DE3544345C2 - Sicherheits-Lenksäule für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Sicherheits-Lenksäule für Kraftfahr­ zeuge gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei aus der DE-24 08 174 A1 bekannten Kraftfahrzeug­ lenkungen dieser Art ist der Energiespeicher in der Lenksäule, und zwar zwischen den beiden teleskopierenden Bestandteilen derselben, angeordnet. Er enthält beispielsweise eine im kolli­ sionsfreien Betrieb gespannte Feder, die auf einer kolbenarti­ gen Erweiterung des oberen Lenksäulenteils aufliegt, und zur Erzeugung der Arretierungskraft dient eine Gasfüllung, die der Federkraft entgegenwirkt; zusätzlich können Arretierungsstifte für den Kolben vorgesehen sein. Bei einer Kollision wird der Gasdruck der Gasfüllung so weit verringert, daß die Arretierung für die gespannte Feder aufgehoben wird und diese mit ihrer frei werdenden Federkraft den oberen Lenksäulenteil und insbesondere das Lenkrad vom Fahrzeugfahrer wegbewegen kann, bevor dieser auf das Lenkrad aufprallt, wodurch gefährliche Verletzungen hervor­ gerufen werden könnten.

Die bekannte Konstruktion gestattet jedoch lediglich eine axiale Bewegung des Lenkrads vom Fahrer weg durch Teleskopieren der Lenksäulenanordnung, trägt jedoch der Tatsache nicht Rechnung, daß auch nach dieser Parallelbewegung des Lenkrads die Ebene des Lenkradkranzes noch einen gefährlichen Winkel mit der Ebene des aufprallenden Fahrers bilden kann.

Bei der aus der DE-24 07 932 A1 bekannten Lenksäule mit einem unteren und einem oberen Lenksäulenteil sind über einen Kollisionssensor ansteuerbare Einrichtungen vorgesehen, die bei einer Kollision ein Kippen des oberen Lenksäulenteils relativ zum unteren Lenksäulenteil nach unten veranlassen. Diese Maßnahme dient der Vermeidung von Kopfverletzungen des Fahrers im Kollisionsfall durch Aufprall des Kopfes auf das Lenkrad. Diese bekannte Lenksäule ist aber nicht teleskopierend aufge­ baut.

Auch die Sicherheitslenksäule nach der DE-OS 18 11 093 enthält einen oberen, im Kollisionsfall um eine querverlaufende Schwenkachse herabschwenkbaren Lenksäulenteil, der das Lenkrad über einen nachgiebigen Pralltopf hält. Abgesehen davon, daß es sich hier nicht um eine Teleskoplenksäule handelt, erfordert dieser Stand der Technik eine mechanische Einstellung derjenigen Kraft, die zum Herabschwenken des Lenkrads überwunden werden muß. Es macht Schwierigkeiten, eine derartige, über eine Gewin­ destange mit Federscheiben vorzunehmende Einstellung so zu tref­ fen, daß auch über lange Betriebszeiten des Fahrzeugs bei unter­ schiedlichen Temperaturen eine optimale Einstellung dieser Kraft gewährleistet ist.

Die energieabsorbierende Lenksäule nach der US-3 811 337 schließlich enthält einen außerhalb der eigentlichen Lenksäule angeordneten Gasbehälter, der bei Auslösung durch einen Beschleunigungssensor die Lenksäule in Richtung Fahrzeug­ insassen ausfährt, damit der Energieabsorptionsweg derselben vergrößert wird. Die durch diese Ausfahrbewegung erzielte Bewe­ gung des Lenkrads in Richtung auf den Fahrer läßt sich aber in der Praxis nicht so schnell realisieren, daß sie vor dem Auf­ schlag des Fahrers auf das Lenkrad beendet ist, so daß die für den Fahrer gefährliche Verzögerung durch diese Ausfahrbewegung noch vergrößert wird.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, eine Kraftfahrzeuglenkung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 unter Wahrung ihres wesentlichen Vorteils - Entfernen des Lenkrads vom Fahrer vor dem Aufprall des Fahrers (oder gesteuertes Nachgeben während der Belastung durch den Fahrer) zwecks Schaffung eines Bewegungsraums für den Fahrer zur Abbremsung durch den Sicherheitsgurt -, zu schaffen, die mit einfachen Mitteln auch eine Schwenkung der Ebene des Lenk­ rads bei Kollision in eine der Körperebene nach Abbremsung durch den Sicherheits­ gurt parallele Ebene bewirkt.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merk­ malen des Patentanspruchs 1, vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung beschreiben die Unteransprüche.

Die Lösung der definierten Aufgabe wird in vorteilhafter Weise also durch sehr ein­ fache Maßnahmen erreicht: Durch Anordnung des mittels des Kollisionssensors beim Auftreten einer Kollision freigebbaren Energiespeichers außerhalb der Lenksäule wird die Möglichkeit gegeben, nicht nur die zum Teleskopieren, d. h. zum axialen Be­ wegen des oberen Lenksäulenteils mit dem Lenkrad vom Fahrer weg, erforderlichen Kräfte zu erzeugen, sondern in die Lenksäule auch Momente einzuleiten, die ein Schwenken der Lenksäule um die definierte Schwenkachse und damit des Lenkrads in die gewünschte Ebene ausüben.

Wie Patentanspruch 10 zum Ausdruck bringt, läßt die Erfindung weitgehende Frei­ heit hinsichtlich der übrigen Gestaltung der Lenkung. So ist es möglich, die Tele­ skopeigenschaft der Lenksäule dazu auszunutzen, bei einem doch erfolgenden Auf­ prall des Fahrers auf das Lenkrad, also bei Aufprall des Fahrzeugs mit hoher Ge­ schwindigkeit, die Lenkung nachgiebig zu gestalten.

Im folgenden werden vier Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert, deren Figuren schematisch senkrechte Schnitte durch einen Personenkraft­ wagen im Bereich der Lenkung wiedergeben.

Die Maßnahmen gemäß Patentanspruch 11 - die Ansprüche 12 und 13 beschreiben vorteilhafte Ausführungsbeispiele dafür - tragen der Tatsache Rechnung, daß bei schrägen, also nicht exakt in Längsrichtung des Fahrzeugs erfolgenden Kollisionen die Gefahr eines Verklemmens der Teleskoplenksäule und/oder des Verschiebelagers der Abstützung des oberen Lenksäulenteils auftreten kann. Auch ist es bei einer solchen schrägen Kollision zur Verringerung der Verletzungsgefahr vorteilhaft, wenn das Lenkrad um eine im wesentlichen senkrechte Schwenkachse in eine Stellung schwenkt, in der es den sich schräg nach vorn bewegenden Fahrer auffangen kann. Die Merkmale dieser Patentansprüche zeigen ihre Vorteile auch dann, wenn Energie­ speicher und Kollisionssensor fehlen, wenngleich sie letztlich zur vollkommenen Lösung der oben definierten Aufgabe beitragen.

Betrachtet man zunächst Fig. 1, so enthält die Teleskoplenksäule 1 den oberen, das Lenkrad 2 tragenden Lenksäulenteil 3 und den unteren Lenksäulenteil 4, die sich an ihren einander zugekehrten Endbereichen teleskopierend umgeben. Mit dem oberen Lenksäulenteil 3 ist in Teleskopierungsrichtung, d. h. in Achsrichtung der Lenksäule 1, der Lenksäulenmantel 5 fest verbunden, der sich über das Deformationsglied 6 und das Schwenkgelenk 7 an der Gelenkwelle 8 abstützt, die ihrerseits über das weitere, mit dem nicht dargestellten Lenkgetriebe in Verbindung stehende Schwenklager 9 abgefangen ist.

Mit dem Mantelrohr 5 ist starr der eine Bestandteil 10 des Verschiebelagers 11 ver­ bunden, dessen anderer, etwa schienen- oder kulissenartiger Bestandteil 12 über das Schwenklager 13 am Fahrzeugaufbau 14 gehalten ist. Das Schwenklager 13 definiert eine zur Fahrzeuglängsachse senkrecht verlaufende Schwenkachse für die Lenksäule 1 nebst Mantelrohr 5.

Bei 15 greift am vorderen Ende von Mantelrohr 5 und Deformationsglied 4 die hier ein bei 16 umgelenktes Seil 17 enthaltende kraftübertragende Verbindung zum Kol­ ben 18 der Kolben-Zylinder-Anordnung 19 an, die im Fahrzeugaufbau 14 an geeigne­ ter Stelle gelagert ist und der über die Leitung 20 in Abhängigkeit vom Zustand eines nicht dargestellten, da an sich bekannten elektrischen oder mechanischen Kol­ lisionssensors ein Druckmedium, z. B. Gas, unter einem vorgegebenen Druck zuge­ führt wird. In Fig. 1 ist angenommen, daß der Arbeitsraum 21 des Energiespeichers 19 im kollisionsfreien Zustand praktisch überdruckfrei ist, so daß die einzelnen Teile der Lenkung die dargestellte Betriebslage einnehmen. Sobald jedoch ein Aufprall des Fahrzeugs auf ein Hindernis erfolgt ist, wird der Kollisionssensor beispielsweise durch Verformung eines vorderen Teils des Fahrzeugs oder aber in Abhängigkeit von der auftretenden Verzögerung betätigt, so daß er eine starke Druckerhöhung im Arbeitsraum 21 und damit ein Bewegen des Kolbens 18 in Fig. 1 nach rechts bewirkt. Dies hat über das Seil 17, das an seiner Befestigungsstelle 15 zumindest während eines Teils der Aufwärtsbewegung einen von 90° abweichenden Winkel mit der Achse der Lenksäule 1 einschließt, sowohl ein Schwenken derselben um die durch das Schwenklager 13 definierte Schwenkachse als auch eine Verschiebung der Lenk­ säule 1 in der Figur nach links unter Einschaltung des Verschiebelagers 11 zur Folge. Damit wird das Lenkrad 2 also nicht nur vom Fahrer weg nach vorn bewegt, sondern der Lenkradkranz auch in eine steilere Ebene bewegt, so daß bei einer Kollision mit hoher Geschwindigkeit der - durch den Sicherheitsgurt bereits abgebremste - Fahrer nicht nur örtlich, sondern auf den gesamten Umfang des Lenkrads aufprallt.

Um den Verhältnissen bei einer schrägen Kollision Rechnung zu tragen, kann der Be­ standteil 10 des Verschiebelagers 11 als kreisscheibenförmiger Kulissenstein ausge­ bildet sein, der Schwenkbewegungen um eine senkrecht zu seiner Ebene und damit auch räumlich etwa senkrecht verlaufende Schwenkachse nicht behindert. Das glei­ che wird erreicht, wenn man das Schwenklager 13 als Kugel-Kugelpfannen-Lager kardanartig ausbildet. Schwenkbewegungen um diese etwa senkrechte Schwenkachse erfolgen beim Crash unter der Wirkung der Massenträgheit insbesondere des Lenk­ rads 2.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 erkennt man wiederum die Lenksäule 30 mit den beiden Lenksäulenteilen 31 (an dem das Lenkrad 32 drehfest befestigt ist) und 33 sowie dem Mantelrohr 34, an dem das Verschiebelager 35 festgelegt ist; dieses ist über das Schwenklager 36 am Fahrzeugaufbau 37 gehalten. Auch hier findet sich zwischen den beiden Gelenken 38 und 39 eine Gelenkwelle 40. Ebenso wie in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 liegt die Gelenkwelle nicht in der Zeichenebene, sondern etwas zu dieser geneigt, so daß der Anlenkungspunkt 41 der hier als Stange 42 ausgeführten Kraftübertragung zum Kolben 43 des Energiespeichers 44 Schwenk­ bewegungen ausführen kann.

In Fig. 2 ist der Zustand des Deformationsglieds 45 des Mantelrohrs 34 und die Lage der Bestandteile der Lenkung bei einer Kollision dargestellt. Der Kolben befindet sich infolge von dem Kollisionssensor eingeleiteter Druckerhöhung in der Arbeits­ kammer 46 in seiner oberen Stellung, in der er unter Ausnutzung der Lager 35 und 36 sowohl eine Verschiebebewegung des oberen Lenksäulenteils 31 als auch eine Schwenkbewegung desselben hervorgerufen hat, so daß das Lenkrad 32 sowohl vom Fahrer weg bewegt als auch in eine steilere Ebene geschwenkt ist. Außerdem ist an­ genommen, daß der Fahrer auf das Lenkrad 32 aufgeprallt ist, wodurch das sich über die Gelenkwelle 40 abstützende Deformationselement 45 unter Energieumset­ zung zusammengestaucht wurde.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 mit Teleskoplenksäule 50, Lenkrad 51, Gelenk­ welle 52, Gelenken 53 und 54, Verschiebelager 55 und Schwenklager 56 greift die kraftübertragende Verbindung, hier durch den Kraftpfeil 57 angedeutet, zu dem nicht dargestellten Energiespeicher an dem Montagebock 58 zwischen Mantelrohr 59 und Verschiebelager 55 an. Dies setzt verständlicherweise voraus, daß die Anlen­ kungsstelle der Verbindung 57 am Montagebock 58 bezüglich des Schwenklagers 56 so liegt, daß die Verbindung 57, die wiederum stangen- oder seilartig ausgeführt sein kann, Drehmomente bezüglich der Schwenkachse des Schwenklagers 56 in das Mantelrohr 59 und damit die Lenksäule 50 einleiten kann.

Auch in Fig. 3 ist der Zustand nach einem Aufprall angenommen, d. h. das Deforma­ tionsglied 60 im gestauchten Zustand gezeichnet.

Fig. 4 zeigt eine andere Ausbildungsmöglichkeit für den Energiespeicher, nämlich als Drehfeder 70, die zwischen dem Fahrzeugaufbau 71 und dem Montagebock 72 für das Verschiebelager 73 am Mantelrohr 74 für die Teleskoplenksäule 75 eingespannt ist. Die Drehfeder 70 überbrückt also gleichsam das Schwenklager 76 für die Lenk­ säule 75.

Zwischen den beiden Gelenken 77 und 78 erstreckt sich wiederum eine Gelenkwelle 79. In diesem Ausführungsbeispiel wird eine größere Freiheit hinsichtlich der bei einem Crash vorgenommenen Bewegungen des Lenkrads 80 dadurch erzielt, daß, wie durch die Pfeile 81 angedeutet, durch den Kollisionssensor ein Herauslösen oder Heraussprengen zumindest eines Bereichs der Gelenkwelle 79 eingeleitet wird. Zu diesem Zweck können Sprengelemente nach Art von Sprengbolzen oder Sprengschrau­ ben Einsatz finden, wie sie an sich beispielsweise aus der US-PS 3 988 027, B62D 1/18, bekannt sind. Im kollisionsfreien Betrieb bildet die Gelenkwelle 79 zumindest einen Bestandteil der Arretierung des durch die Drehfeder 70 gebildeten Energie­ speichers. Sobald die Drehfeder 70 freigegeben ist, bewirkt sie, wie durch den Pfeil 82 angedeutet, eine Bewegung des Mantelrohrs 74 und damit zumindest des oberen, das Lenkrad 80 tragenden Lenksäulenteils um ihre fahrzeugfeste Anlenkung 84. Auch hier ist angenommen, daß durch späteren Aufprall des Fahrers auf das Lenkrad 80 das Deformationselement 83 gestaucht ist.

Führt man die Arretierung als lösbare Reibverbindung aus, ergibt sich die Möglich­ keit, sie zur Lenkradeinstellung im Betrieb auszunutzen.

Wie die Ausführungsbeispiele zeigen, bietet die Erfindung eine Möglichkeit, mit ein­ fachen technischen Mitteln bereits vor dem Aufprall des Fahrers auf das Lenkrad sowohl eine Entfernung desselben vom Fahrer als auch eine optimale Ausrichtung der Ebene des Lenkradkranzes sicherzustellen.

Claims (14)

1. Sicherheits-Lenksäule für Kraftfahrzeuge mit zwei teleskopie­ renden Lenksäulenteilen, von denen ein oberer ein Lenkrad trägt und in Teleskopierungsrichtung nach Überwinden einer Arretierung verschiebbar am Fahrzeugaufbau abgestützt ist, und mit einem durch einen Kollisionssensor freigebbaren Energiespeicher zum Erzeugen einer die Arretierung überwin­ denden Kraft, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Lenk­ säulenteil (3; 31) auch um eine horizontale, im wesentlichen quer zur Fahrzeuglängsachse verlaufende Schwenkachse (13; 36) schwenkbar abgestützt, der Energiespeicher (19; 44) außerhalb der Lenksäule (1; 30) angeordnet ist und eine kraftübertra­ gende Verbindung (17; 42) zwischen ihm und dem oberen Lenk­ säulenteil (3; 31) sowohl Axialkräfte als auch Momente um die Schwenkachse (13; 36) einleitend verläuft.

2. Sicherheits-Lenksäule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Abstützungen (11, 13; 35, 36) für den oberen Lenksäulenteil (3; 31) an einem Lenksäulen-Mantelrohr (5; 34) angreifen, das auch einen Bestandteil der kraftübertragenden Verbindung bildet und mit dem oberen Lenksäulenteil (3; 31) in Teleskopierungsrichtung fest verbunden ist.

3. Sicherheits-Lenksäule nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Verschiebelager (11; 35) für den oberen Lenksäulenteil (3; 31) über ein die Schwenkachse definieren­ des Schwenklager (13; 36) am Fahrzeug (14; 37) gehalten ist.

4. Sicherheits-Lenksäule nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die kraftübertragende Verbindung ein flexibles oder starres Zugelement (17; 42) enthält, dessen Längsachse lenksäulenseitig mit der Teleskopierungs­ richtung einen von 90° abweichenden Winkel einschließt.

5. Sicherheits-Lenksäule nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß der Energiespeicher (19; 44) eine Kolben-Zylinder-Anordnung mit einer Druckmediumfüllung ent­ hält, deren Druck durch den Kollisionssensor bestimmt ist.

6. Sicherheits-Lenksäule nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Energiespeicher eine im kollisionsfreien Betrieb gespannte Feder (70) enthält.

7. Sicherheits-Lenksäule nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß die Feder eine Drehfeder (70) ist.

8. Sicherheits-Lenksäule nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Arretierung Elemente nach Art von Spreng­ schrauben enthält, die durch den Kollisionssensor gezündet werden.

9. Sicherheits-Lenksäule nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich­ net, daß die Elemente einer zwischen der Lenksäule (75) und einem Lenkgetriebe angeordneten Gelenkwelle (79) zugeordnet sind, die zugleich einen Bestandteil der Arretierung bildet.

10. Sicherheits-Lenksäule nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß der obere Lenksäulenteil (3; 31) in Teleskopierungsrichtung mit einem Mantelrohr (5; 34) fest verbunden ist, das ein bei einem Fahreraufprall wirksam werdendes Deformationsglied (6; 45) enthält.

11. Sicherheits-Lenksäule für Kraftfahrzeuge mit zwei teleskopie­ renden Lenksäulenteilen, von denen ein oberer ein Lenkrad trägt und in Teleskopierungsrichtung nach Überwinden einer Arretierung verschiebbar und/oder um eine im wesentlichen quer zur Fahrzeuglängsachse verlaufende Schwenkachse schwenk­ bar am Fahrzeugaufbau abgestützt ist, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützung (11, 13) auch nach Überwinden der Arretierung Schwenkbewegungen des oberen Lenksäulenteils (3) um eine im wesentlichen senkrechte Schwenkachse zulassend ausgebildet ist.

12. Sicherheits-Lenksäule nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich­ net, daß die Abstützung ein Verschiebelager (11) mit einer Kulisse (12) und einem in dieser verschiebbaren Kulissenstein (10) enthält, der eine kreisscheibenartige Form besitzt.

13. Sicherheits-Lenksäule nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich­ net, daß die Abstützung ein kardanisches Schwenklager ent­ hält.

14. Sicherheits-Lenksäule nach Anspruch 13, dadurch gekennzeich­ net, daß das Schwenklager (13) eine Kugel und eine Kugel­ pfanne enthält.