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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Lenksäule,
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zum Einbau an einem
Fahrzeug, um mögliche Verletzungen des Fahrers im Fall des
Aufpralls während eines Unfalls zu verhindern oder
mindestens zu begrenzen.
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Es sind zusammenschiebbare Lenksäulen bekannt, die in
Fahrzeugen für den Fall eines Aufpralls verwendet werden, der
sich aus einem Unfall ergibt. Die Sicherheitsbestimmungen
fordern insbesondere, daß die Belastungen, die während
eines Testzusammenstoßes bei einer Geschwindigkeit von 24,1
km/h durch die Lenksäule auf einen den Körper des Fahrers
nachbildenden Dummy übertragen werden, einen vorgegebenen
Wert nicht überschreiten sollten. Um diesen
Sicherheitsbestimmungen zu entsprechen, gibt es verschiedene bekannte
Systeme von Lenksäulen, die sich im Fall eines
Zusammenstoßes zusammenschieben können, die außerdem die Fähigkeit
aufweisen, mindestens einen Teil der Energie zu
absorbieren, die durch die Wirkung der plötzlichen Dämpfung der
kinetischen Energie des Fahrzeugs während des Zusammenstoßes
entwickelt wird, abgesehen davon, daß sie ein
Ineinanderschieben der Lenksäule gestatten, um einen Aufprall des
Körpers des Fahrers zu vermeiden oder mindestens zu
begrenzen, der während des Zusammenstoßes nach vorn in Richtung
des Lenkrads geschoben wird. Diese Fähigkeiten werden im
allgemeinen durch das Einsetzen von einem oder mehreren
nachgiebigen Elementen im inneren Aufbau der Lenksäule
erreicht, die während des Zusammenstoßes eine plastische
Verformung erfahren. Ein weiteres System besteht in einer
Konstruktion der Lenksäule, die es gestattet, daß die
Lenksäule,
an der das Lenkrad befestigt ist, im Fall eines
Zusammenstoßes mechanisch aus dem Lenkgehäuse freigegeben
wird.
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Die beschriebenen Systeme sind nicht ohne Nachteile.
Insbesondere sind Systeme mit mechanischer Freigabe komplex und
nicht fähig, große Energiemengen zu absorbieren, während
die auf nachgiebigen Elementen aufgebauten Systeme zur Zeit
nur für ein axiales Zusammenschieben der Säule sorgen.
Insbesondere wird während des Zusammenstoßes auch eine Drehung
der Lenksäule mit einer Verschiebung in Richtung der
Oberseite des Lenkrads erzeugt.
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Lenksäule mit
einfachem Aufbau herzustellen, die fähig ist, sich axial
zusammenzuschieben und im Fall eines Zusammenstoßes Energie
zu absorbieren, wobei jegliche Verschiebung in Richtung der
Oberseite des Lenkrads so weit wie möglich begrenzt wird.
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Diese Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst, die sich auf
eine Lenksäule mit einem zusammenschiebbaren
Energieabsorptionssystem bezieht, mit einer Lenkritzelwelle, die
drehfest und starr mit einem Lenkrad verbunden ist, einer
Säule, in der sich die Lenkritzelwelle drehen läßt, und
einer Konsole, die zum Abstützen dieser Säule am
Fahrgestell eines Fahrzeugs befestigt werden kann, die dadurch
gekennzeichnet ist, daß die Säule von der Konsole derart
gehalten ist, daß sie in einer Richtung parallel zur Achse
der Lenkritzelwelle verschiebbar ist mittels einer
Gleitbuchse und mindestens zwei Stiften, die in jeweils einer
seitlich an der Konsole vorgesehenen Schlitzöffnung
verschiebbar sind, wobei die Stifte mit lösbaren
Festlegemitteln zusammenwirken, die jeweils durch elastische Elemente
gebildet sind.
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Zum besseren Verständnis der Erfindung wird eine nicht
einschränkende Beschreibung eines Ausführungsbeispiels mit
Bezug auf die angefügte Zeichnung gegeben, in der die
perspektivische Ansicht einer Lenksäule mit einem
zusammenschiebbaren Energieabsorptionssystem dargestellt ist, das
nach der Erfindung realisiert wurde und als Baueinheit mit
dem Bezugszeichen 1 bezeichnet ist.
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Die Säule 1 kann in einem Fahrzeug jedes bekannten Typs
eingebaut werden, das der Einfachheit halber nicht
dargestellt ist, und weist auf: eine Lenkritzelwelle 2, die mit
einem Lenkrad 3 drehfest und starr verbunden ist, das zum
denken des Fahrzeugs vom Fahrer gehalten und gedreht wird,
eine Säule 4, innerhalb der die Lenkritzelwelle 2 drehbar
gelagert ist, und eine durch ein bekanntes Verfahren am
Fahrgestell des Fahrzeugs befestigbare Konsole 5, die der
Einfachheit halber nicht dargestellt ist, und von der die
Säule 4 mit der betreffenden Welle 2 gehalten ist, wobei
die Säule 1 schließlich auch eine zweite Lenkritzelwelle 6
eines bekannten Typs mit einem teleskopischen Aufbau
enthält, der es ermöglicht, daß sie axial auseinandergezogen
und zusammengedrückt werden kann, und die an der Welle 2
mittels eines Universalgelenks 8 (oder eines Typs, der zur
Übertragung der Drehbewegung zwischen sich kreuzenden
Achsen geeignet ist) befestigt werden kann, und am
gegenüberliegenden Ende auf bekannte Art und Weise, die der
Einfachheit halber nicht dargestellt ist, an einem Lenkgehäuse
eines bekannten Typs befestigt werden kann, das der
Einfachheit halber auch nicht veranschaulicht ist.
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Die Säule 4, die die Welle 2 in Form einer im wesentlichen
zylindrischen Hülse koaxial umgibt, wird von der Konsole 5
derart gehalten, daß sich diese Säule in eine Richtung
parallel zur Drehachse der Welle 2 und symmetrisch zu ihr
mittels einer Gleitbuchse 9 und durch zwei Stifte 10
verschieben kann (nach einer möglichen Variante, die nicht
veranschaulicht ist, können es mehr als zwei Stifte 10
sein), die durch Verschiebemittel in Eingriff mit
jeweiligen Schlitzöffnungen 11 stehen, die in der Konsole 5
seitlich vorgesehen sind. In der dargestellten Figur ist aus
Gründen der Perspektive nur einer der Stifte 10 und nur
eine der jeweiligen Schlitzöffnungen 11 sichtbar. Der Stift
10 und die Schlitzöffnung 11, die gegenüberliegen und nicht
sichtbar sind, sind trotzdem zu den sichtbaren symmetrisch,
und deshalb bezieht sich die folgende Beschreibung auch auf
sie.
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Nach der Erfindung wirken die Stifte 10 mit lösbaren
Festlegemitteln 12 zusammen, die durch jeweilige elastische
Elemente gebildet sind, im vorgegebenen Ausführungsbeispiel
mit jeweiligen Anschlußenden 12, die durch eine Feder 13
verspannt sind, die die Stifte 10 so hält, daß sie an den
jeweiligen abgerundeten oberen Enden 16 der
Schlitzöffnungen 11 senkrecht in Richtung des Lenkrads 3 anliegen, wobei
diese Enden durch eine Strichlinie veranschaulicht sind, da
die Konsole 5 teilweise im Schnitt dargestellt ist und das
Ende 16 am verdeckten Teil angeordnet ist. Diese Enden 16
sind symmetrisch zu den jeweiligen gegenüberliegenden
unteren abgerundeten Enden 17 der Schlitzöffnungen 11 in
Richtung der Welle 6. Die Feder 13 ist auf einem Querstift 18
aufgesetzt, der im Bereich der Schlitzöffnungen 11 in zwei
jeweiligen vorstehenden Lappen 19 gehalten ist, die über
der Konsole 5 und einstückig mit ihr vorgesehen sind. Ein
Fortsatz 20 der Feder 13 ist außerdem mittels einer
Schraube 21 mit der Konsole 5 einstückig befestigt.
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Die Schlitzöffnungen 11 sind geradlinig und in den
jeweiligen Seitenwänden 25 der Konsole 5 parallel zur Achse der
Lenkritzelwelle 2 vorgesehen, die am Lenkrad 3 auf bekannte
Art und Weise befestigt ist, zum Beispiel durch eine
bekannte Befestigung 26, die durch eine Schraubenmutter 27
gesichert ist. Nach der Erfindung wirken die Stifte 10 in
den Schlitzöffnungen 11 mittels der jeweiligen konischen
Abschnitte 31 zusammen, die unter Druck in sie eingesetzt
und vorzugsweise mit einem Werkstoff, zum Beispiel Nylon,
überzogen sind, der geeignet ist, während der
Relativbewegungen der Stifte 10 in den Schlitzöffnungen 11 etwas
Reibung zu bewirken. Insbesondere sind die Stifte 10 seitlich
von der Säule 4 vorstehend gehalten, indem sie in
gegenüberliegende Seiten eines Befestigungsblocks 32
eingeschraubt sind, der von außen und einstückig an dieser Säule
4 gehalten ist, wobei sich deren konische Abschnitte 31 in
Richtung des Blocks 32 verjüngen und zwischen diesem und
den jeweiligen Köpfen 33 der Stifte 10 angeordnet sind, die
mit Eingriffsmitteln für ein Werkzeug versehen sind, in
diesem Ausführungsbeispiel mit dem Schlitz 34 für einen
Schraubenzieher.
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Die Stifte 10 sind von der Außenseite der Konsole 5 durch
die Schlitzöffnungen 11 in den Block 32 eingeschraubt.
Deshalb liegen die konischen Abschnitte 31 mit einem
vorgegebenen Druck gegen eine jeweilige Umfangskante 35 jeder
Schlitzöffnung 11 an der Außenseite der Konsole 5 derart
an, daß die Stifte 10 in den Schlitzöffnungen 11 mit einem
vorgegebenen Reibungswiderstand verschiebbar sind, der vom
Berührungsdruck zwischen den konischen Abschnitten 31 und
den Kanten 35 der Schlitzöffnungen 11 abhängig ist, der
durch Festziehen/Lockern der Stifte im Block 32 erzielt
wird.
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Im Bereich ihres vorderen Endes 40 ist die Säule 4 mit
Stiften 10 versehen, während diese mit ihrem hinteren Ende
41, das gegenüber vom Bezugszeichen 40 liegt, in einer
Gleitbuchse 9 geführt ist, die vorzugsweise als
zylindrische Muffe gebildet ist, die aus Nylon oder Gummi besteht,
und in einen rohrförmigen Sitz 43 eingesetzt ist, der durch
eine hintere Wand 44 der Konsole 5 verläuft, die dem
Lenkrad 3 zugewandt ist .
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Bei Gebrauch wird die Säule 4 in der veranschaulichten
Stellung gehalten, bei der die Stifte 10 durch die Feder 13
an die Arretierungen anstoßen, die durch die oberen Enden
16 der Schlitzöffnungen 11 gebildet sind. In dieser
Stellung bewirkt der Nutzer durch Drehen des Lenkrads 3, daß
sich die Welle 2 dreht, wobei diese Drehung, die ein Lenken
des Fahrzeugs ermöglicht, auf die Welle 6 und folglich auf
das Lenkgehäuse übertragen wird. Bei einem Zusammenstoß
bewirkt die Trägheitskraft und die mechanische Schubkraft,
die beim Zusammenstoß erzeugt wird und direkt auf die Welle
6 und/oder die Konsole 5 (als Folge des Zusammendrückens
der Karosserie des Fahrzeugs) und/oder auf das Lenkrad 3
(als Folge, daß der Fahrer darauf auf schlägt) wirkt,
Belastungen, die dazu neigen, eine Relativbewegung zwischen der
Säule 4, die einstückig mit der darin eingeschlossenen
Welle 2 bleibt, und der Konsole 5 zu erzeugen, Belastungen,
die durch die Feder 13 entspannt werden.
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Wenn die Federkonstante der Feder 13 einmal überschritten
ist, ist der entgegenwirkende elastische Widerstand
folglich nicht groß genug, um die Stifte 10 an den Enden 16 so
zu halten, daß sie anliegen, und deshalb lösen sich die
Stifte 10 aus der Befestigung 12 (Stifte 10 "springen" aus
der Befestigung 12, was bewirkt, daß sich diese nach oben
biegt) und sich in Richtung der Enden 17 bewegen. Deshalb
gibt es eine relative Verschiebebewegung der konischen
Abschnitte 31 der Stifte 10 in den Schlitzöffnungen 11 und
eine gleichzeitige relative Verschiebebewegung der Säule 4
in der Gleitbuchse 9. Diese relativen Verschiebebewegungen
entwickeln aufgrund der vorangehenden Beschreibung in der
Gleitbuchse 9 und den Abschnitten 31 etwas
Reibungswiderstand, der einen Teil der sich in Wärme umwandelnden
Energie absorbiert, die beim Zusammenstoß als eine Folge des
plötzlichen Verlustes von kinetischer Energie entwickelt
wird. Während der beschriebenen relativen
Verschiebebewegungen
bewegt sich die Welle 2 zusammen mit der Säule 4,
und die Verschiebung der Welle 2 wird durch das
Ausdehnen/Zusammenziehen der Teleskopwelle 6 kompensiert, die
daran befestigt ist.
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Die mit der Erfindung verbundenen Vorteile werden aus
dieser Beschreibung offensichtlich. Einerseits ist die
Säulenanordnung einfach und kostengünstig zu bauen und stellt
sicher, daß sich die Säule nur in axialer Richtung
zusammenschiebt und somit verhindert wird, daß sich das Lenkrad 3
während des Zusammenstoßes nach oben bewegt. Andererseits
wird ohne Verwendung von sich plastisch verformenden
Werkstoffen die Absorption eines Teils der Energie erreicht,
die als Folge des Zusammenstoßes bei einem Unfall des
Fahrzeugs entwickelt wird, was somit den Fahrer mindestens
teilweise schützt.
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Es ist hervorzuheben, daß die Größe der absorbierten
Energie in dem beschriebenen System mit erheblicher Genauigkeit
gemessen werden kann, da sie ausschließlich von der
Größenordnung der Reibungskräfte abhängt, die zwischen den
relativ bewegten Teilen während des Zusammenschiebens der Säule
entwickelt wird. Diese Reibungskräfte sind von dem Moment
abhängig, mit dem die Stifte 10 im Block 32 befestigt sind
(von dem der Berührungsdruck zwischen den konischen
Abschnitten 31 der Stifte 10 und den Kanten 35 der
Schlitzöffnungen 11 abhängig ist), und von der Präzision, mit der
die Säule 4 in der Gleitbuchse 9 befestigt ist (durch
Auswahl von geeigneten Bearbeitungstoleranzen kann man
tatsächlich eine Befestigung mit sehr geringem Spiel oder
sogar mit einem leichten Festsitz zwischen der Gleitbuchse
9 und der Säule 4 erzielen) und natürlich von den
Werkstoffen, aus denen die in Berührung befindlichen Elemente
gebaut sind, und können folglich vom Konstrukteur nach den
Erfordernissen vorgegeben werden.