sicherheitslenkspindel für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE2657485C2
Application number: DE19762657485
Authority: DE
Inventors: Rudolf Ing.(grad.) 6090 Rüsselsheim Lamprecht
Original assignee: Adam Opel GmbH
Current assignee: Adam Opel GmbH
Priority date: 1976-12-18
Filing date: 1976-12-18
Publication date: 1982-12-23
Also published as: DE2657485A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Sicherheitslenkspindel für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge, mit zwei konzentrisch zueinander angeordneten Rohrbzw. Stangenteilen, die sich im Falle einer starken Axialbeanspruchung unter Umwandlung von kinetischer Energie in Verformungsenergie teleskopartig gegeneinander verschieben, wobei zum Ausgleich des radialen Spiels zwischen dem inneren Stangenteil und dem dieses umgebenden äußeren Rohrteil Federmittel angeordnet sind.

Bei bekannten, zur teleskopartigen Verschiebung im Katastrophenfall konzipierten Sicherheitslenkspindel hat es sich gezeigt, daß die teleskopartige Verschiebung der beiden Lenkspindelteile gegeneinander noch verbessert werden kann, insbesondere in bezug auf Krafttoleranz. Aus lenkungstechnischen Gründen ist es einerseits erforderlich, ein radiales Spiel zwischen den beiden konzentrischen Teilen der Lenkspindel möglichst zu vermeiden oder so gering wie möglich zu halten, während andererseits vermieden werden muß, daß bei der teleskopartigen Verschiebung der Lenkspindelteile unterschiedliche Schubwiderstandskräfte auftreten können.

Durch die US-PS 36 65 777 ist eine Sicherheitslenkspindel der eingangs bezeichneten Art bekannt geworden, bei der zwischen den beiden ineinanderschiebbaren Lenkspindelteilen zunächst bewußt ein gewisses Spiel gelassen wird. Dieses Spiel gleicht man bei der bekannten Sicherheitslenkspindel anschließend durch Einlegen einer Zwischenblattfeder wieder aus. Der Federweg dieser einzelnen Zwischenblattfeder bei der bekannten Sicherheitslenkspindel nach der US-PS ist aber in Richtung des radialen Spiels zwischen den beiden ineinanderverschiebbaren Teilen sehr klein. Bei Einbringen starker Drehkräfte, die bei normaler Betätigung des Lenkrades an der Lenkspindel auftreten können, reicht infolgedessen die Federkraft der Zwischenblattfeder nicht aus, um ein Radialspiel

zwischen den beiden ineinanderverschiebbaren Teilen der Lenkspindel wirksam zu verhindern.

Die DE-OS 21 16 232 offenbart eine Teleskopvorrichtung für die Übertragung von Drehbewegungen der Steuersäule eines Kraftfahrzeuges, bei der eine Welle konzentrisch im Inneren einer Hülse und zwischen Welle und Hülse eine Einlagehülse a^s Kunststoff bzw. gummiähnlichem Material kraftschlüssig und formschlüssig angeordnet ist Der Formschluß von Welle, Hülse und Einlagehülse erfolgt hierbei dutch Flächenpressung in einem nur relativ kurzen Bereich am Wellenenüe, so daß aufgrund dieser nur relativ kurzen Quetschzone das plastische Material der Einlagehülse die verhältnismäßig hohen Torsionskräfte, wie sie z. B. bei Unfällen, Anfahren an Bordsteinen usw., vorkommen, nicht aufnehmen. Hierdurch kommt es zu bleibenden Verformungen des elastischen Materials, was dem Radialspielausgieich abträglich ist Das bekannte Hülsenmaterial muß, um das Lenkdrehmoment überhaupt übertragen zu können, aus einem harten, elastischen Material sein, bei dem die oben erwähnten bleibenden Verformungen auftreten. Außerdem ist die bekannte Hülse nicht in der Lage aufgrund der kurzen Quetschzone 7 nennenswerte Energieumwandlung beim Vorliegen axialer Kräfte zu vollziehen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Sicherheitslenkspindel der eingangs bezeichneten Art so auszugestalten, daß das zunächst vorhandene reichliche Radialspiel zwischen den beiden ineinanderverschiebbaren Lenkspindelteilen durch nachträgliches Einschieben von Federmitteln auch dann wirksam unterbunden werden kann, wenn auf die Lenkspindel starke Torsionsk;äfte einwirken und daß beim Zusammenschieben der Lenkspindelteile, z. B. im Falle eines Auffahrunfalles, eine gezielte Energieumwandlung erreicht wird.

Nach dem Grundgedanken der Erfindung wird dieses Ziel mit den im Kennzeichenteil des Anspruches 1 dargelegten Mitteln erreicht. Eine derart ausgestaltete Sicherheitslenkspindel vermag die vierfache Drehkraft zu übertragen wie die oben erwähnte US-PS, ohne daß hierbei ein Radialspiel entsteht

Durch die erfindungsgemäße Maßnahme, die wellenförmigen Federmittel immer paarweise an gegenüberliegenden Stellen vorzusehen, wird nicht nur die Aufnahmefähigkeit der Lenkspindel für Drehkräfte wesentlich erhöht, sondern darüber hinaus können auch die Rohrtoleranzen entsprechend großzügig ausgelegt werden, da die gute Zentrierung der beiden ineinanderschiebbaren Teile immer erhalten bleibt, wenn der Federweg ausreichend groß ausgelegt wird. Ferner ist vorteilhaft ein Gelenkeffekt bei nichtpflichtenden Rohren gegeben, so daß Verklemmungen zwischen den einzelnen Rohrteilen wesentlich reduziert bzw. völlig ausgeschlossen werden können.

Schließlich wird der günstige Effekt erzieh, daß die wellenförmigen Federmittel im Falle eines Zusammenschiebens der beiden Lenkspindelteile gleichzeitig auch als Energieumwandler dienen, insbesondere dann, wenn sich die Amplituden der gewellten Federe.ahlbleche in Einschieberichtung der Lenkspindel vergrößern. Das Ergebnis der vorgenannten Maßnahme äußert sich in einer progressiven Energieaufnahme der Lenkspindelteile beim Ineinanderschieben derselben. Darüber hinaus läßt siel¹ durch eine entsprechende Gestallung der wellenförmigen Federmittel jede gewünschte Radialfec'erung oder Dämpfung erreichen.

Ein AlterniUivvorschlag zur Ausgestaltung des Grundgedankens der Erfindung ist in den Ansprüchen 7 bis 11 ausgeführt Auch bei dieser Ausführiingsform läßt sich der im Vorstehenden beschriebene Effekt einer progressiven Energieumwandlung in Einschiebrichtung der Lenkspindel erreichen, wenn man die Dicke der wellenförmigen Federmittel aus Kunststoff entsprechend stetig vergrößert

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind in den

Unteransprüchen angegeben. In der Zeichnung sind nachstehend beschriebene Ausfuhrungsbeispiele der

ίο erfindungsgemäßen Sicherheitslenkspindel dargestellt Es zeigt

Fig. 1 eine gerade Ausführung einer Lenkspindel gemäß der Erfindung in Seitenansicht,

F i g. 2 eine abgewinkelte Ausführungsform einer Lenkspindel,

F i g. 3 in perspektivischer Darstellung die Teile einer Leakspindel nach der Erfindung vor dem Zusammenbau derselben,

Fig.4 an Hand eines Längsschnittes die in Fig.3 dargestellten Lenkspindelteile im Einbauzustand,

F i g. 5 einen Schnitt längs der Linie V-V in F i g. 4,

F i g. 6 eine Ausführungsform wellenförmiger Federmittel aus Kunststoff, in Draufsicht gesehen (teilweise),

Fig. 7 einen Schnitt längs der Linie VIl-VII in Fig. 6, Fig. 8 einen Schnitt längs der Linie VIII-VIlI in Fig. 6,

Fig.9 eine andere Ausführungsform einer Sicherheitslenkspindel nach der Erfindung im Querschnitt entsprechend F i g. 5,

Fig. 10 eine Möglichkeit der Befestigung eines vierkantförmigen Innenteils einer Lenkspindel nach der Erfindung an der Lenkradwelle,

Fig. 11 einen Schnitt längs der Linie XI-Xl in F i g. 10,

Fig. 12 eine Möglichkeit der Befestigung des rohrförmigen Innenteils einer Sicherheitslenkspindel nach der Erfindung an dem Lenkungsritzel,

Fig. 13 einen Schnitt längs der Linie XIIl-XlII in Fig. 12 und

Fig. 14 einen Schnitt längs der Linie XIV-XIV in Fig. 13.

Bei der in Fig. 1 dargestellten geraden Lenkspindel werden die in einem karosserieseitig befestigten Mantelrohr 9 axial verschiebbar gelagerten inneren Stangenteile 10 und 11 von einem äußeren Rohrteil 12 4> teilweise umschlossen. Die beiden inneren Stangenteile 10 und 11 können entweder massiv oder — wie z. B. aus F i g. 3 bis 5 und 9 bis 14 ersichtlich — selbst rohrförmig ausgebildet sein. An dem oberen inneren Stangenteil 10 ist das Lenkrad 13 befestigt. Wie die Verbindung mit so dem Lenkrad 13 im einzelnen gestaltet sein kann, ist in F i g. 10 und 11 angedeutet.

Das untere innere Stangenteil 11, welches ebenfalls entweder massiv oder rohrförmig ausgebildet sein kann, stellt unten, wie schematisch angedeutet, die Verbindung zu dem Lenkgetriebe 14 her. Wie diese Verbindung im einzelnen gestaltet sein kann, ist aus Fig. 12 bis 14 ersichtlich.

In Fig. 2 ist im Unterschied zu der Ausführungsform nach Fig. 1 eine abgewinkelte Lenkspindel dargestellt. °o Die oberen Teile der Lenkspindel, die im wesentlichen der Ausführungsform nach Fig. 1 entsprechen, sind deshalb auch mit denselben Bezugszeichen beziffert. Ein in das äußere Rohrteil 12 von unten hineinragendes inneres Stangenteil 15 ist unten über ein Kreuzgelenk 16 *>-■ mit einem weiteren äußeren Rohrteil 17 verbunden. In dieses zweite äußere Rohrteil 17 ragt von unten ein weiteres inneres Stangenteil 18 hinein. Dieses ist über ein weiteres Kreuzgelenk 19 mit dem Lenkgetriebe 14

verbunden.

Die Funktionsweise der in Fig. 1 und 2 gezeigten Sicherheitslenkspindel ist wie folgt. Wirkt auf das Lenkrad 13 infolge eines Aufpralls des Fahrzeuges auf ein Hindernis durch den Körper des Fahrers eine starke "> Reaktionskraft P in Pfeilrichtung, so kollapsiert die Lenkspindel, d.h. die inneren Stangenteile 10 und 11 bzw. 10, 15 und 18 schieben sich teleskopartig in die äußeren Rohrteile 12 bzw. 12 und 17 hinein, wobei sich die gesamte Lenkspinde! entsprechend verkürzt. Hier- i<> bei wird kinetische Energie der Lenksäule in Formänderungsenergie umgewandelt und damit eine Verletzung des Fahrers durch die Lenksäule weitgehend herabgesetzt.

In Fig. 1 und 2 ist bereits angedeutet, daß zwischen ü den inneren Stangenteilen 10 und 11 bzw. 10, 15 und 18 und den äußeren Rohrteilen 12 bzw. 12 und 17 ein verhältnismäßig großes radiales Spiel 5 besteht.

Dies erleichtert die Herstellung und die Montage der Lenksäulen und senkt darüber hinaus die Fertigungs-und Montagekosten. Dieses radiale Spiel s ist indessen aus lenkungstechnischen Gründen unerwünscht und muß daher durch geeignete Maßnahmen ausgeglichen werden. Möglichkeiten, wie dies gemäß der Erfindung geschieht, sind in Fig. 3—9 angedeutet.

Gemäß Fig. 3—5 ist z. B. das innere Stangenteil 10 (es könnte sich dabei ebensogut um das innere Stangenteil 11, 15 oder 18 handeln) rohrförmig und als Vierkant ausgebildet. Eine entsprechende Vierkantform weist auch das äußere Rohrteil 12 auf (auch hier könnte so es sich wieder selbstverständlich um das Rohrteil 17 handeln). Wie besonders gut die perspektivische Darstellung von F i g. 3 verdeutlicht, liegen an allen vier Umfangsflächen des inneren Stangenteils 10 aus gewelltem Federstahlblech bestehende Federmitte! 20 und 21 an. Fig. 3 und 4 lassen erkennen, daß die gewellten Federstahlbleche 20 und 21 jeweils um die vordere Stirnfläche 22 des inneren Stangenteils 10 herumgelegt sind.

Die gewellten Federstahlbleche 20 und 21 haben w einmal die Aufgabe, das in F i g. 1 und 2 angedeutete radiale Spiel s zwischen äußerem Rohrteil 12 bzw. 17 und inneren Stangenteilen 10 und 11 bzw. 18 auszugleichen. Beim Einbau werden hierbei, wie F i g. 4 verdeutlicht, die Wellen der Federstahlbleche 20 und 21 « unter dem Druck des äußeren Rohrteils 12 zusammengedrückt. Die zweite wesentliche Aufgabe der gewellten Federstahlbleche 20 und 21 besteht darin, im Falle eines Kollapsierens der Lenksäule, d. h. bei teleskopartigem Ineinanderschieben von innerem Stangenteil 10 und ⁵" äußerem Rohrteil 12, kinetische Energie in Verformungsenergie umzuwandeln. Auch hierdurch unterscheidet sich die erfindungsgemäße Sicherheitslenkspindel wesentlich von bekannten Sicherheitslenkspindeln, bei denen zur Umwandlung von kinetischer Energie in " Verformungsenergie jeweils eigene Rohre vorgesehen sind, die die Lenksäulen umgeben und die sich beim Zusammenstoß balgartig zusammenschieben bzw. -falten.

Eine andere, ebenfalls sehr vorteilhafte Möglichkeit, ^b0 das radiale Spiel s zwischen den inneren Stangenteilen, z. B. 10, und den äußeren Rohrteilen, z. B. 12, auszugleichen, zeigt F i g. 6—8. Bei dieser Ausführungsform bestehen die wellenförmigen Federmittel nicht aus gewelltem Federstahlblech, sondern vielmehr aus einem "' Kunststoff, z. B. PVC oder Polyamid (Nylon). Diese aus Kunststoff bestehenden wellenförmigen Federmittel 23 eignen sich ebenfalls sehr gut nicht nur zum Ausgleich des radialen Spiels s, sondern darüber hinaus zur Umwandlung von kinetischer Energie in Verformungsenergie. Wie Fig. 6 bis 8 weiterhin zeigt, weisen die wellenförmigen Federmittel 23 aus Kunststoff schräggestellte Rillen 24 auf, die ein Einpressen des inneren Stangenteils 10 in den äußeren Rohrteil 12 erleichtern, d. h. es tritt hierbei kein Rattern auf. Die Rillen 24 sind hierbei so gestaltet, daß sich verdickte Randzonen 25 und 26 ergeben, die eine gute Übertragung des auf die Lenkspindel beim Lenkvorgang ausgeübten Drehmoments ermöglichen. Durch stetige Materialverdickung an den wellenförmigen Federmitteln 23 kann eine beim teleskopartigen Ineinanderschieben der Teile 10 und 12 stattfindende, im Verlaufe des Einschiebevorgangs progressiv zunehmende Energieumwandlung in jeder gewünschten Art erreicht werden. Ein entsprechender Effekt kann auch bei der Ausführungsform nach Fig. 3 —5 durch entsprechende Vergrößerung der Amplituden des gewellten Federstahlbleches 20 und 21 erzielt werden. Ebenso läßt sich durch entsprechende Materialgestaltung der Federmittel 20 bis 23 auch jede gewünschte Radialfederung oder ggf. auch Dämpfung erreichen.

It: F i g. 9 ist an Hand eines Querschnittes eine weitere Möglichkeit einer Gestaltung der erfindungsgemäßen Sicherheitslenksäule angedeutet. Das äußere Rohrteil ist hier mit 27 bezeichnet, wohingegen das innere, massiv ausgebildete Stangenteil das Bezugszeichen 28 trägt. Der Unterschied der Ausführungsform nach Fig. 9 gegenüber der in Fig. 3—5 gezeigten Variante besteht darin, daß es sich hierbei nicht um ein Vierkant-Rohrsystem handelt, sondern vielmehr um ein Rohrsystem, bei dem das Stangenteil 28 und das äußere Rohrteil 27 jeweils einen Rundquerschnitt mit zwei gegenüberliegenden abgeflachten Seiten 29 und 30 bzw. 31 und 32 aufweisen. Außerdem ist bei der Ausführungsform nach Fig. 9 nur ein Paar diametral gegenüberliegender wellenförmiger Federmittel 33 und 34 vorgesehen. Bei der Ausführungsform nach F i g. 9 handelt es sich um eine im Rahmen der Erfindung mögliche Variante, gegenüber der jedoch die Ausführungsformen nach Fig. 1—8 mit jeweils zwei wellenförmigen Federmittelpaaren wegen der besseren Übertragbarkeit von Torsionskräften der Vorzug gegeben wird.

In Fig. 10 und 11 ist nun — wie bereits oben angedeutet — eine Möglichkeit gezeigt, wie das z. B. als Vierkant und rohrförmig ausgebildete innere Stangenteil 10 mit dem Lenkrad 13 (Fig. 1 und 2) drehfest verbunden werden kann. Der Wellenzapfen des in Fig. 10 und 11 nicht gezeigten Lenkrades 13 ist hierbei mit 35 bezeichnet. Er ragt, wie Fig. 10 zeigt, um ein Stück in das innere Stangenteil 10 hinein. Das letztere ist — wie insbesondere aus F i g. 11 hervorgeht — auf der entsprechenden Länge an allen vier Kanten 36 bis 39 zusammengeklemmt, so daß es den Wellenzapfen 35 eng umschließt. Anschließend wird das innere Stangenteil 10, wie in Fig. 10 angedeutet, an seiner Stirnfläche mit dem Wellenzapfen 35 fest verschweißt.

In Fig. 12—13 ist nun eine Möglichkeit veranschaulicht, wie z. B. das innere Stangenteil 11 (F i g. 1) mit dem Lenkungsritzel des Lenkgetriebes 14 drehfest verbunden werden kann. Der in das innere Stangenteil 11 hineinragende Wellenzapfen des Lenkungsritzels ist hierbei mit 41 bezeichnet Wie Fig. 14 zeigt, weist der Wellenzapfen 41 ein von dem Ende des Stangenteils 11 umschlossenes verdicktes Ende 42 auf, wodurch sich ein Bund 43 ergibt, der von dem dort leicht eingezogenen Ende 44 des inneren Stangenteils 11 hintergriffen wird.

7 8

Die eigentliche drehfeste Verbindung der Teile 11 und Ende 44 des inneren Stangenteils 11 wird jedoch auch

41 erfolgt aber — wie insbesondere aus Fig. 12 und 13 dann ein Lösen der Teile 11 und 41 wirksam verhindert,

hervorgeht — mittels einer Schelle 45 und einer diese wenn sich die Spannschraube 46 doch einmal aus

fest um die Teile 11 und 42 verspannender Spann- bestimmten Gründen lockern sollte,

schraube 46. Durch das in F i g. 14 gezeigte eingezogene >

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen I

Claims

Patentansprüche:

i. Sicherheitsspindel für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge, mit zwei konzentrisch zueinander angeordneten Rohr- bzw. Stangenteilen, die sich im Falle einer starken Axialbeanspruchung unter Umwandlung von kinetischer Energie in Verformungsenergie teleskopartig gegeneinander verschieben, wobei zum Ausgleich des radialen Spiels zwischen dem inneren Stangenteil und dem dieses ι ο umgebenden äußeren Rohrteil Federmittel angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Federmittel (20 und 21; 23; 33 und 34) zwischen dem inneren Stangenteil (10 und 11; 10,15 und 18; 28) und dem umgebenden äußeren Rohrteil (12; 12 und 17; 27) der Lenkspindel wellenförmig und an zwei oder an paarweise diametral gegenüberliegenden Stellen derselben angeordnet und an einem der Staiigenteile an dessen Kopfende festgelegt sind.
2. Sicherheitslenkspindel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Paare (20 und 21) von diametral gegenüberliegenden wellenförmigen Federmitteln vorgesehen sind und daß die beiden Federmittelpaare in Drehrichtung um einen Winkel von 90° oder etwa 90° gegeneinander versetzt sind (F ig. 3-5).
3. Sicherheitslenkspindel nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Stangenteil (10 und 11; 10, 15 und 18; 28) und das äußere Rohrteil (12; 12 und 17; 27) an den für die μ wellenförmigen Federmittel (20 und 21; 23; 33 und 34) vorgesehenen Stellen symmetrische Abflachungen (z. B. 29 und 30 bzw. 31 und 32) aufweisen.
4. Sicherheitslenkspindel nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Stangenteil (10) und das umgebende äußere Rohrteil (12) jeweils vierkantförmig ausgebildet ist (F i g. 3—5).
5. Sicherheitslenkspindel nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Federmittel (20 und 21) aus gewelltem Federstahlblech bestehen (F i g. 3 und 4).
6. Sicherheitslenkspindel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Amplituden der gewellten Federstahlbleche (20 und 21) in Einschieberichtung der Lenkspindel vergrößern.
7. Sicherheitslenkspindel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die wellenförmigen Federmittel (23) aus Kunststoff, vorzugsweise PVC oder Polyamid (Nylon),bestehen(Fig.6-8).
8. Sicherheitslenkspindel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Dicke der wellenförmigen Federmittel (23) aus Kunststoff in Einschieberichtung der Lenkspindel vergrößert.
9. Sicherheitslenkspindel nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die wellenförmigen Federmittel (23) aus Kunststoff an ihren dem äußeren Rohrteil zugewandten Flächen parallele Rillen (24) aufweisen.
10. Sicherheitslenkspindel nach Anspruch 9, da- so durch gekennzeichnet, daß die wellenförmigen Federmittel (23) aus Kunststoff beidseitig der Rillenenden verdickte Randzonen (25 und 26) aufweisen.
11. Sicherheitslenkspindel nach Anspruch 9 oder ti> 10, dadurch gekennzeichnet, daß die parallelen Rillen (24) im spitzen Winkel geneigt zur Längsachse der Lenkspindel angeordnet sind.
12. Sicherheitslenkspindel nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das vierkantförmige innere Stangenteil (10) ebenfalls ais Rohr ausgebildet ist und mit dem Wellenzapfen (33) der Lenkspindel durch Zusammenklemmen der vier Kanten (36 bis 39) des Stangenteils (10) über die in das Stangenteil (10) hineinragende Länge und ausschließendes Verschweißen des Wellenzapfens (35) mit der Stirnfläche (40) des Stangenteils (10) verbunden ist (Fig. lOundll).
13. Sicherheitslenkspindel nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das als Rohr ausgebildete innere Stangenteil (11) mittels Schelle (45) und Spannschraube (46) mit dem Wellenzapfen (41) des Lenkungsritzels des Lenkgetriebes (14) drehfest verbunden ist (F i g. 12—14).
14. Sicherheitslenkspindel nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das dem mit einem verdickten Ende (42) versehenen Wellenzapfen (41) des Lenkungsritzels zugewandte Ende (44) des rohrförmigen inneren Stangenteils (11) eingezogen ausgebildet ist, so daß es hinter den am Wellenzapfen (41) durch dessen verdicktes Ende (42) sich ergebenden Bund (43) greift (F i g. 14).