DE69018757T2

DE69018757T2 - Stange mit erhöhtem Knickvermögen und Anwendung derselben, insbesondere in Kraftfahrzeug-Lenkungen.

Info

Publication number: DE69018757T2
Application number: DE69018757T
Authority: DE
Inventors: Laurent Fevre; Bernard Haldric; Luis Teixeira
Original assignee: Nacam SA
Current assignee: Robert Bosch Automotive Steering Vendome SAS
Priority date: 1989-10-12
Filing date: 1990-10-03
Publication date: 1995-08-24
Anticipated expiration: 2010-10-04
Also published as: EP0422992A1; FR2653190A1; AU642911B2; ES2071796T3; EP0422992B1; FR2653190B1; DE69018757D1; AU6399890A; US5141248A; JPH03209008A

Description

Die Erfindung betrifft Stangen mit einem besonderen Trägheitsmoment (Dimensionsstabilität) und insbesondere Stangen, die zumindest lokal ein bestimmtes Trägheitsmoment bzw. eine bestimmte Dimensionsstabilität haben, wodurch ihr Knickvermögen verstärkt wird. Außerdem bezieht sich die Erfindung auf derartige Stangen, die insbesondere zur Herstellung von Lenksäulen von Kraftfahrzeugen geeignet sind.
Wenn eine Stange in axialer Richtung komprimiert wird, so kann sie unter der Belastung radial ausgelenkt werden, sobald der Kompressionsdruck einen bestimmten Grenzwert übersteigt, d.h. die Stange wird geknickt. Wenn eine derartige Stange homogen ist und einen konstanten Querschnitt hat, so nimmt die Stange unter der Kompressionsbelastung im wesentlichen die Form eines Sinusbogens ein.
Üblicherweise soll ein Ausknicken der Stange vermieden werden. Es gibt aber Anwendungsgebiete, bei denen das Knickvermögen derartiger Stangen ganz im Gegenteil verstärkt werden soll.
Beispielsweise stößt eine Stange mit erhöhtem Knickvennögen auf fühlbares industriell es Interesse, wenn die Stange als Teil einer Lenksäule eines Kraftfahrzeugs eingesetzt wird, nämlich um die Sicherheit des Fahrzeugs zu erhöhen, wenn auf das Fahrzeug ein verhältnismäßig heftiger Stoß mit einer wesentlichen axialen Komponente ausgeübt wird (z. B. Auffahrunfall). In dieser Situation wird die Verformung des Vorderteils des Fahrzeugs und eventuell auch das Zurückweichen des Motorblocks auf die Lenksäule übertragen, deren Welle mit dem Lenkrad in die Fahrgastzelle eindringen wollen, wobei sie sich dem Fahrer annähern. Gleichzeitig wird auf den Fahrer ein Stoß ausgeübt, der den Fahrer in umgekehrter Richtung nach vorne zu werfen sucht. Ohne besondere Vorsichtsmaßnahmen kann der Fahrer dadurch also verletzt werden, und zwar auch wenn er über einen Sicherheitsgurt an seinem Sitz angeschnallt ist. Dies beruht darauf, daß die Lenksäule in die Fahrgastzelle eindringen kann und dann auf den Brustkorb und/oder auf den Bauch des Fahrers trifft. Aus diesem Grunde gibt es zur Sicherheit der betreffenden Personen behördliche Vorschriften und Normen.
Um einen Fahrer gegen derartige Gefahren zu schützen, sind schon Sicherheits-Lenksäulen vorgeschlagen worden. Diese bestehen üblicherweise aus mehreren Teilstücken, die über Kardangelenke miteinander verbunden sind. Sie haben besondere Sicherheitseinrichtungen, die so konstruiert sind, daß bei einem vorbestimmten Auffahrunfall die Eindringtiefe des Lenkrads in die Fahrgastzelle begrenzt wird, und/oder daß das Lenkrad mit Stoßabsorbern versehen ist.
Es wurden schon verschiedene Sicherheitsvorrichtungen vorgeschlagen. Alle diese Vorrichtungen beruhen darauf, daß die Ausgangslänge der Lenksäule sich bei einem Aufprall verringert, sofern die axialen Kräfte bei dem Aufprall eine vorbestimmte Grenze überschreiten. Diese Vorrichtungen benutzen beispielsweise irreversible mechanische Verf ormungen oder auch ein Gleiten unter Widerstand, wie dies beispielsweise durch Teleskopelemente oder durch komprimierbare Elemente erreicht werden kann, beispielsweise durch Spiralfedern, und insbesondere durch eine Kupplungslösung.
Der wesentliche Punkt einer derartigen Sicherheitsvorrichtung besteht darin, daß der Versatz des Lenkgehäuses zwischen der Lenksäule und der Lenkwelle nicht auf das Lenkrad übertragen wird, und daß ggf s. die Energie absorbiert wird, wodurch der globale Energieverzehr beim Aufprall unterstützt wird.
Beispiele für diesen Stand der Technik sind beispielsweise dargestellt in den US-Patentschriften 2.114.663, 3.373.965, 3.396.599, 3.468.182, 3.771.379 und 3.803.938 und auch im französischen Patent 2.095.674. Dieses französische Patent zeigt eine Stange mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Patentanspruch 1.
Bei derartigen Sicherheitsvorrichtungen, die auf dem Einsatz von Reibung und/oder von Verformungen beruhen, ist es notwendig, eine gewisse Schwelle zu überschreiten, oberhalb derer die Vorrichtung wirksam wird. Diese Schwelle wird beispielsweise durch einen Stift bestimmt, der durch ein Abscheren zunächst abgebrochen werden muß, so daß für den weiteren Verlauf eine geringere Kraft ausreicht. Eine derartige Lösung benutzt häufig verhältnismäßig viele Bauelemente und einige dieser Bauelemente bestehen insgesamt oder teilweise aus Kunststoffen, die aber temperaturempfindlich sind und die auch Momenten (Drehmomenten) unterliegen, die in den Lastenheften nicht vorgesehen sind. Man muß also hierbei eine sehr große Anzahl von Parametern beherrschen, um die Wiederholbarkeit beim Funktionieren einer derartigen Vorrichtung garantieren zu können. Die Verwendung sehr vieler und mit engen Parametern herzustellender Bauteile erhöht aber die Herstellungskosten und auch die Montagekosten ganz erheblich.
Die deutsche Patentschrift 2.212.713 beschreibt eine Sicherheitsvorrichtung, die ein rohrförmiges Teilstück hat, das zahlreiche Abplattungen hat, wodurch sich eine Entwicklung des rohrförmigen Teilstücks ergibt, wodurch dieses ein bestimmtes Knickvermögen erhält.
Die Aufgaben der vorliegenden Erfindung bestehen darin, eine Stange vorzuschlagen, die vorzugsweise als Monoblock ausgebildet ist und die eine besondere Geometrie hat, so daß gleichzeitig sowohl die Übertragung eines erhöhten Moments wie auch eine fühlbare Verformung in Längsrichtung möglich sind, wobei eine derartige Stange insbesondere für die Lenksäulen von Kraftfahrzeugen eingesetzt werden kann.
Bei einer erfindungsgemäßen Stange beginnt das Ausknicken, sobald die Stange einer axialen Kompressionskraft unterworfen ist, die einen bestimmten Wert überschreitet. Anschließend verformt sich die Stange weiter, und zwar bei fühlbar verringerter Kompressionskraft.
Gegenstand der Erfindung ist eine Stange mit erhöhtem Knickvermögen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Stange zwischen ihren Enden einen Zwischenbereich aufweist, dessen Querschnitt eine Kontur hat, die in etwa einem Fadenknäuel, einem Schmetterlingsknoten oder dem mathematischen Symbol für "unendlich" entspricht, die zwei seitliche Flügel hat, die über ein Mittelteil miteinander verbunden sind, die in ein Rechteck eingeschrieben werden kann, dessen Länge zumindest gleich dem doppelten der Breite des Rechtecks ist, und wobei das Verhältnis der Trägheitsmodule relativ zum Zentrum bzw. zur großen Achse des Rechtecks wenigstens gleich vier ist.
Der Erfindung liegt auch die Aufgabe zugrunde, eine derartige Stange als Bauelement der Lenksäule eines Kraftfahrzeugs vorzuschlagen.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beispielsbeschreibung und auch aus den angehefteten Zeichnungen, die aber lediglich als Beispiele zu betrachten sind. Es zeigt:
Figur 1 eine Ansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Stange als Teil einer Lenksäule eines Kraftfahrzeugs, und zwar im Normalzustand vor dem Ausknicken;
Figur 2 die Stange nach Figur 1 in einer Position, die sie nach einer Verformung einnimmt, die auf einer fühlbaren axialen Kompression beruht, die das Ausknicken der Stange veranlaßt;
Figur 3 einen Querschnitt durch den Mittelbereich einer derartigen erfindungsgemäßen Stange, wobei Einzelheiten des Querschnitts dargestellt sind;
Figur 4 ein Diagramm, wodurch das Verhalten eines Teilstücks der Lenksäule mit einer erf indungsgemäßen Stange dargestellt worden ist, und zwar auf der Abszisse sind die Werte beim Verkürzen der Ausgangslänge der Stange aufgetragen und auf der Ordinate die axialen Kompressionskräfte, die das Knicken und Verformen der Stange hervorrufen;
Figur 5 ein Diagramm, wobei das theoretische Verhalten dargestellt ist, dem eine andere Ausführungsform eines Teilstücks einer Lenksäule unterliegt, die den Sicherheitsanforderungen genügt, wobei als Abszisse die Werte beim Verkürzen der Ausgangslänge der Stange aufgetragen sind und als 0rdinate die Werte der axialen Kompressionskräfte, die das Knicken und die Verformung der Stange hervorrufen;
Figur 6 ein Diagramm entsprechend Figur 5, wobei aber das tatsächliche Verhalten einer erf indungsgemäßen Stange wiedergegeben wird, die als Teilstück einer Lenksäule nach der Erfindung verwendet wird;
Figur 7 eine andere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Stange, wobei Figur 7A eine Teil-Ansicht dieser Stange zeigt, Figur 7B eine Teil-Ansicht entsprechend Figur 1 und Figur 7C verschiedene Querschnitte dieser Stange zeigt, nämlich die Querschnitte I - V, die den entsprechend nummerierten Schnitten in den Figuren 7A bzw. 7B entsprechen;
Figur 8A, 8H und 8C zeigen Schnitte entsprechend den Figuren 7A, 7B bzw. 7C bei einer abermals abgeänderten Ausführungsform;
Figur 9A und 9H sind vergrößerte Schnitte entsprechend Figur 7C Ibzw. Figur BC I;
Figur 10 und 11 sind schematische Schnitte von Werkzeugen, mit deren Hilfe die erfindungsgemäßen Stangen hergestellt werden können.
Die Herstellung von Stangen und Lenksäulen für Kraftfahrzeuge ist an sich bekannt, so daß im folgenden diejenigen Merkmale nicht im einzelnen erläutert werden, die nicht direkt oder indirekt mit der vorliegenden Erfindung zu tun haben. Der Fachmann kann darüber hinaus die ihm bekannten Lösungen der betreffenden Probleme finden.
In den Zeichnungen werden dieselben Bezugsziffern für einander entsprechende Teile verwendet.
Im folgenden wird im einzelnen eine erfindungsgemäße Stange näher beschrieben, und zwar als Teil einer Lenksäule eines Kraftfahrzeugs. Die Erfindung ist auf dieses Anwendungsgebiet aber keinesfalls beschränkt, bei dem eine erfindungsgemäße Stange eingesetzt wird, die durch ein erhöhtes Knickvermögen gekennzeichnet ist.
Eine Lenksäule eines Kraftfahrzeugs hat üblicherweise unter anderem ein Lenkrad in der Fahrgastzelle und ein Lenkgehäuse im Vorderbau des Fahrzeugs. Diese beiden Teile sind miteinander über eine Welle verbunden, die häufig aus mehreren Teilstücken besteht. Diese Teilstücke werden üblicherweise durch Kardanverbindungen miteinander verbunden. Eines dieser Teilstücke besteht aus einer erf indungsgemäßen Stange 10, die an ihren beiden Enden 11 jeweils eine Kardanverbindung 20 trägt. Diese Kardanverbindungen 20 haben in herkömmlicher Art und Weise eine Nabe 21, Klemmbacken 22 und ein Kreuzstück 23, das die Klemmbacken verbindet. Dies ist bekannt und ist nicht Teil der Erfindung.
Die zylindrische Stange 10 hat eine Längsachse Δ (Delta) mit einem Radius R oder mit einem Durchmesser D. Eine derartige Stange hat eine Ausgangslänge L&sub0; (vgl. Figur 1) und eine Länge L, nachdem sie geknickt worden ist (vgl. Figur 2).
Zwischen den Enden 11 hat eine derartige Stange 10 einen Zwischenbereich 12. Insbesondere Figur 3 zeigt, daß dieser Zwischenbereich einen rechtwinkeligen Querschnitt 120 hat, der in ein Rechteck eingeschrieben werden kann, dessen große Achse mit X-X bezeichnet ist und dessen kleine Achse mit Y-Y. Diese beiden Achsen schneiden sich in der Mitte 0. Insbesondere Figur 3 zeigt, daß dieser Querschnitt 120 von einer Kontur 121 begrenzt wird, die eine besondere Konfiguration hat, nämlich in etwa in Gestalt eines Garnknäuels, eines Schmetterlingsknotens oder auch in Form des mathematischen Symbols für "unendlich". Dieser Querschnitt hat zwei seitliche Flügel 122, die miteinander über ein Mittelteil 123 verbunden sind. Die Kontur des Querschnitts 120 hat vorzugsweise ein Symmetriezentrum, das mit dem Zentrum 0 des Rechtecks zusammenfällt, in das die Kontur eingeschrieben werden kann.
Erfindungsgemäß ist der Querschnitt derart gewählt, daß seine Konfiguration in Gestalt eines Wollknäuels, eines Schmetterlingsknotens oder auch in Gestalt des Symbols für "unendlich" in ein Rechteck eingeschrieben ist, dessen Länge zumindest gleich dem Doppelten der Breite des Rechtecks ist, wobei das Verhältnis der Trägheitsmodule relativ zur Mitte 0 und relativ zur großen Achse X-X des Rechtecks wenigstens gleich vier ist. Vorzugsweise begrenzt diese Kontur eine Fläche, von der wenigstens 80 % sich zwischen den Diagonalen und den Breitseiten des Rechtecks befinden. Dies ist in Figur 3 durch die Schraffur angedeutet.
Man trifft die Anordnung nun derart, daß der größere Teil dieser Fläche, die von der Kontur 121 begrenzt wird, sich in den Seitenflügeln 122 befindet. Der Rest der Fläche ist im Mittelteil 123 vorgesehen, das auf das allergeringste reduziert wird, was noch notwendig ist, um die Stange herstellen zu können. Im Prinzip sollte der Mittelteil 123 nur aus dem Zentrum O bestehen, wenn dieses materiell möglich wäre.
Bei einer besonderen Ausführungsform (vgl. Figur 1 und 2) ist der Mittelteil 12 um einen bestimmten Wert d in Bezug auf die Längsachse Delta verschoben. Der Mittelteil ist beispielsweise gebogen und bildet also einen Bogen 125 aus, der die Form eines Omega oder einer Lyra hat, die an ihren beiden Enden durch eine Abbiegung oder einen Knick 126 miteinander verbunden sind, und zwar in Richtung auf die Enden 12 der Stange hin. Es ist klar, daß diese Konfiguration in Gestalt eines Omega oder einer Lyra nicht beschränkend aufzufassen ist, und daß vielmehr auch andere Formen verwendet werden können. Die Amplitude der gebogenen Mittelzone 12, gemessen zwischen den Abbiegungen 126, ist gleich a und ist um den Abstand d axial versetzt, gemessen zwischen der Achse Delta und der Position der neutralen Faser am oberen Punkt des Bogens 125, wie dies insbesondere in Figur 1 gezeigt ist.
Um die Fähigkeit der Stange zu charakterisieren, ein bedeutendes Moment zu übertragen, wobei die Stange gleichzeitig unter einer axialen Belastung leicht nachgibt, wird die folgende Gleichung benutzt:
K = (I&sub0;/r)/(IXX/v),
wobei bedeutet:
I&sub0; das polare Trägheitsmoment in Bezug auf die Mitte O,
IXX das Trägheitsmoment in Bezug auf die Achse X-X,
r den Abstand des am weitestens entfernten Punktes vom Zentrum O,
v den von der Achse X-X am weitestens entfernten Punkt,
I&sub0;/r das polare Trägheitsmodul des Mittellpunkts O,
IXX/v den Trägheitsmodul in Bezug auf die Achse X-X.
Üblicherweise haben runde Stangen ein derartiges Verhältnis, das gleich zwei ist, weil folgendes gilt:
I&sub0; - D&sup4;/32, IXX = D&sup4;/64 und r = v = D/2,
wobei mit einer erfindungsgemäßen Stange es möglich ist, einen Wert in der Größenordnung von vier zu erhalten, und wobei dieser Wert aber auch zehn erreichen oder sogar überschreiten kann.
Um ein Verhältnis in der Größenordnung von 10 oder 12 zu erreichen, schreibt man den Querschnitt 120 des Mittelteils 12 in ein Rechteck ein, dessen Länge etwa das Vierfache seiner Breite beträgt.
Der Querschnitt verläuft zwischen den Diagonalen und den Breiten des Rechtecks. Aus Herstellungsgründen erhält der Mittelteil des Querschnitts eine minimale Dicke größer als null. Um die Herstellung zu erleichtern und auch um die Größe der Stange in Umfangsrichtung zu verringern, können beispielsweise die äußeren Rippen vorzugsweise der Zwischenzone abgefast werden. Vgl. beispielsweise Figur 7C. Dies kann auch auf andere Art und Weise erfolgen, ohne daß materialabhebend gearbeitet wird. Dieses Verkürzen der Rippen, beispielsweise durch das Abfasen, andert die Ausgangsbreite des Rechtecks, in das der Querschnitt eingeschrieben ist, im Bereich des Mittelteils geringfügig, diese Abänderung hat aber in der Praxis nur geringe Auswirkungen.
Um einen Wert dieses Verhältnisses oder Quotienten zu erhalten, der größer als 10 ist und der sogar den Wert zwölf erreichen kann, wird der Querschnitt 120 des Mittelteils 12 gedanklich in ein Rechteck eingeschrieben, dessen Länge wenigstens das Vierfache der Breite des Rechtecks ist, wobei der Mittelteil 123 beispielsweise ein Konfiguration in etwa in Form eines länglichen Rechtecks erhält, das sich in derselben Richtung erstreckt, wie das Rechteck, in das der Querschnitt eingeschrieben ist. Es wird bevorzugt, wenn die Länge des länglichen Rechtecks des Mittelteils etwa in der Größenordnung des Dreifachen dieser Breite liegt, und wenn die Seitenflügel 122 sich an die Länge des länglichen Rechtecks des Mittelteils 123 anschließen, und zwar mit einer Neigung in der Größenordnung von etwa 150. Bei dieser Ausführungsform ist die Länge des Rechtecks, in das der Querschnitt 120 eingeschrieben ist, in der Größenordnung des Fünffachen der eigentlichen Länge des länglichen Rechtecks des Mittelteils 123. Vgl. Figur 9A.
Es ist klar, daß die Konfiguration des Mittelteils auch eine andere Geometrie einnehmen kann. Beispielsweise können die großen Seiten, wie dies Figur 3 zeigt, nach innen gebogen verlaufen und ihre Konkavheit weist nach außen, oder die Spitzen O der schraffierten Dreiecke dieser Figur 3 können sich durchdringen, und zwar durch Translation der Dreiecke aufeinander zu in Richtung der Achse X-X, so daß ein Mittelteil in Form eines Rhombus oder in etwa eines Rhombus erhalten wird.
Durch geeignete Wahl der Größe d (axialer Versatz) kann die notwendige Kraft bestimmt werden, um das Knicken der Stange auszulösen.
Es wurde schon darauf hingewiesen, daß bei einer erfindungsgemäßen Stange das Ausknicken ausgelöst wird, wenn die Stange einer axialen Kompressionskraft ausgesetzt wird, die größer ist als ein bestimmter Wert FS und dieser Wert hängt nur von dem Trägheitsmodul des Mittelteils 12 und vom axialen Versatz d ab. Wenn einmal die Schwelle FS überschritten ist, so nimmt die Kraft, die die Verf ormung der Stange bewirkt, sehr schnell über den gesamten Teil b ab (b = L&sub0; - L), und zwar über den Verlauf der Auslenkung. Vgl. Figur 4, 5 und 6. Dieser Wert b ist eine alleinige Funktion von der Amplitude a des gebogenen Zwischenbereichs 12. Die Auswahl dieses Abstandes a ermöglicht es also, das Verhalten konstruktiv zu beeinflussen und einzustellen. Beim Ausknicken berühren sich schließlich die beiden Abbiegungen 126 und die Ausgangsamplitude a wird gleich null, wie dies in Figur 2 gezeigt ist.
Die Kraft, um die Stange 10 zu verkürzen, nimmt also zu und erreicht einen Wert Ft, der kleiner ist als FS, der nur von der Trägheit der Querschnitte der Abbiegungen 126 der Enden 11 der Stange 10 abhängt und vom verbleibenden Abstand d&sub1;, um den die beiden Enden 11 der Stange 10 von den Abbiegungen 126 getrennt sind. Vgl. Figur 5 und 6. Der Abstand d&sub1; hängt also nur von der Amplitude a ab, vom axialen Versatz d und von der Ausgangslänge L&sub0; der Stange. Man stellt sofort fest, daß d&sub1; gleich ist wie (L-a)/2 . cos α, mit α = arctg a/2d. Der volständige Wert des Verlaufs des Verkürzens wird erhalten, wenn die beiden Enden 11 sich berühren, d.h. wenn der Wert L sein Minumum annimmt.
Es ergibt sich also, daß bei einer bestimmten Ausgangslänge L&sub0; der Stange zu jedem Quadrupel der Werte FS, Ft, a und L&sub0; eine einzige Kompressionskurve gehört.
Im folgenden werden die Figuren 7 und 8 näher erläutert, in denen andere Ausführungsformen der Erfindung gezeigt sind.
Insbesondere die Figuren 7B oder 8B zeigen, daß bei diesen Ausführungsformen grundsätzlich die vorstehend erläuterten Prinzipien verwendet wurden, wie dies sich insbesondere aus Figur 1 ergibt. Bei einer aufmerksamen Betrachtung der Figuren 7A oder 8A wird aber deutlich, daß der Zwischenbereich 12 um einen Winkel β gekippt ist. Der Winkel β wird in Bezug auf die Längsachse Delta bestimmt.
Durch ein derartiges Kippen des Zwischenbereichs 12 bei einer erfindungsgemäßen Stange kann ein Verformungsdiagramm beim Ausknicken erhalten werden, das, verglichen mit der Ausführungsform nach Figur 1, fühlbar verlängert ist. Am Ende der Verf ormung kommen die Abbiegungen oder Knicke 126 nicht mehr aufeinander, so daß in bestimmten Fällen die Klemmbacken der Kardanverbindungen 20 nicht mehr zusammenkommen. Die Amplitude der Verformung kann also größer sein als die Ausgangslänge L&sub0; der Stange, wenn die Enden 11 sich gewissermaßen kreuzen.
Um eine derartige erf indungsgemäße Stange zu erhalten, verleiht man dem Zwischenbereich 12 einen sich entwickelnden Querschnitt. Die Figuren 7C und 8C zeigen, daß dieser Querschnitt progressiv von der Kontur 121, etwa in Form eines Wollknäuels, eines Schmetterlingsknotens oder des Symbols für "undendlich", zum Profil der Stange sich entwickelt. Dies zeigen deutlich die Ansichten A, B und C in den Figuren 7 und 8.
Die Figuren 9A und 9B erläutern Details von abgeänderten Ausführungsformen. Diese Ansichten zeigen rechtwinkelige Querschnitte entsprechend den Querschnitten I in den Figuren 7C und 8C.
Die Herstellung einer erfindungsgemäßen Stange erfolgt beispielsweise und vorzugsweise durch plastische Verformung in einem einzigen Arbeitsschritt, wodurch eine gute Reproduzierbarkeit erreicht wird, und auch eine gute Stabilität der Kompressionskurve über die Lebensdauer.
Zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Stange verwendet man beispielsweise ein Werkzeug 30 mit einem Stempel 31 und mit einer Matrize 32, die jeweils Hohlräume aufweisen und ein Relief entsprechend insbesondere dem Profil der Kontur 121 des rechtwinkeligen Querschnitts 120 des herzustellenden Zwischenbereichs 12.
Das Werkzeug zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Stange ermöglicht es, ein Profil in Form einer Lyra oder eines Omega zu erhalten, wobei der gewünschte Querschnitt 120 in einem einzigen Arbeitsgang erhalten wird. Die Besonderheit besteht in der Tatsache, daß die Verlängerung der betreffenden Stange zum Formen des Omega oder der Lyra durch die Verengung des kreisförmigen Ausgangsquerschnitts erreicht wird. Lediglich der Querschnitt 120, dessen Abstand d (und seine ggfs. vorgesehene Neigung, die weiter unten noch näher erläutert wird), sind charakteristisch für die vorliegende Erfindung, wie auch ggfs. die Querschnitte der Abbiegungen 126. Der Bogen 125, der ein Kreisbogen sein kann, kann auch ein anderes Profil haben, beispielsweise ein V-Profil oder ein U-Profil, wobei diese Profile in der Zeichnung umgekehrt angeordnet werden müssen. Diese Profile können mehr oder weniger verbreitert sein, mehr oder weniger tief sein oder auch größere oder kleinere Winkel haben. Dies hängt von der Herstellung ab.
Ein solches Werkzeug ist beispielsweise in Figur 10 gezeigt. Wenn man eine Stange mit dem Durchmesser D verwendet, so ist die Länge des Werkzeugs, mit dem der gebogene Zwischenbereich 12 hergestellt werden kann, in der Größenordnung des Siebenfachen dieses Durchmessers. Der Bogen 125 entwickelt sich etwa aus einem Viertel Kreis, verlängert durch einen geraden Teil an jeder Seite etwa gleich der Hälfte dieses Durchmessers, bevor er durch die Abbiegungen 126 fortgesetzt wird, die eine Fläche an einer konkaven Seite haben, die in Bezug auf die Achse Δ in einem Winkel von etwa 150 geneigt ist. Dies ergibt sich deutlich aus Figur 10.
Figur 11 zeigt eine andere Ausführungsform eines derartigen Werkzeugs.
Es können auch andere Werkzeuge und/oder andere Techniken zur Herstellung der erf indungsgemäßen Stangen verwendet werden.
Ggfs. setzt man auch lokale thermische Behandlungen ein, beispielsweise für den Zwischenbereich, wodurch die relativen Eigenschaften beim Biegen/bei der Torsion der erfindungsgemäßen Stange entsprechend eingestellt werden können.
Es können auch komplexere Verformungsdiagramme erhalten werden, wenn ein Querschnitt 120 verwendet wird, der nicht symmetrisch ist mit unterschiedlichen Querschnitten für die Abbiegungen 126, zentriert oder nicht zentriert.
Die erfindungsgemäßen Stangen können aus metallischem Vollmaterial hergestellt werden.
Es ist somit deutlich, daß erf indungsgemäß eine Stange vorgeschlagen wird, die eine besondere Konfiguration hat. Praktisch in einem einzigen Arbeitsgang ist es möglich, ein Element zu erhalten, dessen Eigenschaften für die Übertragung eines Drehmoments und für das Ausknicken unter einer axialen Kompression leicht beherrschbar sind, ohne daß man viele und komplexe Einzelteile verwenden muß, deren Eigenschaften schwer zu beherrschen sind und auch deren Montage schwierig ist.

Claims

1. Stange aus Vollmaterial, deren Querschnitt der Stange ein erhöhtes Knickvermögen mitteilt,

dadurch gekennzeichnet,

- daß die Stange zwischen ihren Enden (11) einen Zwischenbereich (12) aufweist,

- daß der Zwischenbereich (12) in Form einer Lyra oder eines Omega gebogen ist und einen mittigen Bogen (125) ausbildet, an den sich in Richtung auf die Enden (11) der Stange Abbiegungen (126) anschließen,

- daß der Querschnitt (120) des Vollmaterials des Zwischenbereichs (l2) eine Kontur (121) hat, die etwa einem Fadenknäuel, einem Schmetterlingsknoten oder dem mathematischen Symbol für "unendlich" entspricht und zwei seitliche Flügel (122) hat, die über ein Mittelteil (123) miteinander verbunden sind, wobei der Querschnitt in ein Rechteck eingeschrieben werden kann, dessen Länge wenigstens gleich seiner doppelten Breite ist, wobei das Verhältnis der Trägheitsmodule relativ zum Zentrum (O) bzw. zur großen Achse (X-X) des Rechtecks wenigstens gleich vier ist, und

- daß der Zwischenbereich (12) in Bezug auf die Längsachse (delta) der Stange um einen bestimmten Wert (d) verschoben ist.

2. Stange nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontur (121) eine Oberfläche begrenzt, deren größerer Teil von den seitlichen Flügeln (122) gebildet wird, wobei der Mittelteil (123) auf das für die Herstellung allernotwendigste reduziert ist.

3. Stange nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontur (121) eine Fläche begrenzt, von der wenigstens etwa 80% zwischen den Diagonalen des Rechtecks und den Breitseiten des Rechtecks enthalten sind.

4. Stange nach einem der Patentansprüche 1 - 3,

dadurch gekennzeichnet,

- daß das Rechteck eine Länge hat, die etwa das Vierfache der Breite des Rechtecks beträgt, und daß der Mittelteil (123) etwa die Gestalt eines länglichen Rechtecks hat, das sich in der gleichen Richtung erstreckt wie dasjenige Rechteck, in welches der Querschnitt (120) eingeschrieben ist, wobei dessen eigentliche Länge etwa das Dreifache von dessen eigentlicher Breite beträgt und wobei die Länge des Rechtecks, in das der Querschnitt (120) eingeschrieben ist, etwa das Fünffache desjenigen Betrags des länglichen Rechtecks dieses Mittelteils (123) beträgt, derart, daß das Verhältnis der Trägheitsmodule größer ist als zehn.

5. Stange nach einem der Patentansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt (120) ein Symmetriezentrum hat, das mit demjenigen (O) des Rechtecks zusammenfällt, in das der Querschnitt eingeschrieben ist.

6. Stange nach einem der Patentansprüche 1- 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenbereich (12) um einen bestimmten Winkel (beta) in Bezug auf die Längsachse (delta) gekippt ist.

7. Stange nach einem der Patentansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt (120) des Zwischenbereichs (12) eine Kontur (121) hat, die etwa einem Fadenknäuel, einem Schmetterlingsknoten oder dem mathematischen Symbon für "unendlich" entspricht und von dieser Kontur etwa in diejenige Kontur übergeht, die die Enden (11) haben, wenn man die Entwicklung der Querschnitte vom Zwischenbereich (12) zu den Enden (11) betrachtet.

8. Stange nach einem der Patentansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Kanten des Zwischenbereichs (12) abgefast sind.

9. Stange nach einem der Patentansprüche 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie durch plastische Verformung einer Metall stange erhalten worden ist.

10. Stange nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie einer örtlichen thermischen Behandlung unterworfen worden ist, um ihre Eigenschaften in Bezug auf die Biegung/Torsion entsprechend anzupassen.

11. Verwendung einer Stange nach einem der Patentansprüche 1 - 10 zur Herstellung einer Lenksäule eines Kraftfahrzeugs, deren Welle die Stange ausbildet.