WO2004085227A1 - Lenksäulenanordnung für ein kraftfahrzeug mit energieabsorptionselement - Google Patents

Lenksäulenanordnung für ein kraftfahrzeug mit energieabsorptionselement Download PDF

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WO2004085227A1
WO2004085227A1 PCT/EP2004/001463 EP2004001463W WO2004085227A1 WO 2004085227 A1 WO2004085227 A1 WO 2004085227A1 EP 2004001463 W EP2004001463 W EP 2004001463W WO 2004085227 A1 WO2004085227 A1 WO 2004085227A1
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WO
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steering column
bracket
cylinder
energy absorption
rotation
Prior art date
Application number
PCT/EP2004/001463
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English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Garzke
Wolfgang Schuliers
Original Assignee
Daimlerchrysler Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Daimlerchrysler Ag filed Critical Daimlerchrysler Ag
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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D1/00—Steering controls, i.e. means for initiating a change of direction of the vehicle
    • B62D1/02—Steering controls, i.e. means for initiating a change of direction of the vehicle vehicle-mounted
    • B62D1/16—Steering columns
    • B62D1/18—Steering columns yieldable or adjustable, e.g. tiltable
    • B62D1/19—Steering columns yieldable or adjustable, e.g. tiltable incorporating energy-absorbing arrangements, e.g. by being yieldable or collapsible
    • B62D1/192—Yieldable or collapsible columns

Definitions

  • the invention relates to a steering column arrangement according to the preamble of patent claim 1.
  • Such a steering column arrangement is known for example from EP 0 662 414 AI.
  • This steering column arrangement comprises a telescopic jacket tube, a steering spindle which is rotatable and concentrically arranged on the inside for this purpose, and an energy absorption element.
  • the known energy absorption element consists of a wire which is wound at one end around a shaping element and is attached to a securing element at the other end. In the event of an impact, the forming element moves away from the securing element and thus creates a tension in the wire. This tension causes the wire to unwind, deforming the wire and creating resistance. Impact energy is absorbed.
  • the present invention has for its object to provide a steering column assembly for a motor vehicle of the type mentioned, which increases safety for the vehicle occupants.
  • the steering column arrangement according to the invention is characterized by a crash element.
  • This crash element has at least two forming elements and an energy absorption element.
  • the energy absorption element moves relative to the two shaping elements and is deformed in the process.
  • the Crash element according to the invention absorbs impact energy through deformation work.
  • a change in the position of one forming element relative to the other forming element changes the respective wrap angle of the energy absorption element on the forming elements.
  • the degree of deformation of the energy absorption element is adjustable.
  • the position of the shaping element is changed on an arc around the other shaping element.
  • the forming element If the distance between the forming elements remains constant during the change in position, the forming element describes a circular path, with an eccentric bearing it describes an arc.
  • the degree of energy absorption can therefore be adapted particularly easily to anatomical and dynamic driving conditions, such as body size and body weight of the vehicle occupants, and an impact can be dampened as best as possible.
  • one end of the energy absorption element and the shaping elements are arranged on two parts of the steering column which are movable relative to one another in the event of an impact.
  • the energy absorption element moves in the event of an accident and the steering column is shortened relative to the shaping element and is deformed in the process.
  • the jacket tube can be attached to the body both directly and indirectly, for example via a slide which can be displaced relative to the body.
  • a primary cylinder and a secondary cylinder are provided as forming elements.
  • the primary cylinder is fixed relative to the outer jacket tube and the secondary cylinder is arranged to be movable relative to the primary cylinder.
  • This version has particular advantages for manufacture because it enables the primary cylinder to be easily mounted on the outer jacket tube, since it is easily accessible. Due to the relatively movable arrangement of the secondary cylinder relative to the primary cylinder, their position relative to one another can be adjusted in a particularly simple manner.
  • primary and secondary cylinders can also be attached to other parts of the steering column, as long as the energy absorption element is connected to a part that is movable relative to it.
  • the cylinders are rotatably mounted. This has the advantage that rolling deformation occurs almost exclusively when the energy absorption element is deformed, and the level of energy absorption can be better calculated because only the deformation work and the rolling friction have to be taken into account.
  • the cylinders can also be arranged in a fixed manner. As a result, additional friction occurs when the energy absorption element is deformed. This friction increases the absorption of impact energy by providing greater resistance to the impact. Consequently, the energy absorption element can be made shorter and thus more space-saving with the same energy absorption.
  • the cylinders have parallel axes of rotation, which are arranged perpendicular to a tensile force F z . This arrangement ensures reliable and trouble-free functioning of the crash element in the event of an accident.
  • a bracket is rotatably mounted on the axis of rotation of the primary cylinder.
  • the secondary cylinder is in turn rotatably mounted on this bracket via an axis of rotation.
  • the bracket can be adjusted using a gear wheel arranged on the axis of rotation of the primary cylinder. This arrangement is particularly space-saving and inexpensive, since only one transmission element, such as a threaded rod, and a gear are required to transmit the movement of the motor to the bracket.
  • the bracket is held down with a spring.
  • the spring prevents vibrations of the bracket, which occur when the steering column arrangement is in operation and can lead to an undesirable background noise.
  • an arm with a stop for the bracket is rotatably mounted on the axis of rotation of the primary cylinder.
  • the stop determines the end position for the secondary cylinder, which is rotatably mounted in the bracket.
  • the circulation bracket has teeth that allow easy adjustment of the arm position.
  • FIG. 1 is a perspective view of a steering column assembly
  • Fig. 2 is a schematic representation of a crash element according to the invention and Fig. 3 is a schematic representation of a further embodiment of a crash element.
  • the steering column arrangement shown in Fig. 1 consists of a vehicle-mounted outer jacket tube 1 and a teleskopör ig displaceable in the outer jacket tube 1 inner jacket tube 2.
  • a telescopic steering spindle not shown, is mounted, on which also Steering wheel, not shown, is attached.
  • a spindle 3 is provided, which is arranged along the casing tubes 1, 2. With one end, the spindle 3 is articulated on the end of the inner casing tube 2 facing the steering wheel. The other end of the spindle 3 interacts with a drive unit 4 arranged on the outer casing tube 1.
  • the spindle 3 is designed as a threaded spindle, an adjustment can be made very simply by turning the spindle 3.
  • the telescopic movement serves for the longitudinal adjustment of the steering column arrangement, with the help of which the driver can adapt the position of the steering wheel to his own needs and thus contributes to the comfort of the driver.
  • the inner casing tube 2 Due to an impact on the steering column, the inner casing tube 2 is pushed into the outer casing tube 1 by a crash force F c.
  • the crash force F c is transmitted to the drive unit 4 via the spindle 3 fastened to the inner casing tube 2, the brackets (not shown) of this dimension that they tear from their connections after a certain force, after which the drive unit 4 moves along the jacket tube axes and exerts a relative movement to the jacket tube 1.
  • the steering column arrangement is provided with a crash element 5 shown in FIG. 2.
  • the crash element 5 has two forming elements 7, 8.
  • a primary cylinder 7 and a secondary cylinder 8 are provided as forming elements 7, 8.
  • the Both cylinders 7, 8 have parallel axes of rotation A, B, which are arranged perpendicular to a tensile force F z resulting from the crash force F c .
  • the primary cylinder 7 is fastened to the casing tube 1 or a part of the steering column arrangement which is not movable for this purpose (not shown). As a result, the primary cylinder 7 and the casing tube 1 are arranged such that they cannot move with respect to one another.
  • the secondary cylinder 8 is arranged to be movable relative to the primary cylinder 7.
  • a bracket 9 is rotatably mounted on the axis of rotation A of the primary cylinder 7.
  • the axis of rotation B of the secondary cylinder 8 is rotatably mounted in the bracket 9 at the end opposite the axis of rotation A.
  • the position of the bracket 9 and thus also the position of the secondary cylinder 8 is adjusted via a motor 12 with a transmission element 11.
  • the movement of the transmission element 11 is transmitted to the bracket 9 with the secondary cylinder 8 via a gearwheel 10 arranged on the axis of rotation A.
  • the secondary cylinder 8 describes a circular path around the primary cylinder 7.
  • the crash element 5 has an energy absorption element 6 in the form of a wire 6.
  • a sheet metal strip with a rectangular cross section is also conceivable.
  • the wire 6 is S-shaped around the two cylinders 7, 8. 2, the course of the wire 6 begins in the area of the cylinders 7, 8 at the top right of the primary cylinder 7, then goes down between the cylinders 7, 8 and ends at the bottom left of the secondary cylinder 8.
  • a right end 6 ' of the wire 6 is free, a left end 6 "of the wire 6 is fastened to a steering column component (not shown) which moves in the event of a crash relative to the outer jacket tube 1 and thus to the primary cylinder 7, such as the inner jacket tube 2, for example Spindle 3 or the drive unit 4.
  • the two wire ends 6 ', 6 run horizontally to the right and left of the cylinders 7, 8 and are aligned in a starting position (solid lines) parallel to one another with a distance a.
  • the distance a extends between two auxiliary lines, which represent an extension of the wire ends 6 ', 6 "of the crash element 5 aligned parallel to one another.
  • the inner jacket tube 2 pushes into the outer jacket tube 1 and at the wire end 6" engages through the relative movement of the to both jacket pipes 1, 2 or elements attached to them, a tensile force F z resulting from the crashcraft F c .
  • the wire 6 thereby moves relative to the cylinders 7, 8 and is deformed as it is guided past the cylinders 7, 8. This deformation represents a resistance for the tensile force F z . Energy is thereby absorbed.
  • the wire 6 thus runs horizontally from the wire end 6 'to the primary cylinder 7.
  • the hold-down device 13 is arranged in front of the cylinders 7, 8 in the direction of the tensile force.
  • the solid lines of the secondary cylinder 8 and the bracket 9 represent a starting position of the crash element 5. In this position, the wire 6 experiences maximum deformation with maximum energy absorption.
  • the dashed lines of the secondary cylinder 8 and the bracket 9 represent an end position with minimal deformation of the wire 6 and minimal energy absorption.
  • the two axes of rotation A, B of the cylinders 7, 8 are arranged at one level. The closer the secondary cylinder 8 approaches its end position, the less the wire 6 is deflected by the cylinders 7, 8, ie its wrap angle at the forming elements is changed.
  • the axis of rotation B of the secondary cylinder 8 lies above the level of the wire end 6 'and the wire ends 6', 6 "run almost at the same level.
  • FIG. 3 shows a further exemplary embodiment of a crash element 5.
  • two deforming elements 7, 8 are provided in the crash element 5, one of which is a primary cylinder 7 that is not movable relative to the outer casing tube 1 and the other is a secondary cylinder 8 that is movable relative to the primary cylinder 7.
  • the cylinders 1, 8 have parallel axes of rotation A, B, which are arranged perpendicular to a tensile force F z resulting from the crash force F c .
  • a bracket 9 is rotatably mounted on the axis of rotation A of the primary cylinder 7.
  • the axis of rotation B of the secondary cylinder 8 is rotatably mounted in the bracket 9 at the end opposite the axis of rotation A.
  • an arm 14 is provided, which is also rotatably mounted on the axis of rotation A.
  • the arm 14 is arranged parallel to the bracket 9 and has a stop 15 therefor.
  • the stop 15 is arranged at the end of the arm 14 opposite the bearing point and serves to fix an end position of the secondary cylinder 8 mounted in the bracket 9.
  • the arm 14 merges into a semicircular rotating bracket 14 '.
  • the movement of a transmission element 11 is transmitted to the arm 14 via the circulation bracket 14 '.
  • the rotating bracket 14 ' has a toothing which interacts with the transmission element 11.
  • the movement of the transmission element 11 and thus the position of the arm 14 is adjusted via a motor 12 in accordance with the exemplary embodiment shown in FIG. 2.
  • the crash element 5 shown in FIG. 3 has an energy absorption element 6 in the form of a wire 6, which is guided in an S-shape around the cylinders 7, 8. 3, the course of the wire 6 to the right of the secondary cylinder 8 is initially horizontal, then passes underneath the secondary cylinder 8, up between the cylinders 7, 8 and is behind the primary cylinder 7 with the aid of a cylindrical hold-down device 13 again depressed to the level at the beginning of the course.
  • Another hold-down 13 is arranged on the right - in the direction of tensile force F z in front of the secondary cylinder 8 - and serves for the horizontal feeding of the wire 6.
  • the ends 6 ', 6 "of the wire 6 run horizontally at a height and parallel to a tensile force F z which attacks on the left end 6 "of the wire 6.
  • the right end 6 'of the wire 6 is free.
  • the tensile force F z results from the relative movement occurring in the event of a crash between the outer and inner casing tubes 1, 2, to which the primary cylinder 7 and the wire end 6 ′′ are fastened.
  • the bracket 9 is connected to a spring 16 which holds the bracket 9 in the starting position (solid lines).
  • the spring 16 counteracts a force that is transmitted in the event of an accident through the wire 6 to the secondary cylinder 8 and thus the bracket 9. If the bracket 9 and the arm 14 are made in two parts, vibrations or noises of the bracket 9 can occur without the spring 16 during driving.
  • the motor 12 adjusts the position of the arm 14, which is rotatably mounted about the axis of rotation A, via the transmission element 11 via a rotating bracket 14 'with teeth arranged on the arm 14.
  • the secondary cylinder 8 is initially held in the starting position by the spring 16. As soon as the tensile force F z acts on the end 6 "of the wire 6, the wire 6 moves relative to the cylinders 7, 8. Due to the movement of the wire 6, a force F acts against the spring force F P on the secondary cylinder 8.
  • the secondary cylinder 8 is firmly connected to the bracket 9 and pivots about the axis of rotation A by the force F until the bracket 9 reaches the stop 15 of the arm 14. This represents the end position (dashed lines) of the secondary cylinder 8.
  • the mode of operation of the solution according to the invention is explained below using the exemplary embodiments shown.
  • the inner jacket tube 2 Due to a shock effect, which arises in the event of an accident, for example, as a result of an upper body impact of a vehicle occupant on the steering wheel, the inner jacket tube 2 is pushed into the outer jacket tube 1 by the crash force F c applied in the process.
  • the end 6 "of the wire 6 and the primary cylinder 7 are arranged on two parts of the steering column which move relative to one another in the event of an impact.
  • the primary cylinder 7 can be arranged on the outer casing tube 1 and the end 6 "of the wire 6 to be arranged on the inner jacket tube 2.
  • the other end 6 'of the wire 6 is free.
  • the energy absorption level can be set depending on various vehicle and occupant-specific data.
  • the data can, for example, be recorded at regular intervals and converted by a control system into electrical control signals, via which the motor 12 is controlled with the transmission element 11.
  • the transmission element 11 transmits the movement via the bracket 9 (FIG. 2) or the arm 14 (FIG. 3) to the secondary cylinder 8.
  • the degree of deformation of the wire 6 can be changed , Accordingly, the resistance which the deformation of the wire 6 opposes to the tensile force F can be changed and the energy absorption level can be adapted to the respective situation.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lenksäulenanordnung, welche bei einer Stosseinwirkung unter Energieaufnahme verkürzbar ist. Um die Sicherheit für Fahrzeuginsassen zu erhöhen, weist die Lenksäule ein Crashelement (5) mit einem einstellbaren Energieabsorptionsniveau auf. Das Crashelement (5) umfasst ein Energieabsorptionselement (6) und mindestens zwei Umformelemente (7, 8). Im Falle eines Unfalls bewegt sich das Energieabsorptionselement (6) unter Biegung und Rückbiegung relativ zu den Umformelementen (7, 8). Durch die Verformung wird Energie absorbiert. Die Position eines der Umformelemente (8) ist relativ zu dem anderen Umformelement (7) variabel und beschreibt zur Änderung seiner Position einen Bogen um das andere Umformelement (7).

Description

LENKSAULENANORDNUNG FÜR EIN KRAFTFAHRZEUG MIT ENERGIEABSORPTIONSELEMENT
Die Erfindung betrifft eine Lenksäulenanordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine solche Lenksäulenanordnung ist beispielsweise aus der EP 0 662 414 AI bekannt. Diese Lenksäulenanordnung umfaßt ein teleskopierbares Mantelrohr, eine hierzu innen drehbar und konzentrisch angeordnete Lenkspindel und ein Energieabsorptionselement. Das bekannte Energieabsorptionselement besteht aus einem Draht, welcher mit dem einen Ende um ein Umformelement gewickelt ist und mit dem anderen Ende an einem Sicherungselement befestigt ist. Bei einem Aufprall bewegt sich das Umformelement vom Sicherungselement weg und erzeugt so eine Spannung im Draht . Diese Spannung bewirkt eine Abwicklung des Drahts, wodurch der Draht deformiert wird und einen Widerstand erzeugt . Dabei wird Aufprallenergie absorbiert .
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lenksäulenanordnung für ein Kraftfahrzeug der eingangs genannten Art zu schaffen, welche die Sicherheit für die Fahrzeuginsassen erhöht .
Diese Aufgabe wird durch eine Lenksäulenanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst .
Demnach zeichnet sich die erfindungsgemäße Lenksäulenanordnung durch ein Crashelement aus. Dieses Crashelement weist mindestens zwei Umformelemente und ein Energieabsorptionselement auf. Bei einer Stoßeinwirkung auf die Lenksäule bewegt sich das Energieabsorptionselement relativ zu den beiden Umformelementen und wird dabei verformt . Somit wird durch das erfindungsgemäße Crashelement Aufprallenergie durch Formänderungsarbeit absorbiert. Durch eine Änderung der Position eines Umformelements relativ zu dem anderen Umformelement verändert sich der jeweilige Umschlingungswinkel des Energieabsorptionselements an den Umformelementen. Dadurch ist der Verformungsgrad des Energieabsorptionselements einstellbar. Die Änderung der Position des Umformelements erfolgt dabei auf einem Bogen um das andere Umformelement . Wenn der Abstand zwischen den Umformelementen während der Positionsänderung konstant bleibt, beschreibt das Umformelement eine Kreisbahn, bei einer exzentrischen Lagerung beschreibt es einen Bogen. Mit der Erfindung kann demnach das Maß der Energieabsorption besonders einfach an anatomische und fahrdynamische Randbedingungen, wie beispielsweise Körpergröße und Körpergewicht der Fahrzeuginsassen, angepaßt werden und ein Aufprall bestmöglich gedämpft werden.
Um die Funktion der vorliegenden Erfindung sicherzustellen, ist es wichtig, daß ein Ende des Energieabsorptionselements und die Umformelemente an zwei im Falle einer Stoßeinwirkung relativ zueinander beweglichen Teilen der Lenksäule angeordnet sind. Dadurch bewegt sich das Energieabsorptionselement im Falle eines Unfalls und einer Verkürzung der Lenksäule relativ zum Umformelement und wird dabei verformt.
Wenn im Zusammenhang mit der Erfindung von einem fahrzeugfest angeordneten Mantelrohr die Rede ist, so kann das Mantelrohr sowohl direkt als auch indirekt - beispielsweise über einen relativ zur Karosserie verschiebbaren Schlitten - an der Karosserie befestigt sein.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen .
Gemäß einer Ausführungsform sind als Umformelemente ein Primärzylinder und ein Sekundärzylinder vorgesehen. Der Primärzylinder ist relativ zum äußeren Mantelrohr fest angeordnet und der Sekundärzylinder ist relativ zum Primärzylinder beweglich angeordnet. Diese Ausführung bringt besondere Vorteile für die Herstellung mit sich, weil sie eine einfache Montage des PrimärZylinders an dem äußeren Mantelrohr ermöglicht, da dieses einfach zugänglich ist. Durch die relativ bewegliche Anordnung des SekundärZylinders zum Primärzylinder läßt sich deren Position zueinander auf besonders einfache Art und Weise einstellen. Selbstverständlich können Primär- und Sekundärzylinder auch an anderen Teilen der Lenksäule befestigt sein, solange das Energieabsorptionselement mit einem relativ dazu beweglichen Teil in Verbindung steht.
Die Zylinder sind gemäß einer weiteren Ausführungsform drehbar gelagert. Dies hat den Vorteil, daß beim Verformen des Energieabsorptionselements fast ausschließlich Rollreibung auftritt und das Niveau der Energieabsorption besser kalkuliert werden kann, weil lediglich die Formänderungsarbeit und die Rollreibung berücksichtigt werden müssen. Die Zylinder können jedoch auch fest angeordnet sein. Dadurch tritt bei der Verformung des Energieabsorptionselements zusätzlich Reibung auf. Diese Reibung erhöht die Absorption der Aufprallenergie, indem sie der Stoßeinwirkung einen höheren Widerstand entgegensetzt. Folglich kann das Energieabsorptionselement bei gleicher Energieabsorption kürzer und damit platzsparender ausgestaltet werden.
In einer weiteren Ausführungsform weisen die Zylinder parallele Drehachsen auf, die senkrecht zu einer Zugkraft Fz angeordnet sind. Durch diese Anordnung wird eine zuverlässige und störungsfreie Funktion des Crashelements im Falle eines Unfalls erreicht.
An der Drehachse des PrimärZylinders ist in einer weiteren Ausführungsform ein Bügel drehbar gelagert . An diesem Bügel ist wiederum der Sekundärzylinder über eine Drehachse drehbar gelagert. Über diese Anordnung ist es möglich, die Position des SekundärZylinders über die Position des Bügels einzustel- len. Durch eine veränderte Position des SekundärZylinders wird der Verformungsgrad des Energieabsorptionselements festgelegt. Somit kann das Maß der Energieabsorption auf besonders einfach Art und Weise beeinflußt werden.
Die Einstellung des Bügels kann dabei über ein an der Drehachse des PrimärZylinders angeordnetes Zahnrad erfolgen. Diese Anordnung ist besonders platzsparend und kostengünstig, da zur Übertragung der Bewegung des Motors auf den Bügel nur ein Übertragungselement, wie beispielsweise eine Gewindestange, und ein Zahnrad benötigt werden.
In einer weiteren Ausführungsform wird der Bügel mit einer Feder niedergehalten. Die Feder unterbindet Schwingungen des Bügels, die im Fahrbetrieb der Lenksäulenanordnung auftreten und zu einer unerwünschten Geräuschkulisse führen können.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist an der Drehachse des Primärzylinders ein Arm mit einem Anschlag für den Bügel drehbar gelagert. Der Anschlag bestimmt die Endposition für den Sekundärzylinder, der in dem Bügel drehbar gelagert ist.
Aus Kostengesichtspunkten ist es günstig, den Arm mit dem Umlaufbügel einstückig auszubilden. Auf diese Weise spart man den Montageaufwand. Der Umlaufbügel weist eine Verzahnung auf, über die die Position des Arms einfach eingestellt werden kann.
Im folgenden wird die er indungsgemäße Lenksäulenanordnung anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbei- spiele näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Lenksäulenanordnung,
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Crashelements sowie Fig. 3 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Crashelements.
Die in Fig. 1 dargestellte Lenksäulenanordnung besteht aus einem fahrzeugfest angeordneten äußeren Mantelrohr 1 und einem teleskopför ig in dem äußeren Mantelrohr 1 verschiebbaren inneren Mantelrohr 2. In den Mantelrohren 1, 2 ist eine nicht dargestellte, ebenfalls teleskopierbare, Lenkspindel gelagert, an der ein ebenfalls nicht dargestelltes Lenkrad befestigt ist. Zur Ausführung der Teleskopbewegung von Lenkspindel und Mantelrohr 1, 2 ist eine Spindel 3 vorgesehen, die entlang der Mantelrohre 1, 2 angeordnet ist. Mit ihrem einen Ende ist die Spindel 3 an dem dem Lenkrad zugewandten Ende des inneren Mantelrohrs 2 angelenkt . Das andere Ende der Spindel 3 wirkt mit einer am äußeren Mantelrohr 1 angeordneten Antriebseinheit 4 zusammen. Wenn die Spindel 3 als Gewindespindel ausgeführt ist, kann eine Verstellung sehr einfach über ein Drehen der Spindel 3 erfolgen. Die Teleskopbewegung dient der Längsverstellung der Lenksäulenanordnung, mit deren Hilfe der Fahrer die Position des Lenkrads an seine eigenen Bedürfnisse anpassen kann und trägt somit zum Komfort des Fahrers bei .
Durch eine Stoßeinwirkung auf die Lenksäule schiebt sich das innere Mantelrohr 2 durch eine Crashkraft Fc in das äußere Mantelrohr 1. Über die am inneren Mantelrohr 2 befestigte Spindel 3 wird die Crashkraft Fc auf die Antriebseinheit 4 übertragen, deren nicht dargestellte Halterungen so dimensioniert sind, daß sie ab einer bestimmten Kraft aus ihren Anbindungen reißen, wonach sich die Antriebseinheit 4 entlang der Mantelrohrachsen verschiebt und eine Relativbewegung zum Mantelrohr 1 ausübt .
Die Lenksäulenanordnung ist mit einem in Fig. 2 dargestellten Crashelement 5 versehen. Das Crashelement 5 weist zwei Umformelemente 7, 8 auf. Als Umformelemente 7, 8 sind ein Primärzylinder 7 und ein Sekundärzylinder 8 vorgesehen. Die beiden Zylinder 7, 8 weisen parallele Drehachsen A, B auf, die senkrecht zu einer aus der Crashkraft Fc resultierenden Zugkraft Fz angeordnet sind. Der Primärzylinder 7 ist am Mantelrohr 1 oder einem hierzu nicht beweglichen Teil der Lenksäulenanordnung befestigt (nicht dargestellt) . Folglich sind der Primärzylinder 7 und das Mantelrohr 1 nicht beweglich zueinander angeordnet. Der Sekundärzylinder 8 ist relativ zum Primärzylinder 7 beweglich angeordnet. An der Drehachse A des Primärzylinders 7 ist ein Bügel 9 drehbar gelagert. Die Drehachse B des SekundärZylinders 8 ist in dem Bügel 9 an dem der Drehachse A gegenüberliegenden Ende drehbar gelagert. Die Position des Bügels 9 und damit auch die Position des SekundärZylinders 8 wird über einen Motor 12 mit einem Übertragungselement 11 eingestellt. Die Bewegung des Übertragungselements 11 wird über ein an der Drehachse A angeordnetes Zahnrad 10 auf den Bügel 9 mit dem Sekundärzylinder 8 übertragen. Der Sekundärzylinder 8 beschreibt bei seiner Positionsänderung eine Kreisbahn um den Primärzylinder 7.
Desweiteren weist das Crashelement 5 ein Energieabsorptions- element 6 in Form eines Drahts 6 auf. Ein Blechstreifen mit einem rechteckigen Querschnitt ist ebenfalls denkbar. Der Draht 6 ist S-förmig um die beiden Zylinder 7, 8 geführt. In der Darstellung gemäß Fig. 2 beginnt der Verlauf des Drahts 6 im Bereich der Zylinder 7, 8 oben rechts am Primärzylinder 7, geht dann zwischen den Zylindern 7, 8 hindurch nach unten und endet unten links am Sekundärzylinder 8. Ein rechtes Ende 6' des Drahts 6 ist frei, ein linkes Ende 6" des Drahts 6 ist an einer Lenksäulenkomponente befestigt (nicht dargestellt) , die sich im Falle eines Crashs relativ zum äußeren Mantelrohr 1 und somit zum Primärzylinder 7 bewegt, wie beispielsweise dem inneren Mantelrohr 2 , der Spindel 3 oder der Antriebseinheit 4. Die beiden Drahtenden 6', 6" verlaufen rechts und links von den Zylindern 7, 8 waagerecht und sind in einer Ausgangsposition (durchgezogene Linien) parallel mit einem Abstand a zueinander ausgerichtet. Der Abstand a erstreckt sich zwischen zwei Hilfslinien, die eine Verlängerung der parallel zueinander ausgerichteten Drahtenden 6', 6" des Crashelements 5 darstellen. Im Falle eines Crashs, schiebt sich das innere Mantelrohr 2 in das äußere Mantelrohr 1 und am Drahtende 6" greift durch die Relativbewegung der beiden Mantelrohre 1, 2 bzw. daran befestigter Elemente eine aus der Crashcraft Fc resultierende Zugkraft Fz an. Der Draht 6 bewegt sich dadurch relativ zu den Zylindern 7, 8 und wird, während er an den Zylindern 7, 8 vorbeigeführt wird, verformt . Diese Verformung stellt für die Zugkraft Fz einen Widerstand dar. Dadurch wird Energie absorbiert.
Ein zylindrischer Niederhalter 13, der rechts oberhalb des PrimärZylinders 7 angeordnet ist, dient der Führung des Drahts 6. Der Draht 6 verläuft dadurch vom Drahtende 6 ' bis zum Primärzylinder 7 waagerecht. Der Niederhalter 13 ist in Zugkraftrichtung vor den Zylindern 7, 8 angeordnet.
Die durchgezogenen Linien des SekundärZylinders 8 und des Bügels 9 stellen eine Ausgangsposition des Crashelements 5 dar. In dieser Position erfährt der Draht 6 eine maximale Verformung bei maximaler Energieabsorption. Die gestrichelten Linien des Sekundärzylinders 8 und des Bügels 9 stellen eine Endposition mit minimaler Verformung des Drahts 6 und minimaler Energieabsorption dar. In der Ausgangsposition sind die beiden Drehachsen A, B der Zylinder 7, 8 auf einer Höhe angeordnet. Je näher sich der Sekundärzylinder 8 seiner Endposition nähert, desto weniger wird der Draht 6 durch die Zylinder 7, 8 umgelenkt, d.h. sein Umschlingungswinkel an den Umformelementen wird verändert. In der Endposition liegt die Drehachse B des SekundärZylinders 8 oberhalb des Niveaus des Drahtendes 6' und die Drahtenden 6', 6" verlaufen nahezu auf einer Höhe. In der Endposition beträgt der Höhenunterschied der parallel zueinander ausgerichteten Enden 6', 6" des Drahts 6 Abstand b, welcher kleiner ist als der Abstand a der Ausgangsposition . In Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Crashelements 5 dargestellt. Entsprechend dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind bei dem Crashelement 5 zwei Umformelemente 7, 8 vorgesehen, von denen eines ein relativ zum äußeren Mantelrohr 1 nicht beweglicher Primärzylinder 7 und das andere ein relativ zum Primärzylinder 7 beweglicher Sekundärzylinder 8 ist. Die Zylinder 1 , 8 weisen parallele Drehachsen A, B auf, die senkrecht zu einer aus der Crashkraft Fc resultierenden Zugkraft Fz angeordnet sind. An der Drehachse A des PrimärZylinders 7 ist ein Bügel 9 drehbar gelagert. Die Drehachse B des SekundärZylinders 8 ist in dem Bügel 9 an dem der Drehachse A gegenüberliegenden Ende drehbar gelagert. Weiterhin ist ein Arm 14 vorgesehen, der ebenfalls drehbar an der Drehachse A gelagert ist. Der Arm 14 ist parallel zum Bügel 9 angeordnet und weist für diesen einen Anschlag 15 auf . Der Anschlag 15 ist an dem der Lagerstelle gegenüberliegenden Ende des Arms 14 angeordnet und dient der Festlegung einer Endposition des in dem Bügel 9 gelagerten Sekundärzylinders 8. Der Arm 14 geht in einen halbkreisförmigen Umlaufbügel 14' über.
Die Bewegung eines Übertragungselements 11 wird über den Umlaufbügel 14' auf den Arm 14 übertragen. Der Umlaufbügel 14 ' weist hierzu eine Verzahnung auf, die mit dem Übertragungselement 11 zusammenwirkt . Die Bewegung des Übertragungselements 11 und damit die Position des Arms 14 wird entsprechend dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel über einen Motor 12 eingestellt.
Desweiteren weist das in Fig. 3 dargestellte Crashelement 5 ein Energieabsorptionselement 6 in Form eines Drahts 6 auf, welcher S-förmig um die Zylinder 7, 8 geführt ist. In der Darstellung gemäß Fig. 3 ist der Verlauf des Drahts 6 rechts von dem Sekundärzylinder 8 zunächst waagerecht, geht dann unterhalb des Sekundä Zylinders 8 vorbei, zwischen den Zylindern 7, 8 hindurch nach oben und wird hinter dem Primärzylinder 7 mit Hilfe eines zylindrischen Niederhalters 13 wieder auf das Niveau zu Beginn des Verlaufs heruntergedrückt. Ein weiterer Niederhalter 13 ist rechts - in Zugkraftrichtung Fz vor dem Sekundärzylinder 8 - angeordnet und dient der waagerechten Zuführung des Drahts 6. Die Enden 6', 6" des Drahts 6 verlaufen waagerecht auf einer Höhe und parallel zu einer Zugkraft Fz, die am linken Ende 6" des Drahts 6 angreift. Das rechte Ende 6' des Drahts 6 ist frei. Die Zugkraft Fz resultiert entsprechend dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel aus der im Crashfall auftretenden Relativbewegung zwischen äußerem und innerem Mantelrohr 1, 2, an denen der Primärzylinder 7 und das Drahtende 6" befestigt sind.
Der Bügel 9 ist mit einer Feder 16 verbunden, die den Bügel 9 in der Ausgangsposition (durchgezogene Linien) hält. Die Feder 16 wirkt einer Kraft entgegen, die im Falle eines Unfalls durch den Draht 6 auf den Sekundärzylinder 8 und damit den Bügel 9 übertragen wird. Wenn der Bügel 9 und der Arm 14 zweiteilig ausgeführt werden, kann es ohne die Feder 16 im Fahrbetrieb zu Schwingungen bzw. Geräuschen des Bügels 9 kommen.
Der Motor 12 stellt über das Übertragungselement 11 die Position des um die Drehachse A drehbar gelagerten Arms 14 über einen am Arm 14 angeordneten Umlaufbügel 14 ' mit Verzahnung ein. Der Sekundärzylinder 8 wird über die Feder 16 zunächst in der Ausgangsposition gehalten. Sobald die Zugkraft Fz am Ende 6" des Drahts 6 angreift, bewegt sich der Draht 6 relativ zu den Zylindern 7, 8. Durch die Bewegung des Drahts 6 wirkt eine Kraft F entgegen der Federkraft FP auf den Sekundärzylinder 8. Der Sekundärzylinder 8 ist fest mit dem Bügel 9 verbunden und schwenkt durch die Kraft F um die Drehachse A bis der Bügel 9 den Anschlag 15 des Arms 14 erreicht. Dies stellt die Endposition (gestrichelte Linien) des Sekundärzylinders 8 dar. Im folgenden wird die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Lösung anhand der dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert .
Durch eine Stoßwirkung, die beispielsweise im Falle eines Unfalls durch einen Oberkörperaufprall eines Fahrzeuginsassen auf das Lenkrad entsteht, schiebt sich das innere Mantelrohr 2 durch die dabei aufgebrachte Crashkraft Fc in das äußere Mantelrohr 1.
Um die Funktion, der vorliegenden Erfindung sicherzustellen, ist das Ende 6" des Drahts 6 und der Primärzylinder 7 an zwei sich im Falle einer Stoßeinwirkung relativ zueinander bewegenden Teilen der Lenksäule angeordnet. Beispielsweise kann der Primärzylinder 7 an dem äußeren Mantelrohr 1 und das Ende 6" des Drahts 6 an dem inneren Mantelrohr 2 angeordnet sein. Das andere Ende 6' des Drahts 6 ist frei.
Sobald im Crashfall durch die Verschiebung des inneren Mantelrohrs 2 eine hieraus resultierende Zugkraft Fz an dem Drahtende 6" angreift, bewegt sich der Draht 6 relativ zu den Zylindern 7, 8. Der Draht 6 wird unter stetiger Biegung und Rückbiegung an den Zylindern 7, 8 vorbeigeführt. Durch die Biegung wird Energie absorbiert. Der Grad der Verformung und damit das erwünschte Energieabsorptionsniveau hängt von der Position des Sekundärzylinders 8 ab, die über den Motor 12 eingestellt wird. Die Ausgangsposition (durchgezogene Linien des Sekundärzylinders 8, des Bügels 9 und des Umlaufbügels 14' in Fig. 2 und 3) bewirkt eine maximale Verformung, während die Endposition (gestrichelte Linien des Sekundärzylinders 8, des Bügels 9 und des Umlaufbügels 14' in Fig. 2 und 3) eine minimale Verformung des Drahts 6 bewirkt. Für die Verformung des Drahts 6 wird eine Kraft benötigt. Diese Kraft stellt einen Widerstand für die Zugkraft Fz dar. Dieser Widerstand muß von der Zugkraft Fz überwunden werden. Dabei wird Aufprallenergie absorbiert, wodurch ein Aufprall des Fahrers auf das Lenkrad gedämpft wird. Das Energieabsorptionsniveau kann in Abhängigkeit von verschiedenen fahrzeug- und insassenspezifischen Daten eingestellt werden. Die Daten können beispielsweise in regelmäßigen Abständen erfaßt und von einem Steuerungssystem in elektrische Steuersignale umgewandelt werden, über die eine Ansteuerung des Motors 12 mit dem Übertragungselement 11 erfolgt. Das Übertragungselement 11 überträgt die Bewegung über den Bügel 9 (Fig. 2) bzw. den Arm 14 (Fig. 3) auf den Sekundärzylinder 8. Durch die veränderte Stellung des Sekundärzylinders 8 relativ zu dem Primärzylinder 7 kann der Verformungsgrad des Drahts 6 verändert werden. Demnach kann der Widerstand, den die Verformung des Drahts 6 der Zugkraft F entgegenstellt, verändert und das Energieabsorptionsniveau der jeweiligen Situation angepaßt werden.

Claims

Patentansprüche
Lenksäulenanordnung für ein Kraftfahrzeug, welche bei einer Stoßeinwirkung unter Energieaufnahme verkürzbar ist, mit einem an einer Karosserie befestigten teleskopierbaren Mantelrohr, mindestens zwei Umformelementen und einem durch die Umformelemente umgelenktes Energieabsorptionselement, welches sich bei einer Stoßeinwirkung relativ zu den Umformelementen bewegt und dabei verformt, wobei durch eine Änderung der Position der Umformelemente der Verformungsgrad des Energieabsorptionselements eingestellt wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß eines der Umformelemente (8) zur Änderung der Position einen Bogen um das andere Umformelement (7) beschreibt .
Lenksäulenanordnung nach Anspruch 1, d a du r c h g e k e n n z e i c hn e t, daß als Umformelemente (7, 8) ein relativ zum äußeren Mantelrohr (1) fester Zylinder (7) (Primärzylinder) und ein relativ zum Primärzylinder (7) beweglicher Zylinder (8) (Sekundärzylinder) vorgesehen sind.
Lenksäulenanordnung nach Anspruch 2 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Zylinder (7, 8) drehbar gelagert sind.
4. Lenksäulenanordnung nach Anspruch 2 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Zylinder (7, 8) parallele Drehachsen (A, B) aufweisen, die rechtwinklig zu einer am Energieabsorptions- element (6) angreifenden Zugkraft (Fz) angeordnet sind.
5. Lenksäulenanordnung nach Anspruch 4 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß an der Drehachse (A) des Primärzylinders (7) ein Bügel (9) drehbar gelagert ist.
6. Lenksäulenanordnung nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß in dem Bügel (9) die Drehachse (B) des Sekundärzylinders (8) drehbar gelagert ist.
7. Lenksäulenanordnung nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß an der Drehachse (A) ein Zahnrad (10) angeordnet ist, das mit einem Motor 12 zusammenwirkt .
8. Lenksäulenanordnung nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c n e t, daß der Bügel (9) mit einer Feder (16) niedergehalten wird.
9. Lenksäulenanordnung nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß an der Drehachse (A) des Primärzylinders (7) ein Arm (14) mit einem Anschlag (15) für den Bügel (9) drehbar gelagert ist.
10. Lenksäulenanordnung nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Arm (14) in einen Umlaufbügel (14') übergeht, der über ein Übertragungselement (11) mit dem Motor (12) zusammenwirkt .
11. Lenksäulenanordnung nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Umlaufbügel (14') eine Verzahnung aufweist.
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