DE10064250A1 - Einrichtung mit einer axial deformierbaren Lenksäule eines Kraftfahrzeugs - Google Patents
Einrichtung mit einer axial deformierbaren Lenksäule eines KraftfahrzeugsInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung mit einer axial deformierbaren Lenksäule (1) eines Kraftfahrzeuges, umfassend ein erstes Lenksäulenrohrelement (2) und mindestens ein teleskopartig in dieses einschiebbares zweites Lenksäulenrohrelement (3). Es sind Mittel (30, 31, 32) zur Erfassung von Parametern eines Fahrzeugführers und eine Vorrichtung (20) zur Veränderung des Verformungswiderstands zwischen den Lenksäulenrohrelementen (2, 3) in Abhängigkeit von den erfaßten Parametern vorgesehen, um für ein breites Spektrum von Fahrzeuginsassen die Sicherheit zu erhöhen.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung mit einer axial deformierbaren
Lenksäule eines Kraftfahrzeuges, umfassend ein erstes Lenksäulenrohrelement und
mindestens ein teleskopartig in dieses einschiebbares zweites Lenksäulenrohrelement.
Zur Verringerung der Verletzungsgefahr des Fahrers eines Kraftfahrzeuges werden
Lenksäulen in Kraftfahrzeugen üblicherweise axialverschieblich ausgeführt. Dazu wird die
Lenkstange, an der das Lenkrad befestigt ist, in einer axial verschiebbaren Führung
gelagert. Das Lenksäulenrohr wird üblicherweise deformierbar ausgelegt.
Eine gattungsgemäße Einrichtung ist aus der EP 0 872 401 bekannt. Dort wird eine
Lenksäule vorgeschlagen, die Deformationsglieder aufweist, die zwischen sich einen
formstabilen Lenksäulenzwischenabschnitt einschließen. Das Lenksäulenrohr ist nach
Art eines Faltenbalges gebaut, so daß dieses scheibenartige und damit leicht
deformierbare Abschnitte aufweist.
Eine weitere Lenksäule ist aus der DE 195 42 491 C1 bekannt, bei der einem
verschiebbaren Teil der Lenksäule ein zweites Deformationsglied zugeordnet ist, das für
den Fall, daß der Fahrzeugführer nicht angegurtet ist, die sonst von dem Gurt
aufgenommene Verformungsenergie zusätzlich aufbringt.
Nachteilig an einer Lenksäule nach Stand der Technik ist der hohe fertigungstechnische
Aufwand zur Herstellung des Lenksäulenrohres und der zusätzlich benötigte Bauraum.
Aus dem Gebrauchsmuster DE 297 19 362 U1 ist eine Lenksäule bekannt, bei der die im
Kollisionsfall umzusetzende Energie in gesteuerter Weise absorbiert werden kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Einrichtung mit einer
Lenksäule zu schaffen, die einfach zu fertigen ist und die für ein breites Spektrum von
Fahrzeugführern die Wirkung der Lenksäule als Rückhalteelement weiter verbessert.
Dieses Problem wird durch eine Einrichtung nach Patentanspruch 1 gelöst.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die Lenksäule Mittel zur Erfassung von
Parametern eines Fahrzeugführers aufweist. Damit gekoppelt ist eine Vorrichtung zur
Veränderung des Verformungswiderstands zwischen den Lenksäulenrohrelementen,
wobei diese Veränderung in Abhängigkeit von den erfaßten Parametern erfolgt. Die
ermittelten Parameter werden an eine entsprechende Steuerung geleitet, die auf die
Vorrichtung zur Veränderung des Verformungswiderstandes bzw. der Steifigkeit der
Lenksäule einwirkt. Durch die Veränderung des Verformungswiderstandes in
Abhängigkeit von den ermittelten Parametern kann bei einem Aufprall der
Fahrzeugführers auf das Lenkrad bzw. die Lenksäule ein angepaßte Nachgiebigkeit der
Lenksäule eingestellt werden, so daß dem Fahrzeugführer eine entsprechende
Energieabsorption bereitgestellt wird. Dadurch wird das Verletzungsrisiko des .
Fahrzeugführers bei einem Unfall reduziert.
Um möglichst relevante Parameter hinsichtlich des Fahrzeugführers zu erhalten, ist es
vorgesehen, daß die Mittel zur Erfassung dieser Parameter als Sensoren ausgebildet
sind, die insbesondere den Anschnallzustand oder das Gewicht automatisch erfassen.
Bezüglich der Erfassung des Anschnallzustandes kann dies auf einfache Art und Weise
dadurch festgestellt werden, daß die Informationen an dem Gurtschloß abgegriffen
werden, beispielsweise unter Ausnutzung einer bereits vorhandenen
Anschnallwarneinrichtung. Für die Erfassung des Gewichtes können entsprechende
Sensoren in der Sitzfläche oder an den Sitzschienen angeordnet sein.
Zweckmäßigerweise ist die Vorrichtung so ausgelegt, daß der Verformungswiderstand
der Lenksäulenrohrelemente erhöht wird, wenn der Fahrzeugführer nicht angeschnallt ist.
Dies hat zur Folge, daß dem nicht angeschnallten Fahrzeugführer ein ausreichender
Widerstand durch die entsprechend angepaßte Lenksäule entgegentritt, wodurch sich
eine optimale Schutzwirkung ergibt. Entsprechend dazu verändert die Vorrichtung den
Verformungswiderstand der Lenksäulenrohrelemente proportional zu dem Gewicht eines
Fahrzeugführers, da im Falle eines Aufpralls sich die aufzunehmende Energie
proportional zur Masse verändert.
Insgesamt ist also eine Optimierung der Lenksäulennachgiebigkeit auf unterschiedliche
Fahrzeugführer-Staturen und/oder auf unterschiedliche Anschnallverhalten möglich.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist entsprechend der DE 29 71 9362 U1 in das erste
Lenksäulenrohrelement mindestens eine erste Kerbnut eingebracht ist und in das zweite
Lenksäulenrohrelement mindestens eine mit der ersten Kerbnut korrespondierende
zweite Kerbnut eingebracht ist, wobei die zweite Kerbnut die korrespondierende erste
Kerbnut umgreift. Die Vorrichtung weist zumindest ein Eingriffselement auf, das in der
ersten Kerbnut angeordnet ist, sowie eine Betätigungseinrichtung, die das
Eingriffselement aus einer Verriegelungsposition in eine Entriegelungsposition bewegt.
Das Lenksäulenrohr einer derartige Lenksäule ist vergleichsweise einfach zu fertigen.
Insbesondere können ohne wesentliche konstruktive Veränderungen unterschiedliche
Deformationskräfte durch Veränderung der Kerbnuttiefen erreicht werden. Die Bewegung
des bzw. der Eingriffselemente kann dabei auf unterschiedliche Art und Weise erfolgen,
je nach vorhandenem Raum oder aufzuwendenden Kosten. Das Eingriffselement
verhindert eine Deformation der ersten Kerbnut, so daß die zum Einschieben des zweiten
Lenksäulenrohrelementes in das erste Lenksäulenrohrelement aufzubringende Kraft in
etwa konstant ist.
In einer Weiterbildung ist vorgesehen, daß das Eingriffselement von einem
Sicherungselement umgriffen wird, um eine ungewollte Verlagerung beispielsweise durch
radial nach außen wirkende Kräfte zu unterbinden. Die in der Verriegelungsposition
befindlichen Eingriffselemente legen den jeweiligen Verformungswiderstand fest, so daß
sie durch das Sicherungselement, beispielsweise eine Klammer oder ein Schieber, in der
Verriegelungsposition gehalten werden müssen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß diese ein drittes
Lenksäulenelement umfaßt, welches teleskopartig in das zweite Lenksäulenelement
einschiebbar ist. Diese Maßnahme bewirkt eine abgestufte Deformationskraft in
Abhängigkeit von dem Deformationsweg. In der ersten Phase der Deformation der
Lenksäule kann so ein relativ geringer Widerstand bewirkt werden, der in einer zweiten
Phase vergleichsweise hoch ist, so daß eine vollständige Deformation der Lenksäule
vermieden werden kann.
In der Ausführungsform ist weiterhin vorgesehen, daß in das zweite Lenksäulenelement
mindestens eine dritte Kerbnut eingebracht ist und daß das dritte Lenksäulenrohrelement
mindestens einen mit der dritten Kerbnut korrespondierenden umlaufenden Absatz
aufweist, wobei jeweils der umlaufende Absatz die korrespondierende dritte Kerbnut
umgreift und in der dritten Kerbnut ein zweites Eingriffselement angeordnet ist. Auf diese
Weise wird ein modularer Aufbau der Lenksäule bzw. des Lenksäulenrohres erreicht und
es wird eine ähnliche Wirkung wie die zuvor erläuterte Maßnahme bezüglich des ersten
Eingriffselementes.
Entsprechend zu der zweiten Kerbnut ist vorgesehen, daß die dritte Kerbnut von einem
zweiten Sicherungselement umgriffen wird, um ein Ausweichen des Eingriffselementes
zu verhindern.
Eine alternative Ausgestaltung sieht vor, daß die Vorrichtung zumindest zwei
Eingriffselemente aufweist, die die Lenksäulenrohrelemente gegeneinander axial
verriegeln. Solche Eingriffselemente sind beispielsweise tangential zum Umfang der
Lenksäulenrohrelemente in Nuten angeordnete Stifte, die eine Verrastung der
Lenksäulenrohrelemente bewirken. Weiterhin ist eine Betätigungseinrichtung
vorgesehen, die zumindest ein Eingriffselement aus einer Verriegelungsposition in eine
Entriegelungsposition bewegt, und so in Abhängigkeit von den Parametern den
Verformungswiderstand reduzieren.
Einer Weiterbildung sieht vor, daß eine Vielzahl an Eingriffselementen vorgesehen sind,
die einzeln aus der Verriegelungsposition in die Entriegelungsposition bewegbar sind,
wobei die Betätigungseinrichtung die Anzahl der Eingriffselemente in Abhängigkeit von
den erfaßten Parametern bewegt. Je größer die Anzahl der Eingriffselemente ist, desto
präziser kann die Anpassung auf den jeweiligen Fahrzeugführer erfolgen.
Eine weitere Ausführungsform besteht darin, daß die Vorrichtung zumindest zwei
Eingriffselemente aufweist, die die Lenksäulenrohrelemente gegeneinander axial
verriegeln. Solche Eingriffselemente können beispielsweise als radiale Stifte ausgebildet
sein. Ferner ist ein Sicherungselement mit Öffnungen zum radialen Durchtritt der
Eingriffselemente sowie eine Betätigungseinrichtung vorgesehen, die das
Sicherungselement derart einstellt, daß in Abhängigkeit von den erfaßten Parametern die
Öffnungen den Eingriffselementen gegenüber positioniert sind. Bei einem Auftreffen des
Fahrzeugführers auf das Lenkrad werden diejenigen Eingriffselemente, die Öffnungen
gegenüberstehen, radial nach außen gedrückt und leisten keinen Beitrag zur
Umwandlung der Aufprallenergie. Die durch das Sicherungselement blockierten
Eingriffselemente verformen teilweise ein Lenksäulenrohrelement und wandeln so die
Energie des Aufpralls in Verformungsenergie um. Je nach Anzahl der blockierten
Eingriffselemente erhöht oder verringert sich dadurch der Verformungswiderstand.
Insbesondere bei einer runden Lenksäule ist das Sicherungselement vorteilhafterweise
als Ring ausgebildet, der durch die Betätigungseinrichtung gedreht oder verschoben wird.
Dass Eingriffselement ist aus Fertigungsgründen vorteilhafterweise als Zapfen,
insbesondere als Metallzapfen ausgebildet und ist aus der jeweiligen Kerbnut oder
entsprechenden Aufnahme durch die Betätigungseinrichtung herausziehbar. Die
Betätigungseinrichtung ist dabei als elektrisches, magnetisches oder pyrotechnisches
Antriebsmittel ausgebildet und wird entsprechend der erfaßten Parameter angesteuert.
So kann der Verformungswiderstand der Lenksäule während des Fahrzeugbetriebes
auch in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Fahrzeuges verändert werden.
Beispielsweise können die Eingriffselemente bzw. Zapfen in Abhängigkeit der
Fahrzeuggeschwindigkeit eingeschoben bzw. herausgezogen sein. Die Veränderung des
Deformationswiderstandes der Lenksäule kann so unabhängig von einem Eingriff des
Fahrers beispielsweise durch die Fahrzeugelektronik herbeigeführt werden.
Alternativ ist vorgesehen, daß die Betätigungseinrichtung als mechanisches
Antriebsmittel ausgebildet und direkt mit dem Sicherheitsgurt gekoppelt ist.
Beispielsweise kann bei einem Unfall, der die Verriegelung des Sicherheitsgurtes
aktiviert, die durch den Gurt aufgenommene Energie teilweise auf ein Seilzugsystem
geleitet werden, wodurch ein oder mehrere Eingriffselemente in eine
Entriegelungsposition bewegt werden. Dadurch werden separate Energiequellen
eingespart und eine direkte Kopplung von Anschnallzustand und Verformungswiderstand
erreicht. Bei nicht angeschnalltem Fahrer wird kein Eingriffselement bewegt und
entsprechend der Verformungswiderstand auf dem Maximalwert gehalten. Denkbar ist
auch, daß das Sicherungselement durch eine mechanische Kopplung bewegt wird.
Insbesondere weist ein Personenkraftwagen eine Lenksäule nach zumindest einer der
voranstehenden Ausgestaltungen auf.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand der
nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf
die beiliegenden Abbildungen näher beschrieben. Dabei zeigen
Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Lenksäule und einen Fahrzeugsitz in
Teilschnittdarstellung;
Fig. 2a bis 2c einen Längsschnitt durch ein Lenksäulenrohr in verschiedenen Phasen der
Deformation;
Fig. 3 einen Längsschnitt durch ein Lenksäulenrohr in einer alternativen Konfiguration;
Fig. 4 einen Schnitt gemäß IV, IV der Fig. 2a;
Fig. 5 eine Prinzipskizze eines dritten Lenksäulenrohrelementes in der Ausgangsstellung
in räumlicher Darstellung;
Fig. 6 eine Prinzipskizze eines dritten Lenksäulenrohrelementes in verformter Position in
räumlicher Darstellung, sowie
Fig. 7 eine weitere Ausgestaltung der Lenksäule in Schnittdarstellung.
Gleiche Bauteile haben in den verschiedenen Figuren gleiche Bezugszeichen, jedoch
wurden aus Übersichtlichkeitsgründen nicht alle Bezugszeichen in allen Figuren
eingetragen.
Zunächst wird auf Fig. 1 Bezug genommen, wobei die Dimensionierung innerhalb der
Figuren aus Gründen der Übersichtlichkeit verändert wurde. Ein Lenksäulenrohr 1
besteht aus einem ersten Lenksäulenrohrelement 2, einem zweiten
Lenksäulenrohrelement 3 sowie einem dritten Lenksäulenrohrelement 4. Außen- und
Innendurchmesser der Lenksäulenrohrelemente 2 bis 4 sind so aufeinander abgestimmt,
daß der Innendurchmesser des ersten Lenksäulenrohrelementes 2 dem
Außendurchmesser des zweiten Lenksäulenrohrelementes 3 entspricht und der
Innendurchmesser des zweiten Lenksäulenrohrelementes 3 dem Außendurchmesser des
dritten Lenksäulenrohrelementes 4 entspricht. Innen- und Außendurchmesser sind so
aufeinander abgestimmt, daß die Lenksäulenrohrelemente 2 bis 4 spielfrei ineinander
gleiten können, dies kann beispielsweise durch Spiel- oder Übergangspassungen
bewerkstelligt werden. An dem dem Fahrzeugführer zugewandten Ende des dritten
Lenksäulenrohrelementes 4 ist ein Lenkrad 34 angeordnet, in dessen Lenkradtopf ein
Airbag untergebracht sein kann.
Das erste Lenksäulenrohrelement 2 weist eine erste Kerbnut 5 auf. Diese kann in Form
einer umlaufenden Nut oder an einer oder an mehreren Stellen des
Lenksäulenrohrelementes 2 über den Kreisumfang verteilte einzelne Nutsegmente
ausgeführt sein, die nach Art eines Kreissegmentes radial in das Lenksäulenrohrelement
2 eingedrückt sind.
In das zweite Lenksäulenrohrelement 3 ist eine zweite Kerbnut 6 eingebracht, wobei
diese so angeordnet ist, daß sie die erste Kerbnut 5 umgreift. Der Nutradius der zweiten
Kerbnut 6 entspricht dazu dem Nutradius der ersten Kerbnut 5 zuzüglich der Rohrdicke
des ersten Lenksäulenrohrelementes 2. An dem zweiten Lenksäulenrohrelement 3 ist
eine dritte Kerbnut 7 angeordnet, deren Nutradius dem der ersten Kerbnut 5 entspricht.
Das dritte Lenksäulenrohrelement 4 weist an dem in das zweite Lenksäulenrohrelement 2
eingeschobenen Ende einen umlaufenden Absatz 8 auf, so daß das dritte
Lenksäulenrohrelement 4 über die dritte Kerbnut 7 hinaus in das zweite
Lenksäulenrohrelement 2 eingeschoben werden kann. In die beiden ersten Kerbnuten 5
greift je ein erstes als Zapfen 9 ausgebildetes Eingriffselement tangential ein.
Entsprechend greift in die dritten Kerbnuten 7 je ein zweites Eingriffselement 10
tangential ein. Zur radialen Sicherung des ersten Eingriffselementes 9 wird dieses von
einem ersten Sicherungselement 11 umgriffen, entsprechend werden die zweiten
Eingriffselemente 10 von einem zweiten Sicherungselement 12 umgriffen.
An der Verbindungsstelle des ersten und zweiten Lenksäulenrohrelementes 2 bzw. 3
eine Vorrichtung 20 zur Veränderung des Verformungswiderstandes angeordnet, deren
Aufbau und Funktion weiter unten detailliert beschreiben wird. Der Vorrichtung 20 ist eine
Steuereinrichtung 50 zugeordnet, die die von an einem Fahrzeugsitz 33 angeordneten
Sensoren 30, 31, 32 erfaßten Werte bzw. Informationen über den Fahrzeugnutzer
verarbeitet und entsprechende Steuerbefehle ausgibt.
Die Sensoren sind in dem Ausführungsbeispiel als Gewichtserfassungssensor 32 oder
als Anschnallszustandssensoren 30, 31 ausgeführt, wobei die Sensoren für den
Anschnallzustand an dem Gurtschloß und/oder an der Aufrollvorrichtung angebracht sind.
Der Gewichtssensor kann neben der dargestellten Anordnung in dem Sitzkissen auch im
Bereich der Sitzschienen oder deren Aufnahme an der Karosserie plaziert sein.
Die erfaßten Parameter, also ob der Fahrzeugführer angeschnallt ist oder wie groß
dessen Masse ist, wird der Steuereinrichtung 50 zugeführt und ausgewertet. Das heißt, in
der Steuereinheit werden die Informationen hinsichtlich des Fahrzeugnutzers
dahingehend bewertet, ob für den Fall eines Unfalles der Verformungswiderstand der
Lenksäule angepaßt werden muß; bei leichten und angeschnallten Personen ist dieser
geringer als bei schweren und nicht angeschnallten Personen. Die Vorrichtung 20 wird
dem entsprechend angesteuert und verändert den axialen Verformungswiderstand der
Lenksäule 1, beispielsweise indem das als Ring ausgebildete Sicherungselement 11, das
das in die erste Kerbnut 5 eingelegtes Eingriffselement 9 gegen radiales Ausweichen
sichert, entfernt wird. Alternativ kann das Eingriffselement 9 auch aus der ersten Kerbnut
5 herausbewegt, insbesondere herausgezogen werden. Weiterhin ist es möglich, daß der
Grad der Verzögerung bei einem Unfall, in die Beurteilung der Veränderung des
Verformungswiderstandes einfließt. Die Beschleunigungswerte können aus den
Sensoren des Airbags verwendet werden, so daß neben personenbezogenen Daten
auch Daten hinsichtlich der Heftigkeit des zu erwartenden Aufpralles in die Steuerung
einfließen können.
An der Kopplungsstelle zwischen der dritten Ringnut 7 und dem umlaufenden Absatz 8 ist
ebenfalls eine Vorrichtung 20 angeordnet, die im wesentlichen gleichwirkend aufgebaut
ist und daher nicht dargestellt wurde. Abhängig von den geometrischen Verhältnissen ist
es vorgesehen, nur eine Vorrichtung 20 an der Lenksäule 1 anzuordnen, um Bauteil und
Montageaufwand zu reduzieren.
Anhand der Fig. 2a bis 2c wird die Funktionsweise des Lenksäulenrohres 1 bei Ausübung
einer axialen Kraft erläutert. Wird eine axiale Kraft F1 auf das Lenksäulenrohr 1 ausgeübt,
so wird das dritte Lenksäulenrohrelement 4 in das zweite Lenksäulenrohrelement 3
eingeschoben. Das zweite Lenksäulenrohrelement 3 hat im Bereich der dritten Kerbnuten
7 einen geringeren Rohrinnendurchmesser als das dritte Lenksäulenrohrelement 4 an
Außendurchmesser aufweist. Dadurch wird das dritte Lenksäulenrohrelement 4 im
Bereich der dritten Kerbnut 7 entsprechend der Fig. 5 und 6 eingedrückt. Durch das
Einschieben des dritten Lenksäulenrohrelementes in das zweite Lenksäulenrohrelement
3 entstehen so auf beiden Seiten des Rohres erste Verformungszonen 18. Die beiden
zweiten Eingriffselemente 10 sorgen bei diesem Vorgang dafür, daß die Verformung
überwiegend an dem dritten Lenksäulenrohrelement 4 auftritt. Ohne die beiden zweiten
Eingriffselemente 10 würde je nach Materialkombination zwischen zweitem und drittem
Lenksäulenrohrelement 3, 4 auch die dritte Kerbnute 7 nach außen hin verformt. Das
dritte Lenksäulenrohrelement 4 wird so weit in das zweite Lenksäulenrohrelement 3
eingeschoben, bis dieses mit dem Rohrende an die zweite Kerbnut 6 des zweiten
Lenksäulenrohrelementes 3 anstößt. Ein weiteres Einschieben des zweiten und dritten
Lenksäulenrohrelementes 3, 4 in das erste Lenksäulenrohrelement 2 erfordert nun eine
höhere Kraft F2, da nun sowohl das zweite Lenksäulenrohrelement 3 als auch das dritte
Lenksäulenrohrelement 4 zu verformen sind. Die Verformung entspricht der anhand der
Fig. 5 und 6 erläuterten Verformung des dritten Lenksäulenrohrelementes 4 beim
Einschieben in das zweite Lenksäulenrohrelement 3.
Zum Einschieben des dritten Lenksäulenrohrelementes 4 in das zweite
Lenksäulenrohrelement 3 bis zur Position entsprechend Fig. 2b ist demzufolge die Kraft
F1 aufzuwenden, zum weiteren Einschieben des zweiten und dritten
Lenksäulenrohrelementes 3, 4 in das erste Lenksäulenrohrelement 2 ist die Kraft F2
aufzuwenden, wobei die Kraft F2 größer ist als die Kraft F1. Die aufzubringenden Kräfte F1
und F2 können in weiten Bereichen variiert werden, indem Anzahl und Tiefe der zu den
ersten Eingriffselementen 9 bzw. zweiten Eingriffselementen 10 gehörenden Kerbnuten
5, 6, 7 bzw. Absatz 8 variiert werden. Je tiefer die Kerbnuten 5, 6, 7 sowie der Absatz 8
eingebracht werden, desto höher sind die aufzuwendenden Kräfte F1 und F2.
Werden die ersten Eingriffselemente 9 oder die zweiten Eingriffselemente 10 aus dem
Lenksäulenrohr 1 herausgezogen, so verringern sich die aufzubringenden Kräfte F1 bzw.
F2. In diesem Falle ist die Tiefe der Kerbnute des jeweiligen äußeren
Lenksäulenrohrelementes nicht konstant. Beim Eindrücken beispielsweise des dritten
Lenksäulenrohrelementes in das zweite Lenksäulenrohrelement wird in diesem Fall nicht
nur das dritte Lenksäulenrohrelement 4 entsprechend der Fig. 6 verformt, sondern auch
das zweite Lenksäulenrohrelement 2, in dem die dritte Kerbnut 7 nach außen gedrückt
wird. Dadurch verringert sich im Laufe des Einschiebens des dritten
Lenksäulenrohrelementes 4 in das zweite Lenksäulenrohrelement 3 die Tiefe der dritten
Kerbnut 7, so daß die Kraft F1 geringer wird. Ein entsprechender Effekt tritt auf beim
Herausziehen der ersten Eingriffselemente 9, hier verringert sich die aufzubringende
Kraft F2.
Bei einem gegebenen Lenksäulenrohr 1 kann durch diese Maßnahme das Verhalten an
unterschiedliche Betriebsbedingungen angepaßt werden. Beispielsweise können die
ersten Eingriffselemente 9 sowie zweiten Eingriffselemente 10 bei einer angeschnallten
Person aus dem Lenksäulenrohr 1 herausgezogen sein, bei einer nicht angeschnallten
Person in das Lenksäulenrohr 1 eingefahren sein. Bei einer angeschnallten Person sind
die Kräfte F1, und F2 gering, bei einer nicht angeschnallten Person sind die Kräfte F1 und
F2 hoch. Auf diese Weise gibt das Lenksäulenrohr 1 bei einer angeschnallten Person
leicht nach, so daß das Verletzungsrisiko gering ist. Bei einer nicht angeschnallte Person
gibt das Lenksäulenrohr 1 schwerer nach, so daß zwar das Verletzungsrisiko größer ist,
das Lenksäulenrohr 1 jedoch die kinetische Energie der Person gegenüber der
Fahrzeugkarosserie abbauen kann ohne vollends entsprechend Fig. 2c eingedrückt zu
werden. Würde das Lenksäulenrohr 1 bei einer nicht angeschnallten Person vollends
gemäß Fig. 2c durchgedrückt, würde die auf die Person ausgeübte Kraft F2 sprungartig
ansteigen, wodurch das Verletzungsrisiko hinsichtlich des auftretenden Rucks erheblich
vergrößert würde.
Je nach Fahrzeug sind auch anderweitige Steuerungen der ersten Eingriffselemente 9
und zweiten Eingriffselemente 10 möglich, beispielsweise könnten die ersten
Eingriffselemente 9 aus dem Lenksäulenrohr 1 herausgezogen sein, die zweiten
Eingriffselemente 10 in das Lenksäulenrohr 1 hineingeschoben sein, oder es könnten die
zweiten Eingriffselemente 10 aus dem Lenksäulenrohr herausgezogen sein, die ersten
Eingriffselemente 9 hineingeschoben sein. Es lassen sich auf diese Weise vier
verschiedene Kombinationen der aufzubringenden Kräfte F1 und F2 erzielen ohne
Änderungen an den Lenksäulenrohrelementen vornehmen zu müssen.
Fig. 3 zeigt eine alternative Ausführungsform der Erfindung, bei deren Darstellung sich
auf die Funktionsweise der Veränderung des Verformungswiderstandes beschränkt
wurde. Entsprechend der Fig. 1 und 2 sind die die beiden Lenksäulenrohrelemente 2
und 3 über Kerbnuten einander zugeordnet. In dem ersten Lenksäulenrohrelement 2 sind
umlaufend Öffnungen 102 eingearbeitet, in denen sich radial nach außen erstreckende
Eingriffselemente 90, 100 befinden. Diese Eingriffselemente 90, 100 sind mit
Betätigungseinrichtungen 40, 41 gekoppelt, die bei angeschnalltem Fahrzeugführer
herausgezogen bzw. nicht gegen radiales Ausweichen blockiert werden. Bei einer
angeschnallten, leichten Person werden also mehr Eingriffselemente freigeben oder
bewegt als bei einer schweren, nicht angeschnallten Person.
Die Betätigungseinrichtung ist dabei beispielsweise als Stellmotor 40, der das
Eingriffselement 100 über einen Kurbeltrieb herauszieht bzw. einschiebt, oder als
Elektromagnet 41 ausgebildet, der die entsprechende Funktion wahrnimmt. Die
Veränderung des Verformungswiderstandes findet analog zu der unter Fig. 2
beschriebenen Anpassung statt, mit dem Unterschied, daß hier durch die Anzahl der
blockierten Eingriffselemente die aufzubringende Verformungsenergie für das
Lenksäulenrohrelement 3 bestimmt wird. Neben den genannten
Betätigungseinrichtungen können auch pyrotechnische Aktuatoren eingesetzt werden,
die allerdings zweckmäßigerweise nur im Falle eines Unfalles, beispielsweise in
Kombination mit dem Airbag gezündet werden. Ebenfalls sind hydraulische oder
pneumatische Betätigungseinrichtungen vorgesehen.
Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit zwei auf dem Kreisumfang einander
gegenüberliegend angeordneten ersten Kerbnuten 5. Dargestellt ist ein Schnitt durch ein
montiertes Lenksäulenrohr, so daß in den Kerbnuten 5 jeweils erste Eingriffselemente 9
angeordnet sind.
Das erste Sicherungselement 11, hier in Ringform, weist entsprechend Fig. 4 zwei
tangentiale Bohrungen 13 zum Einbringen der ersten Eingriffselemente 9 auf. Das zweite
Sicherungselement 12, analog aufgebaut, weist jeweils entsprechende tangentiale
Bohrungen 14 auf. Die in Fig. 4 dargestellten beiden ersten Eingriffselemente 9 sind
jeweils Schenkel eines ersten U-förmigen Bügels 15, entsprechend sind die beiden
zweiten Eingriffselemente 10 Schenkel eines nicht abgebildeten zweiten U-förmigen
Bügels.
Der erste U-förmige Bügel 15 und der zweite U-förmige Bügel sind, wie in Fig. 4 anhand
des ersten U-förmigen Bügels 15 dargestellt, in Richtung der Mittelachse der ersten
Eingriffselemente 9 bzw. der zweiten Eingriffselemente 10 beweglich ausgeführt, wie
durch einen Doppelpfeil 17 in Fig. 4 verdeutlicht wird. Die Bewegung kann z. B.
elektromotorisch, pneumatisch oder hydraulisch erfolgen. Die ersten Eingriffselemente 9
sowie zweiten Eingriffselemente 10 können von einer ersten Stellung gemäß Fig. 4, in
der diese jeweils in die ersten Kerbnute bzw. dritten Kerbnute eingreifen, in eine zweite
Stellung überführt werden, in der diese aus den ersten Kerbnuten 5 bzw. dritten
Kerbnuten 7 herausgezogen sind.
Die Fig. 7 stellt eine weitere Ausgestaltung der Erfindung dar, bei der in die Kerbnut des
ersten Lenksäulenrohrelementes 2 Eingriffselemente 90, 100 eingelegt sind. Die
Eingriffselemente 90, 100 können als Ringsegmente, Zylinder, Kugeln oder Zapfen
ausgebildet sein und werden von einem Sicherungselement 110 in Ringform gegen
radiale Verlagerung gesichert. In dem Sicherungselement 110 sind mehrere Öffnungen
120 eingearbeitet, durch die die Eingriffselemente 90, 100 hindurchtreten können, wenn
eine Kraft F1 auf das zweite Lenksäulenrohrelement 3 ausgeübt wird und die Kerbnut
des ersten Lenksäulenrohrelementes 2 nach außenverformt bzw. eine entsprechende
Verformungskraft auf die Kerbnut ausübt. Wird die Kraft F1 ausgeübt, während kein
Eingriffselement 90, 100 einer Öffnung 120 gegenüberliegt, werden die
Eingriffselemente 90, 100 gegen ein Ausweichen gesichert und die maximale
Verformungsenergie muß über den gesamten Verfomungsweg aufgebracht werden, wie
oben bereits grundsätzlich beschrieben.
Wird jedoch aufgrund der ermittelten Parameter festgelegt, daß nur ein geringerer
Verformungswiderstand erforderlich ist, wird das Sicherungselement 110 durch eine nicht
dargestellte Betätigungseinrichtung, beispielsweise einen Schrittmotor, dergestalt
entweder verdreht oder axial verschoben, daß die notwendige Anzahl an
Eingriffselementen 90, 100 nach außen ausweichen kann, so daß nur an dieser Stelle
bzw. auf dieser Bahn einmal der Verformungswiderstand zwischen der
Lenksäulenrohrelementen 2 und 3 überwunden werden muß. Die Eingriffselemente 90,
100 können unterschiedlich groß sein, so daß viele Kombinationen und Anpassungen
des Verformungswiderstandes über die jeweilige Zuordnung der Öffnungen 120 zu den
Eingriffselementen 90, 100 möglich sind. Je mehr einzelne Eingriffselemente 90, 100
vorhanden sind, desto feiner kann die Anpassung des Verformungswiderstandes
erfolgen. Ferner können die Öffnungen 120 auf einer oder verschiedenen Umfangslinien
des Sicherungselementes 110 angeordnet sein, so daß eine Kombination einer Dreh-
und Verschiebebewegung möglich ist, wobei eine Drehbewegung nur bei einem
rotationssymmetrischen Lenksäulenrohrelement vorgesehen ist. Bei einem eckigen
Querschnitt der Lenksäule ist eine axiale Verschiebung des Sicherungselementes 110
vorgesehen.
Denkbar ist weiterhin, daß während der axialen Verschiebung der
Lenksäulenrohrelemente 2 und 3 zueinander das Sicherungselement 110 verstellt wird,
um eine optimal Anpassung des Widerstandes an die umzuwandelnde Energie zu
erreichen. Während zu Beginn des Aufpralles ein hoher Verformungswiderstand
notwendig sein kann, kann dieser am Ende des Verformungsweges zu groß sein, so daß
eine Verstellbewegung des Sicherungselementes 110, also ein Weiterdrehen in eine
Stellung, in der mehr Öffnungen 120 einen Durchtritt der Eingriffselemente 90, 100
erlauben, eine Reduzierung des Verformungswiderstandes über den Verlauf des
Verschiebe- bzw. Verformungsweges gestattet.
Neben einer Verstellung durch Stellmotoren sind alle weiteren Antriebsmittel denkbar,
z. B. mechanische, hydraulische, pneumatische oder magnetische Antriebe. Insbesondere
der mechanische Antrieb zeichnet sich durch einen einfachen und steuerungstechnisch
simplen Aufbau aus, bei dem eine direkte Kopplung von dem Sicherheitsgurt zu einem
oder mehreren Eingriffselementen oder dem Sicherungselement hergestellt wird,
beispielsweise über einen Seilzug. Für den Fall eines Unfalles wird bei einem angelegten
Gurt durch die Beschleunigung der Person der Gurt aktiviert und über die Gurtmechanik
kann ein Seilzug betätigt werden, der entweder das oder die Eingriffselemente
herauszieht oder das Sicherungselement entsprechend verschiebt oder verdreht. Da bei
angelegtem Gurt ein geringerer Verformungswiderstand der Lenksäule notwendig ist, ist
eine solche Koppelung möglich.
Claims (19)
1. Einrichtung mit einer axial deformierbaren Lenksäule (1) eines Kraftfahrzeuges,
aufweisend ein erstes Lenksäulenrohrelement (2) und ein zweites
Lenksäulenrohrelement (3), das zu dem ersten Lenksäulenrohrelement (2) gegen
einen Verformungswiderstand teleskopierbar ist, gekennzeichnet duch Mittel (30,
31, 32) zur Erfassung von Parametern eines Fahrzeugführers und eine Vorrichtung
(20) zur Veränderung des Verformungswiderstands zwischen den
Lenksäulenrohrelementen (2, 3) in Abhängigkeit von den erfaßten Parametern.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel als Sensoren
(30, 31, 32) ausgebildet sind, die die Parameter des Fahrzeugführers, insbesondere
den Anschnallzustand oder das Gewicht, automatisch erfassen.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (20) den
Verformungswiderstand der Lenksäulenrohrelemente (2, 3, 4) erhöht, wenn der
Fahrzeugführer nicht angeschnallt ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (20) den
Verformungswiderstand der Lenksäulenrohrelemente (2, 3, 4) proportional zu dem
Gewicht eines Fahrzeugführers verändert.
5. Lenksäule für eine Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß in das erste Lenksäulenrohrelement (2) mindestens eine erste
Kerbnut (5) eingebracht ist und in das zweite Lenksäulenrohrelement (3) mindestens
eine mit der ersten Kerbnut (5) korrespondierende zweite Kerbnut (6) eingebracht ist,
wobei die zweite Kerbnut (6) die korrespondierende erste Kerbnut (5) umgreift und
daß die Vorrichtung (20) zumindest ein Eingriffselement (9) aufweist, das in der
ersten Kerbnut (5) angeordnet ist, und eine Betätigungseinrichtung aufweist, die das
Eingriffselement (9) aus einer Verriegelungsposition in eine Entriegelungsposition
bewegt.
6. Lenksäule nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingriffselement (9)
von einem Sicherungselement (11) umgriffen wird.
7. Lenksäule nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß diese ein drittes Lenksäulenrohrelement (4) aufweist, das teleskopartig in das
zweite Lenksäulenrohrelement (4) einschiebbar ist.
8. Lenksäule nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in das zweite
Lenksäulenrohrelement (3) mindestens eine dritte Kerbnut (7) eingebracht ist und in
das dritte Lenksäulenrohrelement (4) mindestens einen mit der dritten Kerbnut (7)
korrespondierenden, umlaufenden Absatz (8) aufweist, wobei der umlaufende Absatz
(8) die dritte Kerbnut (7) umgreift und in der dritten Kerbnut (7) ein zweites
Eingriffselement (10) angeordnet ist.
9. Lenksäule nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Kerbnut (7) von
einem zweiten Sicherungselement (12) umgriffen wird.
10. Lenksäule nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
Vorrichtung (20) zumindest zwei Eingriffselemente (90, 100), die die
Lenksäulenrohrelemente (2, 3) gegeneinander axial verriegeln, und eine
Betätigungseinrichtung (40, 41) aufweist, die zumindest ein Eingriffselement (90;
100) aus einer Verriegelungsposition in eine Entriegelungsposition bewegt.
11. Lenksäule nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Vielzahl an Eingriffselementen (90, 100) vorgesehen sind, die einzeln aus
der Verriegelungsposition in die Entriegelungsposition bewegbar sind, wobei die
Betätigungseinrichtung (40, 41) die Anzahl der Eingriffselemente (90, 100) in
Abhängigkeit von den erfaßten Parametern bewegt.
12. Lenksäule nach einem der Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
Vorrichtung (20) zumindest zwei Eingriffselemente (90, 100) aufweist, die die
Lenksäulenrohrelemente (2, 3) gegeneinander axial verriegeln, ein
Sicherungselement (110) mit Öffnungen (120) zum radialen Durchtritt der
Eingriffselemente (90, 100) sowie eine Betätigungseinrichtung (40), die das
Sicherungselement (110) derart einstellt, daß in Abhängigkeit von den erfaßten
Parametern die Öffnungen (120) den Eingriffselementen (90, 100) gegenüber
positioniert sind.
13. Lenksäule nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Sicherungselement
(120) als Ring ausgebildet ist.
14. Lenksäule nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (120) durch die
Betätigungseinrichtung (40) drehbar oder verschieblich ausgebildet ist.
15. Lenksäule nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß das Eingriffselement (9, 10, 90, 100) als Zapfen ausgebildet ist.
16. Lenksäule nach einem der Ansprüche 5 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das
Eingriffselement (9, 10) aus der jeweiligen Kerbnut durch die Betätigungseinrichtung
herausziehbar ist.
17. Lenksäule nach einem der Ansprüche 5 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die
Betätigungseinrichtung (40, 41) als elektrisches, magnetisches oder pyrotechnisches
Antriebsmittel ausgebildet ist.
18. Lenksäule nach einem der Ansprüche 5 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die
Betätigungseinrichtung als mechanisches Antriebsmittel ausgebildet und direkt mit
dem Sicherheitsgurt gekoppelt ist.
19. Personenkraftwagen mit einer Lenksäule nach zumindest einem voranstehenden
Ansprüche.
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