DE3729155A1 - Ausbrechbare lenkanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine ausbrechbare Lenkanordnung für Lenkmechanismen, die zum Steuern von Fahrzeugen, wie Automobilen und Lastwagen, verwendet werden. Insbesondere betrifft die Erfindung eine ausbrechbare Lenkanordnung, die weniger Teile als gegenwärtig verwendete ausbrechbare Lenkanordnungen benötigt.

Bei den meisten Automobilen und Lastwagen ist eine Lenkwelle zwischen dem Lenkrad und dem Lenkgetriebe angeordnet. aer Zweck dieser Welle ist es, das auf das Lenkrad aufgebrachte Drehmoment auf das Lenkgetriebe zu übertragen, um somit eine Richtungsänderung des Fahrzeugs hervorzurufen.

Bei einer Frontalkollision tritt eine Verformung im vorderen Teil des Fahr­ zeugs auf, die längs der Lenkwelle eine Axialkraft von ausreichender Größe übertragen kann, um den Fahrer zu verletzen oder zu töten.

Die ausbrechbare Lenkanordnung der Erfindung ist so konstruiert, daß sich das Lenkgetriebe mechanisch von der Lenkwelle trennt, um die potentielle Verletzungsgefahr für den Fahrer für den Fall einer Frontalkollision zu ver­ mindern. Es sind bereits verschiedene Anordnungen bekannt, die eine aus­ brechbare Lenkanordnung aufweisen.

Beispiele solcher Anordnungen finden sich in US-PS 34 24 263 und US-PS 44 11 167. Die in der erstgenannten Patent­ schrift gezeigte Sicherheitslenksäule kann für Fahrzeuge etwa des Jahres 1966 zufriedenstellend gewesen sein, aber sie ist vollständig ungenügend zur Verwendung bei modernen Fahrzeugen. Nach diesem Patent ist die einzige Verbindung zur Übertragung des Drehmoments ein Scherstift, und wenn dieser Scherstift in modernen Fahrzeugen der heutigen Zeit verwendet werden würde, würde er ohne Zweifel schon durch die normalen Drehbewegungen abgebrochen werden, ohne daß eine große Axialkraft aufgebracht werden müßte, wie sie bei einer Frontalkollision auftritt. Die in der zweitgenannten Patentschrift offenbarte ausbrechbare Wellenanordnung ist unnötig kompliziert in ihrem Aufbau und erfordert eine unnötig große Anzahl von Teilen.

Die Erfindung schafft somit eine neue ausbrechbare Lenkanordnung, die so konstruiert ist, daß ein großes Drehmoment normalerweise zwischen dem Lenk­ rad und dem Lenkgetriebe übertragen werden kann, ohne daß die Gefahr be­ steht, daß der Ausbrechmechanismus in Tätigkeit tritt, wenn nicht eine Frontalkollision mit ausreichender Wucht auftritt, um genügend Axialkraft zu erzeugen, die den Ausbrechmechanismus zur Betätigung veranlaßt. Der er­ findungsgemäße Ausbrechmechanismus benötigt eine minimale Anzahl von Teilen.

Der wesentliche erfinderische Gedanke ergibt sich aus dem Patentanspruch 1.

Der Ablenkmechanismus ist vorzugsweise eine Rampe, die sich unter einem spitzen Winkel von der umhüllenden Wand in den Kanal hinein erstreckt. Das zweite Glied ist vorzugsweise eine massive Welle, die normalerweise mit axialem Abstand gegenüber der Rampe angeordnet ist. Das der Rampe zugekehrte Ende der Welle ist in einer Richtung derart abgewinkelt, daß, wenn eine brechbare Verbindung, beispielsweise ein Scherstift, durch die Wucht einer Frontalkollision zerbrochen wird, die Welle innerhalb des Kanals gleitet oder sich verschiebt und in Eingriff mit der Rampe kommt, worauf die Welle längs der Rampe gleitet und dann aus dem Kanal heraustritt.

Die Welle ist innerhalb des Rohres gehalten und auch mit dem Rohr ausge­ richtet gehalten durch ein Verstärkungsband sowie durch Ausrichtlaschen. Das Verstärkungsband trägt zusätzlich zur Drehmomentübertragungfähigkeit bei, indem es die Wände des Rohres daran hindert, sich unter Torsionsbela­ stung aufzuweiten.

Auf der Welle kann ein Vorsprung vorgesehen sein, der zum Aufbrechen des Bandes ausgebildet ist. Bei einer Kollision versagt der Scherstift bei einer vorbestimmten Belastung und gestattet es der Welle, innerhalb des Rohres zu gleiten zu beginnen. Das abgewinkelte Ende der Welle kommt dann in Berührung mit der Rampe des Rohres und beginnt, die Welle aus dem Rohr herauszutreiben. Diese Bewegung setzt das Verstärkungsband unter Spannung, bis es durch den Vorsprung auf der Welle zerbrochen wird, und veranlaßt auch die Ausrichtlaschen, sich aufzuweiten, wodurch es der Welle gestattet wird, das Rohr zu verlassen.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der fol­ genden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand der Zeichnung.

Fig. 1 ist eine Seitenansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer ausbrechbaren Lenkanordnung;,

Fig. 2 ist eine bruchstücksweise Draufsicht auf die Lenkanordnung;

Fig. 3 ist eine Schnittansicht nach der Linie 3-3 von Fig. 1 in Richtung der Pfeile;

Fig. 4 ist eine Schnittansicht nach der Linie 4-4 von Fig. 1 in Richtung der Pfeile;

Fig. 5 ist eine Schnittansicht nach der Linie 5-5 von Fig. 1 in Rich­ tung der Pfeile;

Fig. 6 ist eine bruchstücksweise Seitenansicht der Lenkanordnung von Fig. 1 und zeigt die Teile, nachdem der Scherstift gebrochen und das Ende der Welle in Berührung mit der Rampe gelangt ist;

Fig. 7 ist eine Ansicht ähnlich der Fig. 6 und zeigt die Stellung der Teile, nachdem das Ende der Welle sich als Ergebnis des Gleitens des Endes der Welle längs der Rampe verschwenkt hat und der Vor­ sprung an der Welle das Verstärkungsband zerbrochen hat;

Fig. 8 ist eine Ansicht ähnlich der Fig. 6 und der Fig. 7 und zeigt die Stellung der Teile, nachdem die Welle bis zu einem Punkt ver­ schwenkt ist, an dem die Welle im wesentlichen vollständig von dem Rohr weggebrochen ist.

Wie insbesondere die Fig. 1 zeigt, kann ein Joch 10 mit einer (nicht darge­ stellten) Lenkwelle verbunden sein. Ein Joch 12 kann mit einem (nicht dar­ gestellten) Lenkgetriebe verbunden sein. Ein einziges Rohr 14 erstreckt sich axial von einem Flansch 16 des Jochs 12. Das Rohr 14 ist hohl und hat eine sich axial erstreckende Wand 18 von im allgemeinen O-förmigem Quer­ schnitt und erstreckt sich von dem Flansch 16 des Jochs 12 her. Ein Kanal 20 (Fig. 2) erstreckt sich axial von der Wand 18 zu dem axialen Ende des Rohrs 14.

Eine massive Welle 22 ist mit dem Flansch 24 des Jochs 10 verbunden. Die Welle 22 erstreckt sich axial in den Kanal 20 des Rohrs 14; Wie deutlich aus den Fig. 3, 4 und 5 zu sehen ist, ist der Kanal 2 a durch Wände gebildet, die eine Struktur von allgemein U-förmigem Querschnitt bilden und die Seiten­ wände 24 und 26 und eine Bodenwand 28 aufweisen; Die Seiten 30 und 32 der massiven Welle 22 stehen in enger Berührung mit den inneren Oberflächen der Seitenwände 24 und 26 des Kanals. Auch die Bodenfläche 34 der massiven Welle 22 steht in enger Berührung mit der Oberfläche der Bodenwand 28 des Kanals.

Ein Ablenkmechanismus in der Form einer Rampe 36 erstreckt sich unter einem spitzen Winkel von der Wand 18 des Rohrs 14 in den Kanal 20. Der Durchmesser der Wand 18 des Rohrs 14 ist größer als der Durchmesser desjenigen Teils des Kanals 20, der normalerweise die Welle 22 aufnimmt. Während des norma­ len Betriebs der ausbrechbaren Lenkanordnung ist ein abgewinkeltes Ende 38 der Welle 22 axial mit Abstand gegenüber der Rampe 36 angeordnet. Der Win­ kel des Endes 38 der Welle 22 ist ein spitzer Winkel und verläuft in einer Richtung derart, daß bei Berührung des Endes 38 der Welle 22 mit der Rampe 36 die Welle 22 beginnt, sich gegenüber dem Rohr 14 nach außen zu bewegen.

Ein einstückig an dem Rohr 14 ausgebildetes Band 40 verbindet die Wände 24 und 26 des Kanals 20 miteinander. Das Band 40 ist axial mit einem vorbe­ stimmten Abstand gegenüber der Rampe 36 angeordnet. Falls erwünscht, kann mehr als ein einstückig ausgebildetes Band 40 verwendet werden.

Einstückig mit dem Rohr 14 ausgebildete Laschen 42 und 44 erstrecken sich nach innen von der Oberseite der Wände 24 und 26 des U-förmigen Querschnitts. Die inneren Oberflächen 46 und 48 (Fig. 5) der zur Ausrichtung dienenden Laschen 42 und 44 stehen in Berührung mit einem kleinen Abschnitt an der Oberseite 50 der Welle 22. Die Ausrichtungslaschen 42 und 44 sind so kon­ struiert, daß sie sich radial nach außen biegen, wenn eine vorbestimmte Kraft durch die Welle 22 auf die Laschen 42 und 44 ausgeübt wird. Die La­ schen 42 und 44 sind an dem Rohr 14 benachbart dem axial offenen Ende des Rohrs angeordnet und weisen in axialer Richtung einen vorbestimmten Abstand von dem einstückig ausgebildeten Band 40 auf.

Die Welle 22 erstreckt sich normalerweise in das axial offene Ende des Kanals 20 und durch die Ausrichtlaschen 42 und 44 und durch das Verstär­ kungsband 40 hindurch. Das axiale Ende 38 der Welle 22, das der Rampe 36 gegenüberliegt, ist normalerweise mit axialem Abstand von der Rampe ange­ ordnet, wie Fig. 1 zeigt.

Die Welle 22 hat einen Vorsprung 52, der normalerweise in axialer Richtung zwischen dem Band 40 und den Ausrichtlaschen 42 und 44 angeordnet und von diesen durch vorbestimmte Abstände getrennt ist. Wie die Fig. 1, 2 und 4 zeigen, hat der Vorsprung 52 ein Paar von sich axial erstreckenden scharfen, gekrümmten Oberflächen 54 und 56.

Ein brechbares Glied, beispielsweise ein Scherstift 58, ist, axial gesehen, normalerweise zwischen dem Vorsprung 52 auf der Welle 22 und den Ausricht­ laschen 42 und 44 an dem Rohr 14 angeordnet. Der Scherstift 58 erstreckt sich durch die Wand 24 des Kanals 20, durch die Welle 22 und durch die andere Wand 26 des Kanals 20. Der Scherstift 58 sichert das Rohr 14 und die Welle 22 gegeneinander, so daß das Rohr 14 und die Welle 22 unter normalen Betriebsbedingungen als Einheit funktionieren. Bei einer Kollision versagt jedoch der Scherstift 58 bei einer vorbestimmten Axialkraft.

Während des normalen Fahrbetriebs funktionieren das Joch 12, das Rohr 14, die Welle 22 und das Joch 10 als eine einzige Einheit von bestimmter fester Länge, und sie sind durch den Scherstift 58 zusammengehalten. Das Verstärkungsband 40 und die Ausrichtlaschen 42 und 44 tragen dazu bei, die Welle 22 in dem Rohr 14 mit der richtigen Ausrichtung zu halten. Das Ver­ stärkungsband 40 trägt auch zu der Fähigkeit der Drehmomentübertragung bei, indem es verhindert, daß sich die Wände 24, 26 des Rohrs 14 unter Tensions­ last aufspreizen.

Bei einer Kollision versagt der Scherstift 58 bei einer vorbestimmten Be­ lastung, so daß das Rohr 14 veranlaßt wird, sich axial zu bewegen, wie in Fig. 6 gezeigt, bis die Rampe 36 das abgewinkelte Ende 38 der Welle 22 be­ rührt und die scharfen Oberflächen 54 und 56 des Vorsprungs 52 das Metall­ band 40 berühren. Die Bewegung des Endes 38 der Welle 22 längs der Rampe 36 beginnt, die Welle 22 aus dem Rohr 14 herauszutreiben. Diese Bewegung setzt das Metallband 40 unter Spannung, wie in Fig. 7 gezeigt, bis es durch den Vorsprung 52 zerbrochen wird, und sie veranlaßt auch die Ausrichtlaschen 42 und 44, sich aufzubiegen, wodurch es der Welle 22 gestattet wird, das Rohr 14 zu verlassen.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Joch 10 sehr dicht an dem axial offenen Ende des Rohrs 14 angeordnet, um Raum zu sparen. Um eine ausreichende Schwenkbewegung der Welle 22 bei einer Kollision zu ermögli­ chen, ist es daher nötig, ein abgewinkeltes Ende 60 vorzusehen, wie Fig. 8 zeigt, das durch die radiale Oberfläche des Flanschs 24 berührt wird, wenn die Welle 22 sich verschwenkt.

Claims (5)

1. Ausbrechbare Lenkanordnung, gekennzeichnet durch ein erstes Glied (14), das eine sich axial erstreckende Wand (18) hat, die einen umschlossenen hohlen Abschnitt bildet, und das einen Kanal (20) hat, der durch Wände (24, 26) gebildet ist, die sich axial von dem umschlossenen Abschnitt bis zu einem axialen Ende des ersten Glieds (14) erstrecken;
ein zweites Glied (22) innerhalb des Kanals (2 a); eine brechbare Verbin­ dung zwischen dem zweiten Glied (22) und den Wänden (24, 26) des Kanals (20), die so ausgebildet ist, daß sie normalerweise das erste Glied (14) und das zweite Glied (22) zur Betätigung als Einheit miteinander verbin­ det; ein Ablenkmechanismus (36), der mit der umhüllenden Wand (18) des ersten Glieds (14) verbunden ist und sich in den Kanal (20) erstreckt, wobei der Ablenkmechanismus (36) so ausgebildet ist, daß er das zweite Glied (22) gegenüber dem Kanal (20) nach außen bewegt, wenn die brechbare Verbindung gebrochen wird.

2. Lenkanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Glied eine Welle (22) ist, daß der Ablenkmechanismus eine Rampe (36) ist, die sich unter einem spitzen Winkel von der umhüllenden Wand (18) her erstreckt, daß das axiale Ende (38) der Welle (22) normalerweise mit axialem Abstand gegenüber der Rampe (36) und in einer Richtung derart abgewinkelt ist, daß, wenn die brechbare Verbindung gebrochen wird, die Welle (22) innerhalb des Kanals (20) in Eingriff mit der Rampe (36), dann längs der Rampe (36) aufwärts und aus dem Kanal (20) heraus gleitet.

3. Lenkanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine einstückig ausgebildete Ausrichtlasche (42, 44) sich nach innen von der Oberseite jeder Seitenwand (24, 26) des Kanals (20) und in Berührung mit dem zweiten Glied (22) erstreckt und so angeordnet ist, daß sie normaler­ weise das zweite Glied (22) innerhalb des Kanals (20) und mit dem Kanal (20) ausgerichtet hält, wobei die Laschen (42, 44) derart ausge­ bildet sind, daß sie sich ausbiegen, wenn das zweite Glied (22) eine vorbestimmte Kraft gegen die Laschen (42, 44) ausübt, wenn das zweite Glied (22) durch den Ablenkmechanismus (36) nach dem Brechen der brechbaren Verbindung nach außen bewegt wird.

4. Lenkanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein ein­ stückig ausgebildetes Band (40) vorgesehen ist, das die Oberseiten der Seitenwände (24, 26) des Kanals (20) miteinander verbindet, und daß ein Vorsprung (52) an dem zweiten Glied (22) vorgesehen ist, der nor­ malerweise mit axialem Abstand gegenüber dem Band (40) angeordnet ist und derart ausgebildet ist, daß er das Band (40) bricht, wenn das zweite Glied (22) durch den Ablenkmechanismus (36) nach außen bewegt wird, nachdem die brechbare Verbindung gebrochen ist.

5. Ausbrechbare Lenkanordnung, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:.

• - ein einziges Rohr (14), das einen sich axial erstreckenden Abschnitt (18) mit einem im wesentlichen O-förmigen Querschnitt hat und das einen sich axial erstreckenden Abschnitt (20) von im wesentlichen U-förmigem Querschnitt hat, der einstückig mit dem im wesentlichen O-förmigen Abschnitt verbunden ist;
• - das Rohr (14) hat eine Rampe (36), die sich unter einem spitzen Winkel von der Wand des im wesentlichen O-förmigen Abschnitts (18) in den im wesentlichen U-förmigen Teil (20) hinein erstreckt;
• - ein einstückiges Band (40) ist mit axialem Abstand gegenüber der Rampe (36) angeordnet und verbindet die Wände (24, 26) des U-förmi­ gen Abschnitts (20) des Rohrs (14);
• - eine einstückige Ausrichtlasche (42, 44) erstreckt sich nach innen von der aberseite jeder Wand (24, 26) des U-förmigen Querschnitts (20), wobei die Ausrichtlaschen (42, 44) benachbart dem offenen axialen Ende des Rohrs (14) und mit axialem Abstand von dem Band (40) angeordnet sind;
• - eine einzige Welle (22) erstreckt sich in das axial offene Ende des U-förmigen Abschnitts (20) des Rohrs (14) hinein und durch die Aus­ richtlaschen (42, 44) und das Band (40) hindurch, wobei das der Rampe (36) zugekehrte axiale Ende der Welle (22) normalerweise mit axialem Abstand gegenüber der Rampe (36) angeordnet und in einer Richtung derart abgewinkelt (38) ist, daß bei Berührung des abge­ winkelten Endes (38) der Welle (22) mit der Rampe (36) sich die Welle (22) gegenüber dem Rohr (14) nach außen bewegt;
• - ein Vorsprung (52) auf der Welle (22) ist normalerweise mit Abstand zwischen dem Band (40) und den Ausrichtlaschen (42, 44) angeordnet, wobei der Vorsprung (52) sich axial erstreckende scharfe Oberflächen (54, 56) hat, die zum Brechen des Bandes (40) ausgebildet sind;
• - ein Scherstift (58) ist normalerweise - in axialer Richtung gesehen - zwischen dem Vorsprung (52) an der Welle (22) und den Ausrichtlaschen (42, 44) an dem Rohr (14) angeordnet, wobei sich der Scherstift (58) durch eine Wand (24) des U-förmigen Abschnitts (20) des Rohrs (14), durch die Welle (22) und durch die andere Wand (26) des U-förmigen Abschnitts (20) des Rohrs (14) hindurch erstreckt,
• - wodurch normalerweise das Rohr (14) und die Welle (22) als Einheit wirken, wobei aber bei einer Kollision der Scherstift (58) bei einer vorbestimmten Axialkraft versagt, die Welle (22) weiter in das Rohr (14) hineingleitet, das abgewinkelte Ende (38) der Welle (22) sich längs der Rampe (36) bewegt, der Vorsprung (52) an der Welle (22) das Band (40) aufbricht, die Ausrichtlaschen (42, 44) sich aufbiegen und die Welle (22) das Rohr (14) verläßt.