WO2022167352A1 - Lenksäule für ein kraftfahrzeug - Google Patents

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WO2022167352A1
WO2022167352A1 PCT/EP2022/052156 EP2022052156W WO2022167352A1 WO 2022167352 A1 WO2022167352 A1 WO 2022167352A1 EP 2022052156 W EP2022052156 W EP 2022052156W WO 2022167352 A1 WO2022167352 A1 WO 2022167352A1
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WO
WIPO (PCT)
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steering column
energy absorption
casing
jacket
column according
Prior art date
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Ceased
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PCT/EP2022/052156
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English (en)
French (fr)
Inventor
Benjamin Deeg
Eric Caron
Armin Cavegn
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ThyssenKrupp AG
ThyssenKrupp Presta AG
Original Assignee
ThyssenKrupp AG
ThyssenKrupp Presta AG
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Ceased legal-status Critical Current

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    • 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
    • B62D1/184—Mechanisms for locking columns at selected positions
    • 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
    • B62D1/195—Yieldable supports for the steering column

Definitions

  • the invention relates to a steering column for a motor vehicle, comprising an actuating unit with a steering spindle which is mounted rotatably about its longitudinal axis extending in the longitudinal direction in a casing unit, the casing unit having an upper casing which can be telescoped in the longitudinal direction relative to a lower casing and comprising an energy absorption device, wherein the energy absorption device has an energy absorption element connected to one jacket and a cutting element connected to the other jacket, the cutting element being designed and set up to machine the energy absorption element when the jackets are displaced relative to one another in the event of a crash.
  • the casing unit forms an actuating unit of the steering column for inputting manual steering commands via a steering wheel on the driver's side, attached to the rear end of the steering spindle with respect to the direction of travel.
  • the jacket unit can be attached directly or indirectly to the body of a motor vehicle by means of a support unit.
  • the length-adjustable jacket unit has at least one upper jacket on the driver's side, remote from the bodywork, and a lower jacket on the bodywork side, which can be telescoped relative thereto.
  • the lower casing can dip into the upper casing and is then also referred to as the inner casing or the inner casing tube, with the upper casing then forming the outer casing or the outer casing unit.
  • the outer jacket can be held in the support unit so that it can be adjusted.
  • a clamping device that can be optionally brought into a fixing or release position, to fix the two jackets in the longitudinal direction relative to one another in the fixing position and, if necessary, to fix the actuating unit relative to the carrying unit, and to adjust at least one jacket in the release position to allow relative to the other shell and the support unit.
  • a relative adjustment and fixation by means take place at least one adjusting drive, which can have, for example, at least one spindle drive that can be driven by an electric motor.
  • the so-called crash event it is known to couple an energy absorption device between the jackets, also referred to as a crash system. If, in the event of a crash, a body hitting the steering wheel at high speed exerts a great force on the steering wheel that exceeds a predetermined limit value, the two casings are also pushed together in the longitudinal direction relative to one another when the adjustment device is in the fixed position, with at least one energy absorption element of the energy absorption device, for example a deformation portion, is plastically deformed. The kinetic energy introduced into the actuating unit in the longitudinal direction is absorbed, i.e. converted into deformation work, so that the body hitting the steering wheel is braked in a controlled manner and the risk of injury is reduced.
  • WO 2013/153374 A1 describes such a steering column with the features mentioned at the outset, in which the energy absorption device has an energy absorption element fixedly attached to the lower casing, which is machined by a cutting element designed as a planer with energy absorption when in In the event of a crash, the support unit is moved together with the upper shell relative to the lower shell.
  • the planer is supported on a clamping bolt of the clamping device on the support unit, which holds the upper casing via a non-positive clamp.
  • the disadvantage of this is that the response of the energy absorption device depends on the breakaway of the support unit from the body and also on the respective current setting position of the clamping bolt.
  • the functional coupling of clamping bolt and planer is therefore disadvantageous. Added to this is the relatively complex production and assembly of the planer on the clamping device.
  • a steering column for a motor vehicle comprising an actuating unit with a steering spindle, which is mounted rotatably about its longitudinal axis extending in the longitudinal direction in a casing unit, the casing unit having an upper casing that can be telescoped in the longitudinal direction relative to a lower casing and comprising an energy absorption device, wherein the energy absorption device has an energy absorption element connected to one jacket and a cutting element connected to the other jacket, the cutting element being designed and set up to machine the energy absorption element when the jackets are displaced relative to one another in the event of a crash, it is provided according to the invention that the cutting element in Longitudinally fixed to which a coat is fixed.
  • the chipping element can preferably be arranged on the upper jacket, which is designed as an outer jacket or outer jacket tube. It has a cutting element.
  • the lower jacket tube is supported on the body and can be designed as an inner jacket or inner jacket tube, which dips telescopically into the outer jacket.
  • the chipping element is attached to the upper casing so that it cannot be displaced in the longitudinal direction, for example connected to the outer casing.
  • the upper shell In the event of a crash, the upper shell is moved in the longitudinal direction towards the lower shell supported on the body and is moved beyond the normal adjustment range, with the cutting element fixed to the upper shell according to the invention coming into cutting engagement with the energy absorption element fixed to the lower shell and this in Longitudinally machined continuously under absorption of kinetic energy, for example along the longitudinal side lifts a chip.
  • the cutting element is preferably connected directly to one jacket, preferably to the upper jacket.
  • a direct connection is provided between the chipping element, for example a cutting element or a cutting unit having at least one cutting edge.
  • This direct connection is designed as a rigid connection, which is characterized in particular by the fact that in no possible operating state can a displacement or adjustment between the shell, preferably the upper shell, and the cutting element occur.
  • the jacket unit is preferably held by a support unit that can be attached to a vehicle body.
  • the immediate, direct connection of the chipping element to the casing allows a simple and functionally reliable structure to be implemented, for example by means of a form-fitting and/or material-locking, preferably non-detachable, rigid connection, preferably with the upper coat.
  • the manufacturing and assembly costs can be reduced in comparison with attachment to the tensioning device of the support unit in the prior art.
  • Another advantage is the increased functional reliability, which can be achieved in the event of a crash due to the activation of the energy absorption device, regardless of the design of the support unit and its interaction with the jackets. This allows the introduction and transmission of the crash energy to be optimized. It is also advantageous that a space-saving, compact design is made possible by the simpler structure.
  • the chipping member is formed integrally with the shell, preferably with the upper shell.
  • An integral construction provides that the cutting element is integrated in one piece or in one piece in the jacket.
  • a cutting element made of the material of the jacket for example the outer jacket, can be formed in one piece with the latter, for example by forming on a metal sheet metal part, for example made of sheet steel, or formed into a cast part, for example made of an aluminum or magnesium alloy .
  • the manufacturing and assembly costs can be reduced in an advantageous manner.
  • a further possibility for optimization is a partial hardening or reinforcement of the cutting element in the area of the cutting element, for example by applying a hard coating, local thermal hardening, compression or the like.
  • the chipping element has a slot extending in the longitudinal direction, from which the energy absorption element can be gripped and in which at least one cutting element is arranged.
  • the slit has a radially open slit cross-section which is open at the front end, that is to say towards the lower jacket in the longitudinal direction.
  • the slot extends from the edge of the front opening into which the lower jacket designed as an inner jacket dips telescopically.
  • the energy absorbing element is attached to the lower shell in such a way that, for example, it protrudes radially outwards from the inner shell.
  • the energy absorption element enters the slot cross-section between the slot walls, also referred to as slot inner walls for short, inner walls, from the front side.
  • a cutter element is arranged on at least one, preferably on each of the two slot walls, which are opposite one another in the circumferential direction.
  • the energy absorbing element is forced through between them and peeled off with the formation of chips. The cutting forces acting in the circumferential and longitudinal directions can be safely supported by the trench walls.
  • One or more blade elements may preferably be located at the front end at the front edges of the slot, which edges themselves may form the blade elements which may be integral with the upper shell.
  • the projection forms a web which extends in the longitudinal direction and protrudes radially from the inner shell in the front region near the body, which can be moved from the front into the slot of the upper shell in the event of a crash. Such a projection can be realized with little structural effort.
  • the aforesaid projection preferably has circumferentially opposite outer walls which are preferably oriented substantially parallel to each other and to the inner walls of the slot.
  • the energy absorption element has at least one outwardly projecting deformation rib extending in the longitudinal direction.
  • One or more deformation ribs can be provided, which project transversely to the longitudinal direction from the energy absorption element, for example projecting so far in the circumferential direction from the side wall or walls that they each lie opposite a cutting element in the longitudinal direction.
  • the deformation ribs are caught by the cutting element and severed from the energy absorption element by the cutting element.
  • the geometric shape and the dimensions can be used to define the cross section to be severed by the cutting element in the event of a crash, the so-called separating cross section. In this way, the required machining work and thus the energy absorption characteristics can be adapted to the specific application with little effort.
  • a deformation rib can preferably be formed in one piece with the energy absorption element.
  • one or more deformation ribs can be arranged on a web-like projection of an energy absorption element on one or more outer walls.
  • the deformation rib prefferably has a cross section that remains constant over its length or a cross section that changes over its length.
  • the cross section of a deformation rib designates the separating or chipping cross section to be severed by the chipping element.
  • a separating cross-section that is the same over the length produces constant energy absorption.
  • a changed cross-section for example a width of the deformation rib that increases forwards over the length, allows a cutting force that progressively increases over the length and a correspondingly increasing energy absorption to be implemented.
  • the variable cross section can, for example, increase or decrease linearly or non-linearly or be designed differently in sections in the longitudinal direction.
  • a comparable effect on the energy absorption can also be achieved in that the overall cross section of the energy absorption element is the same over its length in the longitudinal direction, or is designed to be variable.
  • the energy absorption element is made of plastic. It can be made of a plastic, for example a thermoplastic polymer such as polyoxymethylene or polyether ether ketone or the like, at least partially or in sections in the area that is intended for machining or cutting through by the machining element.
  • a plastic for example a thermoplastic polymer such as polyoxymethylene or polyether ether ketone or the like, at least partially or in sections in the area that is intended for machining or cutting through by the machining element.
  • a one-piece plastic part can preferably be provided, preferably a plastic injection-moulded part, which can be designed largely freely in terms of shape and dimensions and can be manufactured efficiently.
  • An energy absorption element made of plastic can advantageously interact with a chipping element with metal cutting elements. Due to the greater hardness of the metallic material, which is significantly harder than the plastic used, it can be ensured in any case that controlled and reliable machining with a correspondingly defined energy absorption is guaranteed. This benefits an integral, for example one-piece design of the cutting element with the casing, so that it can also be made of cast aluminum or the like without functional disadvantages.
  • the above-described design of the cutting element with a slot is particularly advantageous.
  • the relatively soft energy absorbing element can be guided and held radially and in the circumferential direction during the machining in the event of a crash through the slot, so that an uncontrolled yielding or crushing that potentially impairs the machining can be avoided. This benefits controlled machining and thus defined energy absorption.
  • a clamping device is preferably attached to the support unit and is designed in such a way that it can be switched between a fixing position and a release position, the casing unit being fixed relative to the support unit in the fixing position and the casing unit being adjustable relative to the support unit in the release position. It is thus provided that the tensioning device is attached and configured on the support unit, which can be selectively brought into the fixing position for bracing the casing unit with the support unit and into the release position for adjusting the casing unit relative to the support unit. In the release position, at least one jacket is telescopically adjustable relative to the other jacket, for adjusting the length of the steering column.
  • one jacket for example the upper, outer jacket
  • the lower, inner jacket is supported relative to the body.
  • the upper jacket tube is clamped to the support unit and at the same time clamped to the lower jacket tube.
  • the clamping device has a manual or motorized clamp which radially compresses the outer jacket tube and clamps it firmly on the inner jacket tube in a non-positive manner.
  • the clamping force is used to brace the jacket unit with the support unit in a non-positive manner, for example by clamping the outer jacket between two side walls pressed together against one another.
  • the clamping device it is possible for the clamping device to have a clamping axis which runs transversely to the longitudinal axis through the support unit and the upper jacket and which interacts with a lifting device.
  • the tensioning axis can, by manual or motorized rotation, use the lifting device to exert a tensioning or clamping force, which releasably braces the jackets together, and the jacket unit with the support unit.
  • the support unit has two side walls that protrude downward transversely to the longitudinal direction, between which the casing unit, preferably the upper casing tube, is accommodated and through which the clamping axis passes.
  • the lifting device supported externally on a side wall exerts a clamping force via the clamping axis, with which the side walls are clamped against the outer jacket, which is also penetrated by the clamping axis and in turn is clamped on the inner jacket.
  • This arrangement enables simple and reliable switching between the fixing and release positions, for example manually by actuating a clamping lever attached to the clamping axis.
  • the cutting element is separated from the clamping axis and can therefore be at a distance from the clamping axis in the longitudinal direction.
  • the outer jacket tube has a clamping slot that is open in the longitudinal direction.
  • the clamping slit is a longitudinal slit in the outer casing, the opposite slit edges of which are loaded against one another in the circumferential direction when tightened by the clamping device, as a result of which the outer casing is clamped on the inner casing. Provision can be made here for the clamping slot to have or form the above-described slot of the cutting element. This double function allows the construction of the steering column to be simplified in an advantageous manner.
  • the lower jacket can have an inner jacket or be designed as such, for example as an inner jacket tube, which dips into the upper jacket designed as an outer jacket, which can be designed as an outer jacket tube or guide box, for example.
  • the support unit has detachable attachment means for attachment to the vehicle body.
  • the support unit can have, for example, elongated holes open to the rear, in which sliding capsules that can be fixed to the body are arranged. If a defined limit force is exceeded, which is exceeded in the event of a crash as a so-called crash force due to the impact of a body on the steering wheel, the sliding capsules slide out of the slotted holes and the support unit breaks forward and moves together with the jacket fixed therein by the tensioning device sheath unit. This movement is slowed down in a controlled manner by the energy absorption device according to the invention. Due to the fact that, according to the invention, the cutting element is fixed directly to the upper shell, the energy absorption behavior is independent of the holding force of the clamping device, so that there is increased functional reliability.
  • Figure 1 shows a steering column according to the invention in a schematic perspective view
  • FIG. 2 shows a further perspective view of the steering column according to FIG. 1
  • 3 shows an enlarged detailed view of the steering column according to FIGS. 1 and 2 in a further perspective view
  • FIG. 4 shows the steering column according to FIG. 1 in a view from below in the normal operating state before a crash
  • FIG. 5 shows a view as in FIG. 4 in the event of a crash
  • FIG. 6 shows a view as in FIG. 5 after a crash.
  • FIGS 1, 2 and 3 show a steering column 1 according to the invention in different perspective views.
  • the steering column 1 comprises a support unit 2 which can be fixed to a body of a motor vehicle (not shown) and by which an actuating unit 3 is held.
  • FIG. 1 shows a view obliquely from the rear above in the installed position in the motor vehicle, FIG. 2 obliquely from the front below.
  • the actuating unit 3 comprises a casing unit 30 in which a steering spindle 31 is rotatably mounted about its longitudinal axis L extending in the longitudinal direction. At the rear end section, pointing to the right in FIG.
  • the jacket unit 3 has an upper jacket 33 remote from the body, which is also referred to as the outer jacket, in which a lower jacket 34, also referred to as the inner jacket, is telescopically accommodated in the longitudinal direction, as indicated schematically by the double arrow.
  • the lower shell 34 has at its front end near the body a flange 36 which can be connected to the body and supported in the longitudinal direction.
  • a clamping device 4 has a clamping axis 41 that passes through the two side walls 21 transversely to the longitudinal axis L, which is supported from the outside via a lifting mechanism 42 on one side wall 21, and via an abutment 43 on the outside of the other side wall 21.
  • the lifting mechanism 42 exerts a clamping stroke in the direction of the clamping axis 41, whereby the fixing position is set, in which the upper jacket 33 is clamped between the side walls 21, and the upper jacket 33 is also clamped by the clamping force exerted thereon is clamped in a non-positive manner on the lower shell 34 .
  • the clamping lever 44 By reverse actuation of the clamping lever 44, the clamping force exerted on the side walls 21 is released.
  • the upper shell 33 In this release position of the tensioning device 4, the upper shell 33 can be moved forwards or backwards in the longitudinal direction to adjust the steering wheel position relative to the support unit 2, as indicated by the double arrow.
  • the clamping axis 41 slides out in longitudinal slots 35 of the upper jacket 33 back or forth.
  • the clamping axis 41 is guided through vertical height adjustment slots 22 in the side walls 21 so that it can be adjusted together with the upper jacket 33 for adjusting the height of the adjustment unit 2 in a height direction H relative to the support unit 2, as indicated by the double arrow.
  • An energy absorption device 5 according to the invention which is shown enlarged in FIG.
  • the energy absorbing element 51 is formed as a longitudinally elongate projection or ridge projecting radially from the lower shell 34 . It is preferably formed from a plastic, preferably in one piece, for example as a plastic injection molded part. According to the invention, the energy absorbing element 51 is connected directly and immovably in the longitudinal direction to the lower shell 34, for example by a form-fitting and/or material-locking connection that can be undetachable, for example by riveting, welding, gluing or the like.
  • the cutting element 52 is formed in one piece on the upper casing 33, which is preferably made of a metallic material that is harder than the plastic of the energy absorption element 51, and, for example, as shown, comprises a cast metal part, for example made of aluminum, magnesium or the like .
  • a shaped sheet metal part can be provided, for example made of sheet steel.
  • the cutting element 52 comprises a longitudinally extending slot 53 which is aligned in the longitudinal direction with the web of the energy absorbing element 51 and is open at its front end facing this.
  • the slot 53 has two cutting elements 54 on its two front edges.
  • the cutting elements 54 extend essentially radially and lie opposite one another in the circumferential direction, having cutting edges which are spaced apart by approximately the slot width of the slot 53 .
  • the cutting elements 54 are preferably formed in one piece with the upper casing 33 and have cutting edges formed, for example, on a cast metal part or a shaped sheet metal part.
  • the distance between the cutting elements 54 in the circumferential direction corresponds to the slot width of the slot 53 and is smaller than the width of the energy absorption element 61 measured in the circumferential direction, which is also referred to as the projection or web width.
  • the energy absorbing element 51 can have longitudinally extending deformation ribs 55 on its outer sides in the circumferential direction, which can be seen in FIG.
  • the deformation ribs 55 can preferably be integrally formed on the energy absorption element 51 .
  • the deformation ribs 55 can also be omitted, in which case the web width of the energy absorption element 51 is greater than the cutting edge spacing of the cutting edge elements 54, at least in sections.
  • the slot 53 also serves as a compensating element when the upper casing 33 is braced against the lower casing 34 by force.
  • a steering column 1 is shown in the same perspective from below in different states, namely in Figure 4 in the normal operating state before a crash, in Figure 5 in a snapshot during a crash, and starting from that in Figure 6 at a later point in time in the event of a crash or after a crash.
  • the support unit 2 is designed so that it can be broken away from the bodywork in the event of a crash.
  • sliding capsules 23 are provided, which have fastening openings 24 through which fastening bolts (not shown) can be guided for connection to the body.
  • the Sliding capsules 23 are arranged in sliding slots 25, which are open to the rear, and are fixed therein by friction in such a way that, in the event of a crash caused by an impacting body in the longitudinal direction exerting a crash force C on the steering spindle 31, they can slide out of the support unit 2 in the longitudinal direction to the rear, as shown by the arrow implied. This allows the support unit 2 to be released forward from the body and moved forward together with the upper shell 33 . This movement in the event of a crash force C acting from the left in the view in FIG.
  • the upper shell 33 is moved forward relative to the lower shell 34, ie to the left in the drawing.
  • the energy absorption element 51 is moved into the gap 53 between the two cutting elements 54 in the longitudinal direction. Since the energy absorption element 51 is wider than the distance between the cutting edges, it comes into cutting engagement with the cutting elements 54 and chips 56 are continuously cut off on both sides as the relative movement progresses. If deformation ribs 55 are provided, as in FIG.
  • FIG. 6 shows the end state after the crash.
  • the level of energy absorption can be specified in a defined manner by the degree of machining, the dimensions of the energy absorption element 51, optionally the deformation ribs 55, the material pairing of the deformation element 51 and the machining element 52, the cutting edge geometry of the cutting edge elements 54 and/or other parameters.
  • One advantage of the invention is that the chipping element 52 is independent of the setting state of the clamping device 4 and is not connected to the clamping axis 41 .
  • an energy absorption device 5 can be implemented on all designs of a steering column 1 that has a lower casing 34 that can be adjusted in the longitudinal direction relative to an upper casing 33, with the upper casing 33 being able to be designed as an outer casing, as in the exemplary embodiment shown, and the lower Coat as inner coat, or vice versa.
  • the clamping device 4 can also be omitted sen will, or be replaced by other designs, or it can be provided a motorized adjustment.
  • the upper casing 33 is designed as an inner casing and/or the energy absorption element 51 on the upper casing 33 and the cutting element 52 on the lower casing 34.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Steering Controls (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lenksäule (1) für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Stelleinheit (3) mit einer Lenkspindel (31), die um ihre in Längsrichtung erstreckte Längsachse (L) in einer Manteleinheit (30) drehbar gelagert ist, wobei die Manteleinheit (30) einen in Längsrichtung relativ zu einem unteren Mantel (34) teleskopierbaren oberen Mantel (33) aufweist und eine Energieabsorptionseinrichtung (5) umfasst, wobei Energieabsorptionseinrichtung (5) ein mit dem einen Mantel (34) verbundenes Energieabsorptionselement (51) und ein mit dem anderen Mantel (33) verbundenes Zerspanungsorgan (52) aufweist, wobei das Zerspanungsorgan (52) ausgebildet und eingerichtet ist, um das Energieabsorptionselement (51) bei einer relativen Verschiebung der Mäntel (33, 34) im Crashfall zu zerspanen. Um ein verbessertes Ansprechverhalten der Energieabsorptionseinrichtung und einen verringerten Fertigungs- und Montageaufwand realisieren zu können, schlägt die Erfindung vor, dass das Zerspanungsorgan (52) in Längsrichtung fix an dem einen Mantel (33) festgelegt ist.

Description

Lenksäule für ein Kraftfahrzeug
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Lenksäule für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Stelleinheit mit einer Lenkspindel, die um ihre in Längsrichtung erstreckte Längsachse in einer Manteleinheit drehbar gelagert ist, wobei die Manteleinheit einen in Längsrichtung relativ zu einem unteren Mantel teleskopierbaren oberen Mantel aufweist und eine Energieabsorptionseinrichtung umfasst, wobei die Energieabsorptionseinrichtung ein mit dem einen Mantel verbundenes Energieabsorptionselement und ein mit dem anderen Mantel verbundenes Zerspanungsorgan aufweist, wobei das Zerspanungsorgan ausgebildet und eingerichtet ist, um das Energieabsorptionselement bei einer relativen Verschiebung der Mäntel im Crashfall zu zerspanen.
Die Manteleinheit bildet zusammen mit der darin drehbar gelagerten Lenkspindel eine Stelleinheit der Lenksäule zur Eingabe von manuellen Lenkbefehlen über ein fahrerseitig, am bezüglich der Fahrtrichtung hinteren Ende der Lenkspindel angebrachtes Lenkrad. Die Manteleinheit kann mittels einer Trageinheit direkt oder indirekt an der Karosserie eines Kraftfahrzeugs befestigt.
Zur Anpassung der Lenkradposition relativ zur Fahrerposition und zur Realisierung einer Energieabsorption im Crashfall ist es bekannt, die Stelleinheit in Längsrichtung teleskopier- bar zu gestalten. Die längenverstellbare Manteleinheit weist dazu mindestens einen fahrerseitigen, karosseriefernen oberen Mantel und einen relativ dazu teleskopierbaren, karosserieseitigen unteren Mantel auf. In einer derartigen Teleskopanordnung kann beispielsweise der untere Mantel in den oberen Mantel eintauchen, und wird dann auch als Innenmantel o- der inneres Mantelrohr bezeichnet, wobei dann der obere Mantel den Außenmantel oder die äußere Manteleinheit bildet. Bevorzugt kann der äußere Mantel verstellbar in der Trageinheit gehalten sein.
Es ist bekannt, mittels einer Spanneinrichtung, die wahlweise in eine Fixier- oder Lösestellung gebracht werden kann, in der Fixierposition die beiden Mäntel in Längsrichtung relativ zueinander, und gegebenenfalls die Stelleinheit relativ zur Trageinheit zu fixieren, und in der Lösestellung eine Verstellung zumindest eines Mantels relativ zum anderen Mantel und der Trageinheit zu ermöglichen. Alternativ kann eine relative Verstellung und Fixierung mittels mindestens eines Verstellantriebs erfolgen, der beispielsweise mindestens einen elektromotorisch antreibbaren Spindeltrieb aufweisen kann.
Zur Verbesserung der Insassensicherheit bei einem Fahrzeugzusammenstoß, dem sogenannten Crashfall, ist es bekannt, zwischen den Mänteln eine Energieabsorptionseinrichtung einzukoppeln, auch als Crash-System bezeichnet. Wird im Crashfall durch einen mit hoher Geschwindigkeit auf das Lenkrad auftreffenden Körper eine große Kraft auf das Lenkrad ausgeübt, die einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet, werden die beiden Mäntel auch in Fixierstellung der Verstelleinrichtung relativ zueinander in Längsrichtung zusammengeschoben, wobei mindestens ein Energieabsorptionselement der Energieabsorptionseinrichtung, beispielsweise ein Deformationsabschnitt, plastisch verformt wird. Dabei wird die in Längsrichtung in die Stelleinheit eingeleitete kinetische Energie absorbiert, d.h. in Verformungsarbeit umgesetzt, so dass der auf das Lenkrad auftreffende Körper kontrolliert abgebremst wird und die Verletzungsgefahr verringert wird.
Im Stand der Technik ist in der WO 2013/153374 A1 eine derartige Lenksäule mit den eingangs genannten Merkmalen beschrieben, bei der die Energieabsorptionseinrichtung ein an dem unteren Mantel fest angebrachtes Energieabsorptionselement aufweist, welches von einem als Hobel ausgebildeten Zerspanungsorgan unter Energieabsorption zerspant wird, wenn im Crashfall die Trageinheit zusammen mit dem oberen Mantel relativ zum unteren Mantel verschoben wird. Dabei ist der Hobel an einem Spannbolzen der Spanneinrichtung an der Trageinheit abgestützt, welche den oberen Mantel über eine kraftschlüssige Klemmung hält. Nachteilig daran ist, dass das Ansprechen der Energieabsorptionseinrichtung vom Losbrechen der Trageinheit von der Karosserie abhängig ist, und auch von der jeweiligen aktuellen Einstellposition des Spannbolzens. Die funktionsmäßige Kopplung von Spannbolzen und Hobel ist somit nachteilig. Hinzu kommt die relativ aufwendige Fertigung und Montage des Hobels an der Spanneinrichtung.
Angesichts der vorangehend erläuterten Problematik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Ansprechverhalten der Energieabsorptionseinrichtung und einen verringerten Fertigungs- und Montageaufwand realisieren zu können.
Darstellung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Lenksäule mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Bei einer Lenksäule für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Stelleinheit mit einer Lenkspindel, die um ihre in Längsrichtung erstreckte Längsachse in einer Manteleinheit drehbar gelagert ist, wobei die Manteleinheit einen in Längsrichtung relativ zu einem unteren Mantel telesko- pierbaren oberen Mantel aufweist und eine Energieabsorptionseinrichtung umfasst, wobei die Energieabsorptionseinrichtung ein mit dem einen Mantel verbundenes Energieabsorptionselement und ein mit dem anderen Mantel verbundenes Zerspanungsorgan aufweist, wobei das Zerspanungsorgan ausgebildet und eingerichtet ist, um das Energieabsorptionselement bei einer relativen Verschiebung der Mäntel im Crashfall zu zerspanen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Zerspanungsorgan in Längsrichtung fix an dem einen Mantel festgelegt ist.
Das Zerspanungsorgan kann vorzugsweise an dem als äußerer Mantel oder Außenmantelrohr ausgebildeten oberen Mantel angeordnet sein. Es weist ein Schneidenelement auf. Das untere Mantelrohr ist an der Karosserie abgestützt und kann als innerer Mantel oder Innenmantelrohr ausgebildet sein, welches teleskopierend in den Außenmantel eintaucht. Erfindungsgemäß ist das Zerspanungsorgan in Längsrichtung unverschiebbar an dem oberen Mantel angebracht, beispielsweise mit dem Außenmantel verbunden. Im Crashfall wird der obere Mantel in Längsrichtung auf den an der Karosserie abgestützten unteren Mantel zu bewegt und über den normalen Verstellbereich hinausbewegt, wobei das an dem erfindungsgemäß an dem oberen Mantel festgelegte Schneidenelement in Zerspanungseingriff mit dem an dem unteren Mantel festgelegten Energieabsorptionselement kommt und dieses in Längsrichtung unter Absorption kinetischer Energie fortlaufend zerspant, beispielsweise entlang dessen Längsseite einen Span abhebt.
Erfindungsgemäß ist das Zerspanungsorgan bevorzugt unmittelbar mit dem einen Mantel, bevorzugt mit dem oberen Mantel verbunden. Dabei ist eine direkte Verbindung zwischen dem Zerspanungsorgan, beispielsweise eines Schneidenelements oder einer mindestens eine Schneide aufweisenden Schneideneinheit vorgesehen. Diese direkte Verbindung ist als starre Verbindung ausgebildet, welche sich insbesondere dadurch auszeichnet, dass in keinem möglichen Betriebszustand eine Verlagerung oder Verstellung zwischen dem Mantel, bevorzugt dem oberen Mantel, und dem Zerspanungsorgan auftreten kann.
Bevorzugt ist die Manteleinheit von einer an einer Fahrzeugkarosserie anbringbaren Trageinheit gehalten.
Durch die unmittelbare, direkte Verbindung des Zerspanungsorgans mit dem Mantel kann ein einfacher und funktionssicherer Aufbau realisiert werden, beispielsweise durch eine form- und/oder stoffschlüssige, vorzugsweise unlösbare starre Verbindung, bevorzugt mit dem oberen Mantel. Dadurch kann der Herstellungs- und Montageaufwand gegenüber der Anbringung an der Spanneinrichtung der Trageinheit im Stand der Technik reduziert werden. Ein weiterer Vorteil ist die erhöhte Funktionssicherheit, die durch das Ansprechen der Energieabsorptionseinrichtung unabhängig von der Konstruktion der Trageinheit und deren Zusammenwirken mit den Mänteln im Crashfall realisierbar ist. Dadurch kann die Einleitung und Übertragung der Crashenergie optimiert werden. Es ist weiter vorteilhaft, dass durch den einfacheren Aufbau eine bauraumsparende, kompakte Bauweise ermöglicht wird.
Eine vorteilhafte Ausführung ist, dass das Zerspanungsorgan integral mit dem Mantel, bevorzugt mit dem oberen Mantel ausgebildet ist. Eine integrale Bauweise sieht vor, dass das Zerspanungsorgan einteilig, oder einstückig in dem Mantel integriert ist. Beispielsweise kann ein Schneidenelement aus dem Material des Mantels, beispielsweise des Außenmantels, einstückig mit diesem ausgebildet sein, beispielsweise durch Umformung an einem metallischen Blechformteil, beispielsweise aus Stahlblech, ausgebildet sein, oder in ein Gussteil, beispielsweise aus einer Aluminium- oder Magnesiumlegierung, eingeformt sein. Dadurch kann der Fertigungs- und Montageaufwand in vorteilhafter weise reduziert werden.
Es ist auch denkbar, das Zerspanungsorgan an einem Guss- oder Blechformteil zu fixieren, beispielsweise über eine Form- und/oder stoffschlüssige Verbindung, vorzugsweise unlösbar, beispielsweise durch Befestigungsmittel wie Nieten, Schweißen oder dergleichen.
Dadurch kann zwar der Bauteil- und Montageaufwand erhöht werden, es bieten sich jedoch zusätzliche Möglichkeiten zur funktionalen Anpassung, beispielsweise durch optimierte Gestaltung des Schneidenelements unabhängig vom Material des Mantels.
Als weitere Möglichkeit zur Optimierung ist eine partielle Härtung oder Verstärkung des Zerspanungsorgans im Bereich des Schneidenelements denkbar, beispielsweise durch Aufbringung einer Hartbeschichtung, lokale thermische Härtung, Verdichtung oder dergleichen.
Eine vorteilhafte Ausführung kann vorsehen, dass das Zerspanungsorgan einen in Längsrichtung erstreckten Schlitz aufweist, von dem das Energieabsorptionselement umgreifbar ist, und in dem mindestens einem Schneidenelement angeordnet ist. Der Schlitz hat einen radial offenen Schlitzquerschnitt, der stirnseitig nach vorn, also zum unteren Mantel hin in Längsrichtung offen ist. Bei einem als Außenmantel ausgebildeten oberen Mantel erstrecht sich der Schlitz vom Rand der vorderen Öffnung, in welche der als Innenmantel ausgebildete untere Mantel teleskopartig eintaucht. Das Energieabsorptionselement ist derart an dem unteren Mantel angebracht, beispielsweise von dem Innenmantel radial nach außen vorste- hend, dass es im Crashfall von vorn, durch die stirnseitige Öffnung in den Schlitz hineingezwängt wird, wobei es in Zerspanungseingriff mit dem mindestens einen Schneidenelement kommt, welches nach innen in den Schlitzquerschnitt vorsteht. Dadurch, dass der Querschnitt des Energieabsorptionselements größer ist als der freie Schlitzquerschnitt zwischen den Schneidenelementen, wird es durch das oder die Schneidenelemente beim Eintritt in den Schlitz in Längsrichtung fortlaufend spanend geschält wird. Ein derartiger Schlitz kann mit besonders geringem konstruktiven Aufwand in den oberen Mantel integriert werden. Darüber hinaus kann eine besonders raumsparende, kompakte Bauweise realisiert werden. Außerdem können die beim Zerspanen auf die Schneidenelemente wirkenden Reaktions- und Zerspanungskräfte sicher innerhalb des Schlitzes zwischen den das Energieabsorptionselement umgreifenden Schlitzwandungen abgestützt und aufgenommen werden. Dies ist besonders vorteilhaft gegenüber dem Stand der Technik, bei dem die Zerspanungskräfte radial zwischen den Mänteln angreifen und diese verformen können, wodurch die Zerspanung und damit die Energieabsorption beeinträchtigt werden kann.
Es kann vorgesehen sein, dass der Schlitz einander in Umfangsrichtung gegenüberliegende Schlitzwände hat, wobei auf mindestens einer der Schlitzwände ein Schneidenelement angeordnet ist. Im Crashfall tritt das Energieabsorptionselement von vor stirnseitig in den Schlitzquerschnitt zwischen die Schlitzwände, auch als Schlitzinnenwände kurz Innenwände bezeichnet, ein. An mindestens einer, bevorzugt an jeder der beiden Schlitzwände jeweils ein Schneidenelement angeordnet, die einander in Umfangsrichtung gegenüberliegen. Dazwischen wird das Energieabsorptionselement im Crashfall hindurchgezwängt und unter Spanbildung geschält. Die dabei in Umfangs- und Längsrichtung wirkenden Zerspanungskräfte können sicher über die Schlitzwandungen abgestützt werden.
Durch die einander in Umfangsrichtung im Schlitz gegenüberliegenden Schneidenelemente wird ein dazwischen unter Zerspanung hindurchgezwängtes Energieabsoptionselement von beiden Seiten symmetrisch gestützt und gleichmäßig zerspant. Ein Verbiegen oder Ausweichen des Energieabsorptionselements durch Zerspanungskräfte kann somit verhindert werden, wodurch die Funktionssicherheit gegenüber den einseitigen, unsymmetrischen Anordnungen im Stand der Technik in vorteilhafter weise erhöht wird.
Ein oder mehrere Schneidenelemente können bevorzugt am stirnseitigen Ende an den vorderen Kanten des Schlitzes angeordnet sein, wobei die Kanten selbst die Schneidenelemente bilden können, welche einstückig mit dem oberen Mantel ausgebildet sein können. Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass das Energieabsorptionselement einen stegartigen Vorsprung hat. Der Vorsprung bildet einen in Längsrichtung erstreckten, im karosserienahen vorderen Bereich radial von dem Innenmantel abstehenden Steg, der im Crashfall von vorn in den Schlitz des oberen Mantels hineinbewegt werden kann. Ein derartiger Vorsprung kann mit geringem konstruktiven Aufwand realisiert werden.
Der vorgenannte Vorsprung hat bevorzugt einander in Umfangsrichtung gegenüberliegende Außenwände, die vorzugsweise im Wesentlichen parallel zueinander und zu den Innenwänden des Schlitzes orientiert sind.
Es kann mit Vorteil vorgesehen sein, dass das Energieabsorptionselement mindestens eine nach außen vorstehende in Längsrichtung erstreckte Deformationsrippe aufweist. Es können eine oder mehrere Deformationsrippen vorgesehen sein, welche quer zur Längsrichtung von dem Energieabsorptionselement abstehen, beispielsweise so weit in Umfangsrichtung von der oder den Seitenwänden vorstehen, dass sie in Längsrichtung jeweils einem Schneidenelement gegenüberliegen. Im Crashfall werden die Deformationsrippen von dem Schneidenelement erfasst und durch das Zerspanungsorgan spanend von dem Energieabsorptionselement abgetrennt. Durch die geometrische Form und die Abmessungen kann bei einer Deformationsrippe der im Crashfall von dem Zerspanungsorgan zu durchtrennende Querschnitt, der sogenannte Trennquerschnitt, definiert vorgegeben werden. Auf diese Weise kann die erforderliche Zerspanungsarbeit und damit die Energieabsorptionscharakteristik mit geringem Aufwand an die konkrete Anwendung angepasst werden.
Eine Deformationsrippe kann bevorzugt einstückig mit dem Energieabsorptionselement ausgebildet sein. Beispielsweise kann an einem stegartigen Vorsprung eines Energieabsorptionselements an einer oder mehreren Außenwänden jeweils eine oder mehrere Deformationsrippen angeordnet sein.
Es ist möglich, dass die Deformationsrippe einen über ihre Längserstreckung gleichbleibenden Querschnitt oder einen über ihre Längserstreckung veränderlichen Querschnitt hat. Der Querschnitt einer Deformationsrippe bezeichnet den von dem Zerspanungsorgan zu durchtrennenden Trenn- oder Zerspanungsquerschnitt. Ein über die Länge gleicher Trennquerschnitt erzeugt eine gleichbleibende Energieabsorption. Durch einen veränderten Querschnitt, beispielsweise eine über die Länge nach vorm zunehmende Breite der Deformationsrippe, kann eine über die Länge progressive ansteigende Zerspanungskraft und eine entsprechend zunehmende Energieabsorption realisiert werden. Der veränderliche Querschnitt kann beispielsweise linear oder nichtlinear zunehmend oder abnehmend oder in Längsrichtung abschnittsweise unterschiedlich ausgestaltet sein.
Eine vergleichbare Wirkung auf die Energieabsorption kann auch dadurch erreicht werden, dass der Gesamtquerschnitt des Energieabsorptionselements über seine Länge in Längsrichtung gleich ist, oder veränderlich ausgestaltet ist.
Eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung sieht vor, dass das Energieabsorptionselement aus Kunststoff ausgebildet ist. Es kann zumindest teilweise oder abschnittweise in dem Bereich, der zur Zerspanung oder Durchtrennung durch das Zerspanungsorgan vorgesehen ist, aus einem Kunststoff ausgebildet sein, beispielsweise einem thermoplastischen Polymer wie beispielsweise Polyoxymethylene oder Polyetheretherketon oder dergleichen.
Bevorzugt kann ein einstückiges Kunststoffteil vorgesehen sein, bevorzugt ein Kunststoff- Spritzgussteil, welches hinsichtlich Form und Abmessungen weitgehend frei gestaltet werden und rationell gefertigt werden kann.
Ein Energieabsorptionselement aus Kunststoff kann mit Vorteil mit einem Zerspanungsorgan mit metallischen Schneidenelementen Zusammenwirken. Durch die höhere Härte des metallischen Werkstoffs, die deutlich härter ist als der eingesetzte Kunststoff, kann in jedem Fall sichergestellt werden, dass eine kontrollierte und zuverlässige Zerspanung mit entsprechend definierter Energieabsorption gewährleistet ist. Dies kommt einer integralen, beispielsweise einstückigen Ausbildung des Zerspanungsorgans mit dem Mantel zugute, so dass dieser ohne funktionale Nachteile auch aus Aluminiumguss oder dergleichen gefertigt sein kann.
Für den Einsatz eines Energieabsorptionselements aus Kunststoff ist insbesondere die oben beschriebene Ausgestaltung des Zerspanungsorgans mit einem Schlitz vorteilhaft. Durch den Schlitz kann das relativ weiche Energieabsorptionselement während der Zerspanung im Crashfall radial und in Umfangsrichtung geführt und gehalten werden, so dass ein potentiel die Zerspanung beeinträchtigendes unkontrolliertes Ausweichen oder Quetschen vermieden werden kann. Dies kommt einer kontrollierten Zerspanung und damit einer definierten Energieabsorption zugute.
Bevorzugt ist eine Spanneinrichtung an der Trageinheit angebracht und derart ausgebildet, dass diese zwischen einer Fixierstellung und einer Lösestellung umschaltbar ist, wobei in der Fixierstellung die Manteleinheit gegenüber der Trageinheit festgesetzt ist und in der Lösestellung die Manteleinheit gegenüber der Trageinheit verstellbar ist. Somit ist es vorgesehen, dass die Spanneinrichtung an der Trageinheit angebracht und ausgebildet ist, die wahlweise in die Fixierstellung bringbar ist zur Verspannung der Manteleinheit mit der Trageinheit und in die Lösestellung zur Verstellung der Manteleinheit gegenüber der Trageinheit. In der Lösestellung ist zumindest ein Mantel relativ zum anderen Mantel teleskopartig verstellbar, zur Längenverstellung der Lenksäule. Dabei ist der eine Mantel, beispielsweise der obere, äußere Mantel relativ zur Trageinheit verstellbar, während der untere, innere Mantel relativ zur Karosserie abgestützt ist. In der Fixierstellung ist das obere Mantelrohr mit der Trageinheit verspannt, und zugleich auch mit dem unteren Mantelrohr geklemmt. In an sich bekannter Weise weist die Spanneinrichtung eine manuell oder motorische Klemmung auf, welche das äußere Mantelrohr radial zusammendrückt und kraftschlüssig auf dem Innenmantelrohr festspannt. Die Klemm kraft wird gleichzeitig dazu genutzt, die Manteleinheit kraftschlüssig mit der Trageinheit zu verspannen, beispielsweise durch Klemmen des äußeren Mantels zwischen zwei gegeneinander zusammengedrückten Seitenwangen.
Als Ausgestaltung der vorangehend genannten Ausführung ist es möglich, dass die Spanneinrichtung eine quer zur Längsachse durch die Trageinheit und den oberen Mantel durchgehende Spannachse aufweist, die mit einer Hubvorrichtung zusammenwirkt. Die Spannachse kann durch manuelle oder motorische Drehung die Hubvorrichtung zur Ausübung einer Spann- oder Klemmkraft, welcher die Mäntel lösbar miteinander verspannt, und die Manteleinheit mit der T rageinheit. Beispielsweise hat die T rageinheit zwei quer zur Längsrichtung nach unten vorstehende Seitenwangen, zwischen denen die Manteleinheit, bevorzugt das obere Mantelrohr aufgenommen ist, und die von der Spannachse durchsetzt werden. In der Fixierstellung übt die außen auf einer Seitenwange abgestützte Hubvorrichtung über die Spannachse eine Spannkraft aus, mit der die Seitenwangen gegen den äußeren Mantel verspannt werden, der ebenfalls von der Spannachse durchsetzt wird und seinerseits auf dem inneren Mantel verspannt wird. Diese Anordnung ermöglicht eine einfache und zuverlässige Umschaltung zwischen der Fixier- und Lösestellung, beispielsweise manuell durch Betätigung eines an der Spannachse angebrachten Spannhebels.
Im Unterschied zu dem oben genannten Stand der Technik, bei dem das Zerspanungsorgan über die Spannachse an der Trageinheit abgestützt ist, ist erfindungsgemäß eine direkte Verbindung mit dem oberen Mantel ausgebildet. Mit anderen Worten ist erfindungsgemäß das Zerspanungsorgan von der Spannachse separiert, und kann somit Abstand in Längsrichtung zur Spannachse haben. Eine vorteilhafte Ausführung kann dadurch realisiert sein, dass das äußere Mantelrohr einen in Längsrichtung offenen Klemmschlitz aufweist. Der Klemmschlitz ist ein Längsschlitz im äußeren Mantel, dessen gegenüberliegende Schlitzkanten beim Festspannen durch die Spanneinrichtung in Umfangsrichtung gegeneinander belastet werden, wodurch der Außenmantel auf dem Innenmantel festgeklemmt wird. Dabei kann vorgesehen sein, dass der Klemmschlitz den oben beschriebenen Schlitz des Zerspanungsorgans aufweist oder diesen bildet. Durch diese doppelte Funktion kann die Konstruktion der Lenksäule in vorteilhafter Weise vereinfacht werden.
Der der untere Mantel kann einen Innenmantel aufweisen oder als solcher ausgebildet sein, beispielsweise als Innenmantelrohr, welches in den als Außenmantel ausgebildeten oberen Mantel eintaucht, welches beispielsweise als Außenmantelrohr oder Führungskasten ausgebildet sein kann.
Eine mögliche Ausführung der Erfindung ist, dass Trageinheit losbrechbare Befestigungsmittel zur Anbringung an der Fahrzeugkarosserie aufweist. Die Trageinheit kann hierzu beispielsweise nach hinten offene Langlöcher aufweisen, in die an der Karosserie festlegbare Gleitkapseln angeordnet sind. Bei Überschreiten einer festgelegten Grenzkraft, die im Crashfall als sogenannte Crashkraft durch den Aufprall eines Körpers auf das Lenkrad überschritten wird, gleiten die Gleitkapseln aus den Langlöchern heraus, und die Trageinheit bricht nach vorne los und bewegt sich samt des darin mittels der Spanneinrichtung festgelegten Mantel der Manteleinheit. Diese Bewegung wird durch die erfindungsgemäße Energieabsorptionseinrichtung kontrolliert abgebremst. Dadurch, dass erfindungsgemäß das Zerspanungsorgan direkt am oberen Mantel festgelegt ist, ist das Energieabsorptionsverhalten unabhängig von der Haltekraft der Spanneinrichtung, so dass eine erhöhte Funktionssicherheit gegeben ist.
Beschreibung der Zeichnungen
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Im Einzelnen zeigen:
Figur 1 eine erfindungsgemäße Lenksäule in einer schematischen perspektivischen Ansicht,
Figur 2 eine weitere perspektivische Ansicht der Lenksäule gemäß Figur 1 , Figur 3 eine vergrößerte Detailansicht der Lenksäule gemäß Figur 1 und 2 in einer weiteren perspektivischen Ansicht,
Figur 4 die Lenksäule gemäß Figur 1 in einer Ansicht von unten im normalen Betriebszustand vor einem Crash,
Figur 5 eine Ansicht wie in Figur 4 bei einem Crash,
Figur 6 eine Ansicht wie in Figur 5 nach einem Crash.
Ausführungsformen der Erfindung
In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.
Figuren 1, 2 und 3 zeigen eine erfindungsgemäße Lenksäule 1 in unterschiedlichen perspektivischen Ansichten.
Die Lenksäule 1 umfasst eine an einer nicht dargestellten Karosserie eines Kraftfahrzeugs festlegbare Trageinheit 2, von der eine Stelleinheit 3 gehalten ist. Figur 1 zeigt eine Ansicht schräg von hinten oben in Einbaulage im Kraftfahrzeug, Figur 2 schräg von vorn unten.
Die Stelleinheit 3 umfasst eine in einer Manteleinheit 30, in der eine Lenkspindel 31 um ihre in Längsrichtung erstreckte Längsachse L drehbar gelagert ist. Am bezüglich der Fahrtrichtung hinteren, in Figur 1 nach rechts weisenden Endabschnitt weist die Lenkspindel 31 einen Anschlussabschnitt 32 zur Anbringung eines nicht dargestellten Lenkrads auf.
Die Manteleinheit 3 weist einen karosseriefernen oberen Mantel 33 auf, der auch als Außenmantel bezeichnet wird, in dem ein unterer Mantel 34, auch als Innenmantel bezeichnet, in Längsrichtung teleskopierbar aufgenommen ist, wie schematisch mit dem Doppelpfeil angedeutet ist. Der untere Mantel 34 weist an seinem vorderen, karosserienahem Ende einen Flansch 36 auf, der mit der Karosserie verbindbar und in Längsrichtung abstützbar ist.
Der obere Mantel 33 ist zwischen zwei nach unten vorstehenden Seitenwangen 21 der Trageinheit 2 aufgenommen. Eine Spanneinrichtung 4 weist eine die beiden Seitenwangen 21 quer zur Längsachse L durchsetzende Spannachse 41 auf, die sich über ein Hubgetriebe 42 von außen an der einen Seitenwange 21 abstützt, und über ein Widerlager 43 außen an der anderen Seitenwange 21. Durch manuelle Betätigung eines an der Spannachse 41 angebrachten Spannhebels 44 wird von dem Hubgetriebe 42 ein Spannhub in Richtung der Spannachse 41 ausgeübt, wodurch die Fixierstellung eingestellt wird, in welcher der obere Mantel 33 zwischen den Seitenwangen 21 eingespannt ist, und durch die darüber ausgeübte Spannkraft auch der obere Mantel 33 auf dem unteren Mantel 34 kraftschlüssig festgespannt ist.
Durch umgekehrte Betätigung des Spannhebels 44 wird die auf die Seitenwangen 21 ausgeübte Spannkraft gelöst. In diese Löseposition der Spanneinrichtung 4 kann der obere Mantel 33 in Längsrichtung zur Einstellung der Lenkradposition relativ zur Trageinheit 2 vor oder zurück verschoben werden, wie mit dem Doppelpfeil angedeutet. Dabei gleitet die Spannachse 41 in Längsschlitzen 35 des oberen Mantels 33 geführt vor oder zurück.
Die Spannachse 41 ist durch vertikale Höhenverstellschlitze 22 in den Seitenwangen 21 hindurchgeführt, so dass sie zusammen mit dem oberen Mantel 33 zur Höhenverstellung der Stelleinheit 2 in einer Höhenrichtung H relativ zur Trageinheit 2 verstellbar ist, wie mit dem Doppelpfeil angedeutet ist.
Eine erfindungsgemäße Energieabsorptionseinrichtung 5, die in Figur 3 vergrößert dargestellt ist, weist ein Energieabsorptionselement 51 und ein Zerspanungsorgan 52 auf.
Das Energieabsorptionselement 51 ist als in Längsrichtung langgestreckter Vorsprung oder Steg ausgebildet, der von dem unteren Mantel 34 radial vorsteht. Es ist bevorzugt aus einem Kunststoff ausgebildet, bevorzugt einstückig, beispielsweise als Kunststoff-Spritzgussteil. Erfindungsgemäß ist das Energieabsorptionselement 51 unmittelbar und in Längsrichtung unverschiebbar mit dem unteren Mantel 34 verbunden, beispielsweise durch eine form- und/oder stoffschlüssige Verbindung, die unlösbar sein kann, beispielsweise durch Vernieten, Verschweißen, Kleben oder dergleichen.
Das Zerspanungsorgan 52 ist im gezeigten Beispiel einstückig an dem oberen Mantel 33 ausgebildet, der bevorzugt aus einem metallischen Material gefertigt ist, welches härter ist als der Kunststdoff des Energieabsorptionselements 51 , und beispielsweise wie gezeigt ein- Metallgussteil umfasst, beispielsweise aus Aluminium, Magnesium oder dergleichen. Alternativ kann ein Blechformteil vorgesehen sein, beispielsweise aus Stahlblech. Das Zerspanungsorgan 52 umfasst einen in Längsrichtung verlaufenden Schlitz 53, der in Längsrichtung mit dem Steg des Energieabsorptionselements 51 fluchtet, und an seinem diesem zugewandten vorderen Ende offen ist.
Der Schlitz 53 weist im Bereich seiner dem Energieabsorptionselement 51 zugewandten Öffnung an seinen beiden vorderen Kanten zwei Schneidenelemente 54 auf. Die Schneidenelemente 54 erstrecken sich im Wesentlichen radial und liegen einander im Umfangsrichtung gegenüber, wobei sie etwa um die Schlitzbreite des Schlitzes 53 beabstandete Schneidkanten aufweisen. Die Schneidenelemente 54 sind bevorzugt einstückig mit dem oberen Mantel 33 integriert ausgebildet, und haben beispielsweise an ein Metallgussteil oder ein Blechformteil angeformte Schneidkanten.
Der Abstand der Schneidenelemente 54 in Umfangsrichtung, der auch als Schneidenabstand bezeichnet wird, entspricht der Schlitzbreite des Schlitzes 53, und ist kleiner als die in Umfangsrichtung gemessenen Breite des Energieabsorptionselements 61 , die auch als Vorsprungs- oder Stegbreite bezeichnet wird.
Das Energieabsorptionselement 51 kann auf seinen in Umfangsrichtung außen liegenden Außenseiten in Längsrichtung erstreckte Deformationsrippen 55 aufweisen, die in Figur 3 erkennbar sind, und die in Umfangsrichtung bis über die Schneidenelemente 54 vorstehen. Die Deformationsrippen 55 können bevorzugt einstückig an das Energieabsorptionselement 51 angeformt sein. Alternativ können die Deformationsrippen 55 auch weggelassen werden, wobei die Stegbreite des Energieabsorptionselements 51 zumindest abschnittweise größer ist als der Schneidenabstand der Schneidenelemente 54.
Neben seiner vorangehend beschriebenen Funktion in der Energieabsorptionseinrichtung 5 dient der Schlitz 53 auch als Ausgleichelement bei der kraftschlüssigen Verspannung desoberen Mantels 33 auf dem unteren Mantel 34.
In den Figuren 4, 5 und 6 ist eine Lenksäule 1 jeweils in derselben Perspektive von unten in verschiedenen Zuständen gezeigt, nämlich in Figur 4 im normalen Betriebszustand vor einem Crash, in Figur 5 in einer Momentaufnahme während eines Crashfalls, und davon ausgehend in Figur 6 zu einem späteren Zeitpunkt bei einem Crash bzw. nach einem Crash.
Die Trageinheit 2 ist von der Karosserie im Crashfall losbrechbar ausgestaltet. Hierzu sind Gleitkapseln 23 vorgesehen, welche Befestigungsöffnungen 24 aufweisen, durch nicht gezeigte Befestigungsbolzen zur Verbindung mit der Karosserie hindurchführbar sind. Die Gleitkapseln 23 sind in nach hinten offenen Gleitschlitzen 25 angeordnet und darin derart reibschlüssig fixiert, dass sie bei einer im Crashfall durch einen aufprallenden Körper in Längsrichtung auf die Lenkspindel 31 ausgeübten Crashkraft C in Längsrichtung nach hinten aus der Trageinheit 2 herausgleiten können, wie mit dem Pfeil angedeutet. Dadurch kann die Trageinheit 2 von der Karosserie nach vorn freikommen und zusammen mit dem oberen Mantel 33 nach vorn bewegt werden. Diese Bewegung bei einer in der Ansicht von Figur 4 von links einwirkenden Crashkraft C ist mit dem Pfeil links des oberen Mantels 33 eingezeichnet.
Ausgehend von Figur 4 wird der ober Mantel 33 relativ zum unteren Mantel 34 nach vorn, also in der Zeichnung nach links bewegt. Dabei wird das Energieabsorptionselement 51 in den zwischen den beiden Schneidenelementen 54 in Längsrichtung in den Spalt 53 hineinbewegt. Da das Energieabsorptionselement 51 breiter ist als der Schneidenabstand, kommt es in Zerspanungseingriff mit den Schneidenelementen 54, und es werden auf beiden Seiten mit fortschreitender Relativbewegung fortlaufend Späne 56 abgetrennt, die vor dem Zerspanungsorgan 52 seitlich weggebogen werden. Sind Deformationsrippen 55 wie in Figur 3 vorgesehen, werden diese von dem Energieabsorptionselement abgeschält, d.h. unter Absorption kinetischer Energie spanend abgetrennt.
Die in Figur 5 begonnene Zerspanung ist in Figur 6 in einem fortgeschrittenen Zustand gezeigt. Falls dann bereits genügend kinetische Energie aufgezehrt ist, zeigt Figur 6 den Endzustand nach dem Crash.
Das Niveau der Energieabsorption kann durch den Zerspanungsgrad, die Abmessungen des Energieabsorptionselements 51 , gegebenenfalls der Deformationsrippen 55, die Materialpaarung von Deformationselement 51 und Zerspanungsorgan 52, die Schneidengeometrie der Schneidenelemente 54 und/oder weitere Parameter definiert vorgegeben werden.
Dabei ist ein Vorteil der Erfindung, dass das Zerspanungsorgan 52 unabhängig vom Einstellzustand der Spanneinrichtung 4 ist und nicht mit der Spannachse 41 verbunden ist.
Eine erfindungsgemäße Energieabsorptionseinrichtung 5 kann im Prinzip an allen Bauformen einer Lenksäule 1 realisiert werden, welche einen in Längsrichtung relativ zu einem oberen Mantel 33 verstellbaren unteren Mantel 34 aufweist, wobei der obere Mantel 33 wie im gezeigten Ausführungsbeispiel als Außenmantel ausgebildet sein kann, und der untere Mantel als Innenmantel, oder auch umgekehrt. Die Spanneinrichtung 4 kann auch weggelas- sen werde, oder durch andere Bauformen ersetzt sein, oder es kann ein motorischer Verstellantrieb vorgesehen sein. Es ist auch denkbar und möglich, dass der obere Mantel 33 als Innenmantel ausgebildet ist, und/oder das Energieabsorptionselement 51 am oberen Mantel 33 und das Zerspanungsorgan 52 am unteren Mantel 34.
Bezugszeichenliste
1 Lenksäule
2 Trageinheit
21 Seitenwange
22 Höhenverstellschlitz
23 Gleitkapsel
24 Befestigungsöffnung
25 Gleitschlitz
3 Stelleinheit
30 Manteleinheit
31 Lenkspindel
32 Anschlussabschnitt
33 oberer Mantel 33 (Außenmantel)
34 unterer Mantel 34 (Innenmantel)
35 Längsschlitz
36 Flansch
4 Spanneinrichtung
41 Spannachse
42 Hubgetriebe
43 Widerlager
44 Spannhebel
5 Energieabsorptionseinrichtung
51 Energieabsorptionselement
52 Zerspanungsorgan
53 Schlitz
54 Schneidenelement
55 Deformationsrippen
56 Späne
L Längsachse
H Höhenrichtung
C Crashkraft

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Lenksäule (1) für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Stelleinheit (3) mit einer Lenkspindel (31), die um ihre in Längsrichtung erstreckte Längsachse (L) in einer Manteleinheit (30) drehbar gelagert ist, wobei die Manteleinheit (30) einen in Längsrichtung relativ zu einem unteren Mantel (34) teleskopierbaren oberen Mantel (33) aufweist und eine Energieabsorptionseinrichtung (5) umfasst, wobei Energieabsorptionseinrichtung (5) ein mit dem einen Mantel (34) verbundenes Energieabsorptionselement
(51) und ein mit dem anderen Mantel (33) verbundenes Zerspanungsorgan (52) aufweist, wobei das Zerspanungsorgan (52) ausgebildet und eingerichtet ist, um das Energieabsorptionselement (51) bei einer relativen Verschiebung der Mäntel (33, 34) im Crashfall zu zerspanen, dadurch gekennzeichnet, dass das Zerspanungsorgan (52) in Längsrichtung fix an dem einen Mantel (33) festgelegt ist.
2. Lenksäule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zerspanungsorgan
(52) integral mit dem Mantel (33) ausgebildet ist.
3. Lenksäule nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel (33) ein Gussteil oder ein Blechformteil aufweist.
4. Lenksäule nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zerspanungsorgan (52) einen in Längsrichtung erstreckten Schlitz (53) aufweist, von dem das Energieabsorptionselement (51) umgreifbar ist, und in dem mindestens einem Schneidenelement (54) angeordnet ist.
5. Lenksäule nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitz (53) einander in Umfangsrichtung gegenüberliegende Schlitzwände hat, wobei an mindestens einer der Schlitzwände ein Schneidenelement (54) angeordnet ist.
6. Lenksäule nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Energieabsorptionselement (51) einen stegartigen Vorsprung hat.
7. Lenksäule nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Energieabsorptionselement (51) mindestens eine nach außen vorstehende in Längsrichtung erstreckte Deformationsrippe (55) aufweist.
8. Lenksäule nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Deformationsrippe (55) einen über ihre Längserstreckung gleichbleibenden Querschnitt oder einen über ihre Längserstreckung veränderlichen Querschnitt hat.
9. Lenksäule nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Energieabsorptionselement (51) aus Kunststoff ausgebildet ist.
10. Lenksäule nach einem der vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Manteleinheit (30) von einer an einer Fahrzeugkarosserie anbringbaren Trageinheit (2) gehalten ist.
11. Lenksäule nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Spanneinrichtung (4) an der Trageinheit (2) angebracht und derart ausgebildet ist, dass diese zwischen einer Fixierstellung und einer Lösestellung umschaltbar ist, wobei in der Fixierstellung die Manteleinheit (30) gegenüber der Trageinheit (2) festgesetzt ist und in der Lösestellung die Manteleinheit (30) gegenüber der Trageinheit (2) verstellbar ist.
12. Lenksäule nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spanneinrichtung (4) eine quer zur Längsachse (L) durch die Trageinheit (2) und den oberen Mantel (33) durchgehende Spannachse (41) aufweist, die mit einer Hubvorrichtung (42) zusammenwirkt.
13. Lenksäule nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das äußere Mantelrohr (33) einen in Längsrichtung offenen Klemmschlitz (35) aufweist.
14. Lenksäule nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der untere Mantel (34) einen Innenmantel aufweist, welcher in den als Außenmantel ausgebildeten oberen Mantel (33) eintaucht.
15. Lenksäule nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Trageinheit (2) losbrechbare Befestigungsmittel (23, 25) zur Anbringung an der Fahrzeugkarosserie aufweist.
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