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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Sicherheitslenksäule für ein Kraftfahrzeug
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Sicherheitslenksäulen sind
im heutigen Kraftfahrzeugbau weit verbreitet und schützen einen Fahrer
des Kraftfahrzeugs bei einem Unfall, indem sie aktiv oder passiv
aus einem Gefahrenraum des Fahrzeugs heraus bewegt werden. Bei einer
aktiven Sicherheitslenksäule
wird diese Bewegung selbsttätig
ausgeführt,
so dass es im Normalfall nicht zu einem Aufprall des Fahrers auf
eine an einem oberen Ende der Lenksäule angeordnete Lenkhandhabe kommt.
Bei einer passiven Sicherheitslenksäule kann diese beim Überschreiten
einer vordefinierten Kraft aus dem Gefahrenbereich bewegt werden,
beispielsweise indem ein oberes Lenksäulenteil gegen ein unteres
Lenksäulenteil
axial verschiebbar gelagert ist.
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Aus
der
DE 101 30 908
A1 ist eine Sicherheitslenksäule für ein Kraftfahrzeug bekannt.
Diese weist eine teleskopierbare Lenkspindel auf, welche aus einem
oberen und einem unteren Spindelteil besteht und in einem Mantelrohr
mittels eines oberen Lagers, welches das obere Spindelteil am Mantelrohr abstützt, und
eines unteren Lagers, welches das untere Spindelteil am Mantelrohr
abstützt,
drehbar gelagert ist. Ebenso wie die Lenkspindel ist auch das Mantelrohr
teleskopierbar ausge bildet und weist ein lenkradnahes oberes Rohrteil
und ein lenkradfernes unteres Rohrteil auf. Sowohl die Spindelteile
als auch die Rohrteile des Mantelrohrs sind ineinander gesteckt
und oberhalb einer axialen Auslösekraft
relativ zu einander verschiebbar. Das untere Lager ist dabei als
Festlager ausgebildet, während
das obere Lager als Loslager ausgebildet ist. Eine Verschiebung
der beiden Spindelteile bzw. der beiden Rohrteile erfolgt grundsätzlich erst
beim Überschreiten
der axialen Auslösekraft,
d.h. beispielsweise im Crashfall. Um die Lenksäule axial zu verstellen und
damit an individuelle Bedürfnisse
eines Fahrers anzupassen, wird diese komplett, d.h. mit oberem und
unterem Spindel- bzw. Mantelrohr, entlang einer Führung verstellt.
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Aus
der
DE 199 01 300
C1 ist eine Lenkvorrichtung bekannt, bei der im Normalfall
ein Lenkhandrad und gelenkte Fahrzeugräder lediglich wirkungsmäßig über eine
Regelstrecke miteinander verbunden sind. Das Lenkhandrad betätigt dabei
einen Lenkwinkel-Sollwertgeber und verstellt zusammen mit den gelenkten
Fahrzeugrädern
einen Lenkwinkel-Istwertgeber, so dass die Regelstrecke ein motorisches
Lenkstellaggregat entsprechend eines Soll-Ist-Wert-Vergleichs des
Lenkwinkels und der Lenkverstellung der gelenkten Fahrzeugräder betätigen kann.
Eine Besonderheit liegt dabei in der axialen Verstellbarkeit des
Lenkhandrades, wobei durch eine stabile Lagerung Schwingungen des
Lenkhandrades und davon ausgehende Rückwirkungen auf den Lenkwinkel-Sollwertgeber
vermieden werden.
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Die
vorliegende Erfindung beschäftigt
sich mit dem Problem, für
eine Sicherheitslenksäule
der eingangs genannten Art eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, durch
welche sowohl eine Komfortverstellung als auch eine Crashverschiebung bei
geringem Bauraumbedarf realisiert wird.
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Dieses
Problem wird erfindungsgemäß durch
den Gegenstand des unabhängigen
Anspruchs gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen
sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
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Die
Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einer Sicherheitslenksäule für ein Kraftfahrzeug
mit einer teleskopierbaren Lenkspindel, welche in einem teleskopierbaren
Mantelrohr gelagert ist, einen dreiteiligen Aufbau für das Mantelrohr vorzusehen
und dadurch neben einer vereinfachten Teleskopierbarkeit gleichzeitig
eine große
axiale Crashverformung zu ermöglichen.
Die teleskopierbare Lenkspindel besteht dabei aus einem lenkradnahen
oberen Spindelteil und einem lenkradfernen unteren Spindelteil,
welche beide im Mantelrohr drehbar gelagert sind. Generell besteht
dabei das Mantelrohr aus einem lenkradnahen oberen Rohrteil und
einem lenkradfernen unteren Rohrteil, wobei das untere Rohrteil
um eine erste Achse schwenkbar an einer fahrzeugfesten Konsole gelagert
und axial verstellbar im oberen Rohrteil geführt ist. Das obere Rohrteil
ist axial verstellbar in einem äußeren Rohrteil
geführt, wobei
dieses axial verstellbar an der Konsole gelagert ist.
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Durch
die erfindungsgemäße teleskopierbare
Lenksäule
wird im Crashfall ein ausreichender Deformationsweg bereitgestellt,
wodurch die Fahrzeugsicherheit erhöht werden kann. Zugleich wird
mit den drei ineinander gesteckten Mantelrohrteilen bei geringem
Bauraumbedarf eine Komfortverstellung ermöglicht, welche ein einfaches
Anpassen einer Position der Lenkhandhabe an physische Erfordernisse des
jeweiligen Fahrers erlaubt. Darüber
hinaus wird durch den Aufbau mit insgesamt drei Mantelrohrteilen
sowie deren spielfreie Lagerung ineinander, die Steifigkeit der
Lenksäule
erhöht,
wodurch der Fahrkomfort, z.B. durch reduzierte Vibrationsanfälligkeit, gesteigert
werden kann.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Lösung ist
das äußere Rohrteil über einen
Schlitten an der Konsole gelagert und zwischen dem äußeren Rohrteil
und dem Schlitten ein Stellelement angeordnet, welches am äußeren Rohrteil
um eine zweite Achse und am Schlitten um eine dritte Achse drehbar
gelagert ist. Der Schlitten ist bis zur Überwindung vom Missbrauchskräften lagefixiert
an der Konsole angeordnet und kann entlang seiner Schlittenführung beim Überschreiten
der Missbrauchskräfte,
also beispielsweise bei einem Fahrzeugcrash, verstellt werden, wodurch
sich die Sicherheitslenksäule
teleskopartig ineinanderschiebt und die Lenkhandhabe aus dem Gefahrenbereich des
Fahrers gezogen wird. Das Stellelement ist dabei Teil einer Höhenverstellung
der Sicherheitslenksäule und
gewährleistet
durch seinen steifen Aufbau eine exakte Positionierung und Lagefixierung
der Sicherheitslenksäule
in der gewünschten
Einstellposition.
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Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung umgreift das Stellelement das äußere Rohrteil
U-förmig,
wobei beide Schenkel des U-förmigen
Stellelementes einen L-förmigen
abgewinkelten Endbereich aufweisen, welcher jeweils von der zweiten
und der dritten Achse durchdrungen wird. Die L-förmigen Endbereiche stehen dabei
im wesentlichen orthogonal zur U-Ebene ab und erhöhen dadurch
zusätzlich die
Steifigkeit des Stellelements. Das Stellelement kann beispielsweise
aus Kunststoff oder Metall ausgebildet sein und dadurch kostengünstig und
maßgenau
hergestellt werden.
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Zweckmäßig ist
am Schlitten ein erster Stellantrieb befestigt, der über eine
Spindel einen am Stellelement drehfest angeordneten Stellarm verstellt und
dadurch die Sicherheitslenksäule
bezüglich
der ersten Achse verdreht. Spindelantriebe sind langjährig erprobte
und exakte Justiervorrichtungen, so dass der erste Stellantrieb
eine exakte Anpassung der Höhe
der Lenkhandhabe durch eine Drehung der Sicherheitslenksäule um die
erste Achse ermöglicht. Darüber hinaus
ist ein derartiger Spindelantrieb einfach und kostengünstig herzustellen
und wartungsarm im Betrieb. Je nach Höhe der Gewindegänge an der
Spindel lässt
sich die Höhe
der Sicherheitslenksäule
bzw. der Lenkhandhabe auch in kleinsten Schritten exakt verstellen.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Lösung ist
am äußeren Rohrteil
ein zweiter Stellantrieb befestigt, der das obere Rohrteil bezüglich des äußeren Rohrteils axial
verstellt. Der zweite Stellantrieb kann dabei ebenfalls über einen
Spindelantrieb mit dem oberen Rohrteil wirkungsverbunden sein, so
dass auch eine exakte Längsverstellung
der Sicherheitslenksäule problemlos
möglich
ist. Denkbar ist hierbei auch, dass der erste und der zweite Stellantrieb
eine gleichartige oder vergleichbare Bauweise aufweisen, wodurch
eine Reduktion der Teilevielfalt und damit eine Senkung der Produktionskosten
erreicht werden kann.
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Entsprechend
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung weist der erste und/oder der zweite Stellantrieb einen
Elektromotor auf. Elektromotoren sind in nahezu beliebigen Ausführungsform
denkbar und genau an jeweilige Erfordernisse anpassbar. Darüber hinaus
ermöglichen Elektromotoren
einen wartungsarmen Betrieb, sind kostengünstig herzustellen und erreichen
aufgrund der heutigen hohen Fertigungsqualität eine lange Lebensdauer.
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Bei
einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist am äußeren Rohrteil
ein Druckstück
vorgesehen, welches das untere Rohrteil radial gegen das obere Rohrteil
und somit unteres und oberes Rohrteil radial gegen das äußere Rohrteil
andrückt.
Das Druckstück,
welches beispielsweise als Federelement oder als Schraubelement
ausgebildet ist, gewährleistet eine
spielfreie Lagerung der einzelnen Rohrteile ineinander und steift
gleichzeitig die Sicherheitslenksäule aus, wodurch insgesamt
ein verbesserter Fahrkomfort erreicht wird.
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Weitere
wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen, aus
den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand
der Zeichnungen.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale
nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in
anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne
den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in
der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert,
wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder funktional gleiche
oder ähnliche
Bauteile beziehen.
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Dabei
zeigen:
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1 eine
Schrägansicht
auf die erfindungsgemäße Sicherheitslenksäule,
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2 einen
Längsschnitt
durch die erfindungsgemäße Sicherheitslenksäule,
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3 eine
Seitenansicht bei nach unten verschwenkter Lenkspindel,
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4 eine
Darstellung wie in 3, jedoch bei nach oben verschwenkter
Lenkspindel,
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5 eine
Darstellung wie in 4, jedoch mit parallel zur Konsole
angeordneter Lenkspindel und axial ausgefahrenem oberen Rohrteil,
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6 eine
Darstellung wie in 5, jedoch in einer Crashstellung.
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Entsprechend 1 weist
eine Sicherheitslenksäule 1 eine
teleskopierbare Lenkspindel 2 auf, die aus einem lenkradnahen
oberen Spindelteil 3 und aus einem lenkradfernen unteren
Spindelteil 4 besteht und in einem insgesamt dreiteiligen
Mantelrohr 5 drehbar gelagert ist. Das Mantelrohr 5 ist
ebenfalls teleskopierbar ausgestaltet und weist ein lenkradnahes
oberes Rohrteil 6, ein lenkradfernes unteres Rohrteil 7 sowie
ein äußeres Rohrteil 8 auf.
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Die
Sicherheitslenksäule 1 ist üblicherweise in
einem Kraftfahrzeug eingebaut und an einer fahrzeugfesten Konsole 9 über eine
Führung
gelagert. Zur Höhenverstellung
der Sicherheitslenksäule 1 sowie
einer daran am Ende des oberen Spindelteils 3 angeordneten,
nicht dargestellten Lenkhandhabe, ist das untere Rohrteil 7 um
eine erste Achse 10 schwenkbar an der fahrzeugfesten Konsole 9 gelagert.
Gleichzeitig ist das untere Rohrteil 7 axial verstellbar
im oberen Rohrteil 6 geführt (vgl. 2),
wogegen das obere Rohrteil 6 axial verstellbar im äußeren Rohrteil 8 geführt und
gelagert ist. Das äußere Rohrteil 8 ist
wiederum axial verstellbar an der Konsole 9 gelagert.
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Die
Lagerung des äußeren Rohrteiles 8 an der
fahrzeugfesten Konsole 9 erfolgt über einen Schlitten 11,
welcher in einer Komfortstellung lagefixiert an der fahrzeugfesten
Konsole 9 angeordnet ist und bei Überschreiten von Missbrauchskräften, beispielsweise
bei einem Fahrzeugcrash, in eine Crashstellung überführt wird, in welcher er entlang
einer nicht näher
bezeichneten Schlittenführung
parallel zur Achse der Sicherheitslenksäule 1 verstellt werden
kann (vgl. 6).
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Zwischen
dem äußeren Rohrteil 8 und
dem Schlitten 11 ist ein Stellelement 12 angeordnet,
welches am äußeren Rohrteil 8 um
eine zweite Achse 13 und am Schlitten 11 um eine
dritte Achse 14 drehbar gelagert ist. Dabei verlaufen sowohl
die erste Achse 10, als auch die zweite Achse 13 und
die dritte Achse 14 parallel zueinander.
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Das
Stellelement 12 ist U-förmig
ausgebildet und umgreift mit seinen beiden U-Schenkeln das äußere Rohrteil 8.
Gemäß 1 weisen
beide Schenkel des U-förmigen
Stellelementes 12 einen L-förmig abgewinkelten Endbereich
auf, welcher jeweils von der zweiten Achse 13 und der dritten
Achse 14 durchdrungen wird.
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Gemäß den 3 bis 6 ist
am Schlitten 11 ein erster Stellantrieb 15 befestigt,
der über
eine Spindel 16 einen am Stellelement 12 drehfest
angeordneten Stellarm 17 verstellt und dadurch die Sicherheitslenksäule 1 bezüglich der
ersten Achse 10 verschwenkt. Ein dem Stellelement 12 abgewandtes Ende
des Stellarmes 17 ist dabei mit der Spindel 16 derart
antriebsverbunden, dass eine Drehung der Spindel 16 eine
axiale Verstellung des Stellarmes 17 entlang der Spindelachse
bewirkt.
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In 3 ist
eine erste Endposition des Stellarmes 17 an der Spindel 16 gezeigt,
in welcher die Sicherheitslenksäule 1 einen
großen
Winkel zur fahrzeugfesten Konsole 9 aufweist. Dem gegenüber ist
in 4 eine zweite Endposition des Stellarmes 17 auf der
Spindel 16 gezeigt, in welcher die Lenkspindel 2 im
Vergleich zu 3 einen deutlich kleineren Winkel zur
Konsole 9 einnimmt. 5 zeigt
eine Zwischenstellung zwischen der in 3 eingenommenen
ersten Endposition und der in 4 eingenommenen zweiten
Endposition der Sicherheitslenksäule 1. Über den
ersten Stellantrieb 15, welcher beispielsweise einen Elektromotor
aufweist, lässt
sich somit eine Höhenverstellung
der nicht gezeigten Lenkhandhabe erreichen.
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Des
Weiteren ist am äußeren Rohrteil 8 ein zweiter
Stellantrieb 18 befestigt, der das obere Rohrteil 6 bezüglich des äußeren Rohrteils 8 axial
verstellt. Eine erste mögliche
Endposition einer Längsverstellung
des oberen Rohrteils 6 ist dabei gemäß 4 gezeigt,
wogegen in 5 eine der ersten möglichen
Endposition entgegengesetzte zweite Endposition dargestellt ist.
Im Unterschied zu 4 ist dabei gemäß 5 das
obere Rohrteil 6 derart verstellt, dass sich die Sicherheitslenksäule 1 im
Vergleich zum in 4 dargestellten Zustand verlängert. Ein
Verstellmechanismus kann dabei in analoger Weise, beispielsweise über einen
Spindelantrieb, zum ersten Stellantrieb 15 erfolgen. Der
zweite Stellantrieb 18 ermöglicht so eine Längsverstellung
der Sicherheitslenksäule 1 und
dadurch eine Anpassung eines Lenkradabstandes von einem Fahrer sowie eine
Anpassung an dessen physiologischen Erfordernisse. Dabei ist denkbar,
dass der zweite Stellantrieb 18 über eine Schelle 19 (vgl. 2)
mit einem unteren Ende des oberen Rohrteils 6 verbunden
ist und dieses fest umgreift.
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In
den 1 bis 5 ist jeweils eine Komfortstellung
der Sicherheitslenksäule 1 dargestellt, welche
einen Normalzustand charakterisiert und ein problemloses Verstellen
der Sicher heitslenksäule 1 hinsichtlich
ihrer Länge
und/oder Höhe
ermöglicht.
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Um
im Crashfall ein Verletzungsrisiko des Fahrers, durch einen Aufprall
desselben auf die Lenkhandhabe zu reduzieren, ist vorgesehen, dass die
Sicherheitslenksäule 1 im
Crashfall bzw. beim Überschreiten
von Missbrauchskräften
in eine Crashstellung überführt werden
kann, welche im Vergleich zur Komfortstellung eine deutliche axiale
Verkürzung aufweist
und dadurch die Lenkhandhabe aus dem unmittelbaren Gefahrenbereich
in Richtung eines Armaturenbrettes herausbewegt.
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Hierzu
ist der Schlitten 11 so ausgebildet, dass er sich im Crashfall
entlang seiner Schlittenführung
derart bezüglich
der fahrzeugfesten Konsole 9 verstellt, dass sich die Sicherheitslenksäule 1 durch Teleskopieren
der einzelnen Rohrteile 6, 7, 8 verkürzt. Eine
derart verkürzte
Sicherheitslenksäule 1 ist gemäß 6 gezeigt,
aus welcher entnehmbar ist, dass sowohl der erste Stellantrieb 15 als
auch der zweite Stellantrieb 18 sowie das äußere Mantelrohr 8 als
auch das obere Rohrteil 6 in Richtung des unteren Spindelteils 3 verschoben
sind. Erfindungsgemäß ist dabei
vorgesehen, dass ein Crashweg, das heißt eine Differenz der Längserstreckung
der Sicherheitslenksäule 1 zwischen
der Komfortstellung und der Crashstellung, z.B. ca. 100 mm beträgt. Hierdurch kann
gewährleistet
werden, dass sich ein Verletzungsrisiko des Fahrers durch einen
Aufprall auf die Lenkhandhabe vermeiden lässt oder zumindest reduziert.
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Um
in der Komfortstellung (1 bis 5) eine
möglichst
vibrationsarme und steife Lagerung der Sicherheitslenksäule 1 zu
gewährleisten,
ist am äußeren Rohrteil 8 ein
Druckstück 20 vorgesehen, welches
das untere Rohrteil 7 radial gegen das obere Rohrteil 6 und
somit unteres und oberes Rohrteil 7 und 6 radial
gegen das äußere Rohrteil 8 andrückt. Dabei
ist denkbar, dass das Druckstück 20 als
Federpaket oder als geschraubtes Druckstück ausgebildet ist oder eine
vergleichbare Anordnung aufweist, welche es erlaubt, das untere
und das obere Rohrteil 7 und 6 radial gegen das äußere Rohrteil 8 zu
drücken und
dadurch spielfrei ineinander zu führen.
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Zusammenfassend
lassen sich die wesentlichen Merkmale der erfindungsgemäßen Lösung wie folgt
charakterisieren:
Die Erfindung sieht vor, bei einer Sicherheitslenksäule 1 neben
einer teleskopierbaren Lenkspindel 2 ein aus insgesamt
drei Teilen bestehendes teleskopierbares Mantelrohr 5 zu
verwenden. Das Mantelrohr 5 besteht dabei aus einem unteren
Rohrteil 7, welches um die erste Achse 10 schwenkbar
an der fahrzeugfesten Konsole 9 gelagert ist und axial
verstellbar im oberen Rohrteil 6 geführt ist. Das obere Rohrteil 6 hingegen
ist axial verstellbar im äußeren Rohrteil 8 geführt, welches
axial verstellbar an der Konsole 9 gelagert ist.
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Durch
die erfindungsgemäße Lösung wird eine
Sicherheitslenksäule 1 geschaffen,
welche in einer Komfortstellung eine problemlose Höhen- und/oder
Längsverstellung
der Sicherheitslenksäule 1 ermöglicht und
im Crashfall bzw. beim Überschreiten
von Missbrauchskräften
in eine Crashstellung überführbar ist,
bei der die Sicherheitslenksäule 1 hinsichtlich
ihrer axialen Längserstreckung
im Vergleich zur Komfortstellung deutlich verkürzt ist. Durch die drei ineinander
teleskopierbaren Mantelrohrteile 6, 7 und 8,
welche über
ein Druckstück 20 spielfrei
ineinander gelagert sind, kann zudem eine hohe Steifigkeit der Sicherheitslenksäule 1 und
damit ein erhöhter
Fahrkomfort erreicht werden. Somit wird sowohl die Komfortverstellung
als auch die Crashverschiebung bei einem im Ver gleich zu herkömmlichen Sicherheitslenksäulen deutlich
geringeren Bauraum realisiert.