DE3803401C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitslenksäule für Fahrzeuge gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

In der DE-OS 16 55 587 ist eine Sicherheitseinrichtung bekannt­ geworden, durch die bei einem Frontalaufprall das Lenkrad mit­ tels eines über eine Umlenkvorrichtung geführten Seiles aus dem möglichen Kopfaufschlagbereich in Richtung des Armaturenbrettes weggezogen wird. Dieses System zeigt auch die Fig. 1 der DE-OS 33 37 232.

Aus Versuchen mit Dummies und den gemessenen HIC-Werten schließt man, daß der harte Aufprall des Kopfes in einem Unfall auf das starre Lenkrad die Verletzungsschwere ungünstig beeinflußt. Des­ halb sind auch die obengenannten Sicherheitseinrichtungen und das aufblasbare Luftkissen (Airbag) im Lenkrad in den Markt einge­ führt worden.

Aus der US-PS 37 91 233 ist bereits eine Sicherheitslenksäule für Fahrzeuge bekannt, die aus zwei zusammenschiebbaren Lenksäu­ lenteilen mit einer beschleunigungssensitiven Sensor- und Entrie­ gelungseinrichtung besteht und die die Unfallfolgen eines Auf­ pralls des Kopfes auf das Lenkrad mindert.

Ein ungünstiges Verletzungskriterium ergibt sich aber nicht nur aus dem Kopfaufprall allein. Auch die übermäßige Kopfrotation (Kinn schlägt gegen die Brust) mit der möglichen Überdehnung der Halswirbelsäule kann für einen angegurteten Insassen im Unfall unangenehme Folgen haben. Hier entsteht ein Interessenskonflikt. Was ist ungünstiger: Ein Kopfaufprall auf ein starres Lenkrad oder eine übermäßige Kopfrotation, wenn das Lenkrad vor dem Kopf­ aufprall durch die geschilderte Sicherheitseinrichtung weggezo­ gen wird?

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, im Gegensatz zu dem enormen Aufwand, der für einen Airbag oder ein wegziehbares Lenk­ rad erforderlich ist, mit einfachen Mitteln eine gattungsgemäße Sicherheits­ lenksäule zu schaffen, die zwar einen Kopfaufprall zuläßt, den Kopf aber weich und gedämpft ohne schwerwiegende Aufprallver­ letzungen abfängt und einer übermäßigen Überdehnung der Halswir­ belsäule dadurch entgegenwirkt.

Diese Aufgabe wird mit dem kennzeichnenden Merkmal des Anspruchs 1 gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Entriegelungsfähigkeit einer zweigeteilten Lenksäule ermöglicht das Wegtauchen des Lenkrades in Richtung des Armaturenbrettes. Dies bedeutet zunächst einmal für den praktischen Betrieb, daß mit einfachen, kostengünstigen und kleinvolumig bauenden Mitteln das gleiche Ergebnis erzielt wird, wie mit dem wegziehbaren Lenkrad auch. Denn Kopf und Lenkrad werden sich mit gleicher Geschwindigkeit nach vorne bewegen. Die erfindungsgemäße Sicherheitseinrichtung hat aber darüber hinaus den Vorteil, daß sie mit Mitteln, z. B. Federn und Dämpfern, versehen werden kann, die den Wegtauchvorgang des Lenkrades gezielt verzögert, um die Kopfvorverlagerung definiert abzubremsen.

Die nachzuweisenden Sicherheitstests mit Dummies haben den Nachteil, daß heute nur ganz bestimmte Sicherheitskriterien nachgewiesen werden müssen. So z. B. der HIC-Wert, der unter 1000 liegen muß und der sehr maßgeblich davon abhängt, ob ein Aufprall des Kopfes auf das Lenkrad stattfindet oder nicht. Insofern wurde diesem Sicherheitskriterium seitens der Automobilingenieure in der Vergangenheit sehr viel Aufmerksamkeit geschenkt.

Es gibt auch noch andere, heute bereits bekannte biomechanische Belastungsgrenzen, die aber noch keiner Nachweispflicht unterliegen. Ein solches Kriterium stellt mit Sicherheit der Nickwinkel des Kopfes dar, der im Grenzfall zu einer nachteiligen Überdehnung der Halswirbelsäule führen kann. Diese Grenze α max. vorwärts wird bei 80° bis 100° vermutet.

Es kann nicht die Rede von einer ausgewogenen inneren Fahrzeugsicherheit sein, wenn ein ganz bestimmtes Sicherheitskriterium durch immer weiter verbesserte Techniken nahezu als gelöst betrachtet werden kann, andererseits aber ein anderes, im gleichen Zusammenhang bestehendes Sicherheitskriterium weniger Beachtung findet. So testet man mit den eingangs geschildertern Mitteln bereits HIC-Werte um 200 (Soll: unter 1000), beachtet aber noch zu wenig die Bedeutung eines übermäßigen Kopfrotationswinkels, wie er bei starken Unfällen mit niedrigdehnenden Gurtbändern auftreten kann.

Hier setzt die Überlegung ein, die weitere technische Entwicklung zu einer noch weiteren Reduzierung des HIC-Wertes einzustellen und Entwicklungen einzuleiten, die z. B. der Begrenzung der Kopfrotation dienen und somit umfassendere Sicherheitsperspektiven ermöglichen.

Ein ganz wichtiger Aspekt in diesem Zusammenhang ist die Tatsache, daß allen Insassen im Unfall nur Sicherheitseinrichtungen zugute kommen, die einfach und kostengünstig genug sind, um sie bei allen Fahrzeugherstellern als Serienstand einführen zu können. Teure Sonderausstattungen (z. B. Airbag und wegziehbares Lenkrad) erreichen nur wenige Autofahrer.

Die vorliegende, erfindungsgemäße Lösung stellt eine kostengünstige und ausgewogene Sicherheitseinrichtung dar, die für eine standardisierte Serienausstattung in allen Fahrzeugen geeignet ist. Es ist sicherlich sinnvoller, einen leichten, definiert ablaufenden Kopfaufprall auf das Lenkrad zuzulassen, der u. U. eine Beule hinterläßt und im Test einen HIC-Wert von ca. 500 erzeugt, dabei aber zusätzlich eine übermäßige Kopfrotation zu verhindern hilft. Weitere kostenintensive Entwicklungen in den alten Gleisen in Richtung von HIC-Werten um 100 machen wohl keinen Sinn. Die Berücksichtigung möglichst vieler Sicherheitsaspekte durch möglichst einfache bauliche Vorrichtungen ist sinnvoller. Dies ist die Aufgabenstellung der vorliegenden Erfindung.

Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt eine geteilte, zusammenschiebbare Lenksäule, die von einer beschleunigungs­ sensitiv entriegelbaren Sperrkugelkupplung in der Gebrauchsstellung gehalten wird.

Die Lenksäule ist nahezu waagerecht eingebaut, wie der Fahrtrichtungspfeil v zeigt. Dementsprechend wirkt der größte Teil der Massenkräfte in einem Frontalaufprall auch in Richtung der Lenksäulenachse 12.

Der obere Teil der Lenksäule 1a mit dem Lenkrad 2 und dem Pralltopf 3 ist axial verschiebbar in der unteren Lenksäule 1b gelagert. Über Sperrkugeln 5 sind beide Lenksäulen 1a und 1b zueinander unverschiebbar und unverdrehbar gekuppelt. Sie befinden sich in dieser Sperrstellung in Bohrungen 8 und 9 der beiden Lenksäulenabschnitte 1a und 1b.

Der Anschlag entgegen der Fahrtrichtung und der exakte Sperrkugelsitz wird über eine Mittelachse 13, Anschlag 14 und Mutter 15 bewerkstelligt. Dieser mechanische Aufbau gewährleistet auch die Repetierbarkeit nach einer erfolgten Entriegelung.

Im Aktivierungsfall, wenn also bei einem Frontalstoß eine vorgegebene Verzögerungsschwelle überschritten wird, reagiert die beschleunigungs­ sensitive Kupplung 4. Sie besteht aus einer ringförmigen, axial verschiebbar angeordneten Sensormasse 7, die sich beim Aufprall gegen die Kraft der Sensorfedern 6 nach vorne bewegt. Dabei gelangt ein Freiraum 17 über die Sperrkugeln, was der Entriegelungsstellung entspricht. Die schrägen Wandungen der Bohrungen 9 in der oberen Lenksäule 1a drücken die Sperrkugeln 5 nach außen, so daß die beiden Lenksäulen 1a und 1b axial gegeneinander verschiebbar sind. Die obere Lenksäule 1a wird entweder aufgrund der eigenen Massenträgheit um den Betrag 1 in die untere Lenksäule 1b eintauchen, oder aber sie wird durch den Insassen, der ja das Lenkrad 2 in Händen hält, eingeschoben.

Soll eine Verdrehung der beiden Lenksäulenabschnitte 1a und 1b gegeneinander vermieden werden, bieten sich Feder-Nut-Lösungen an, mit denen bei axialer Verschiebbarkeit Drehmomente übertragen werden können.

Der Einschubweg 1 findet gegen die Kraft einer Druckfeder 10 statt, die dem Lenkrad einen definierten Eintauchwiderstand verleiht. In einer weiterentwickelten Version kann auch ein (oder mehrere) Dämpfer 11 zum Einsatz gelangen, über den eine definierte Energieabsorption möglich ist. Beide Maßnahmen sind dazu geeignet, bei einem möglichen Kopfaufprall den Kopf weich abzufangen und einer übermäßigen Kopfrotation mit einer Überdehnung der Halswirbelsäule entgegenzuwirken.

Auch in den Fällen, in denen kein Kopfaufprall erfolgt, stellt die erfindungsgemäße Lösung eine wertvolle Verbesserung der inneren Sicherheit im Fahrzeug dar. Das Wegtauchen des Lenkrades aus dem Gefahrenbereich erfolgt mit einfachsten Mitteln und ermöglicht somit eine kostengünstige Bauausführung, die von allen Fahrzeugherstellern als Standardserienausstattung eingebaut werden kann. Somit kommt der sicherheitstechnische Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung jedem Autofahrer zugute, da keine teure Sonderausstattung erforderlich wird.

Die aufpralldämpfende Wirkung für den Kopf des Insassen kann noch dadurch gesteigert werden, indem mit der Entriegelung der Lenksäule 1a auch der Pralltopf 3 entriegelt und in den Fahrgastraum verfahren wird. Mit Federn und/oder Dämpfern ausgestattet kann so der Abbremsweg für den Kopf noch weiter verlängert und dadurch noch sanfter gehalten werden.

Claims (6)

1. Sicherheitslenksäule für Fahrzeuge, die aus zwei zusammen­ schiebbaren Lenksäulenteilen mit einer Beschleunigungssensi­ tiven Sensor- und Entriegelungseinrichtung besteht, dadurch gekennzeichnet, daß sich das obere Lenksäulenteil (1a) nach seiner Entriege­ lung ab etwa der zweiten Hälfte des Verschiebeweges (1/2) durch die Aktivierung von Dämpfern (11) energieabsorbierend nach vorne schiebt.

2. Sicherheitslenksäulenach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß mit der Entriegelung der Lenksäule (1a) ein feder­ vorgespannter Pralltopf (3) entriegelt und um einen Betrag (a) in den Fahrgastraum verfahren wird, der eine zusätzli­ che, aufpralldämpfende Wirkung für den Kopf des Insassen im Unfall bildet.

3. Sicherheitslenksäule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß konzentrisch zur Lenksäule (1a) eine beschleunigungs­ sensitiv ansprechende Kupplung (4) angeordnet ist, die aus einer ringförmigen Sensormasse (7) und Sensorfedern (6) be­ steht.

4. Sicherheitslenksäule nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Kupplung (4) aus konzentrisch zur Lenksäule (1a) angeordneten Sperrkugeln (5) besteht, die in entsprechenden Bohrungen (8, 9) der Lenksäulenabschnitte (1a, 1b) gelagert sind und im Aktivierungsfall in Freiräume (17) der ringförmi­ gen Sensormasse (7) gedrängt werden.

5. Sicherheitslenksäule nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lenksäule (1a, 1b) und die Kupplung (4) eine einheitliche, für sich allein montierbare Baugruppe bil­ den.

6. Sicherheitslenksäule nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (4) reversibel ausgelegt ist.