DE1630825A1 - Sicherheitslenkung fuer Autos - Google Patents

Description

Mitsubishi Seiko Kabushiki Kalsha, Tokyo/Japan

Sicherheit slenkung; für Autos.

Die Erfindung betrifft Sicherheitslenkungen für Autos, insbesondere Mittel zum Zusammenschieben der Lenkung in axialer Richtung. Herkömmliche Lenkungen für Autos umfassen gewöhnlich eine Lenkspindel mit einem an ihrem oberen Ende angebrachten Lenkrad, wobei das untere Ende der Lenkspindel In einem Gehäuse an dem Chassis des Fahrzeugs befestigt ist, um der Lenkspindel.die freie Lagerung in diesem Gehäuse zu gestatten. Wenn die durch einen Zusammenstoß erzeugte Aufprallkraft auf eine derart konstruierte Lenkung ausgeübt wird, können sich die Lenkspindel und ihr Gehäuse gegen den Fahrer schieben, wodurch er verletzt oder sogar getötet werden kann. Die gleiohen PoIgen können entstehen, wenn der Fahrer auf Grund eines Unfall gegen das Lenkrad geschleudert wird.

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Die naoh dem Stand der Technik bekannten Lenkungen umfassen eine Lenkspindel mit einem Gehäuse aus einem netzartigen Metallteil bestehend aus zwei durch einen Scherstift verbundenen Teilen. Sei einer solchen Lenkung wird das Drehmoment, das sich aus der Drehung der Lenkspindel ergibt, von einem Teil auf das andere durch zwei teleskopartig ineinandergreifende Rohre mit polygonischen Querschnitten, übertragen. Bei dieser Art der Lenkung wird der Scherstift, falls die Aufprallkraft eine bestimmte Intensität übersteigt, abgeschert, und die Lenkspindel schiebt sich in axialer Richtung zusammen. Die Folge davon 1st, daß dac metallische, netzartige Teil auf Grund des starken Aufpralls zusammenbricht und somit verhindert, daß das Lenkrad gegen den Fahrer des Fahrzeugs geschleudert wird una_s daß der nachfolgende Aufprall des gegen das Lenkrad geworfenen menschlichen Körpers verhindert wird.

Diese Konstruktion erfordert einen besonders geringen Schlankheitsgrad des metallischen, netzartigen Teils, damit sich die Säule ohne sich zu verblegen axial zusammenschieben kann. Ein entsprechendes Gehäuse mit einem netzartigen Teil, dessen Schlankeitsgrad größer ist als 4, gibt es jedoch bis ,letzt noch nicht. Ein weiterer Nachteil dieser Lenkung besteht darin, daß sich der Außendurchmesser des erweiterten Teils des Gehäuses um 1,5 mal seiner normalen Größe vergrößert, wenn die Spindel zusammengeschoben wird.

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Daher muß die Konstruktion von Lenkungen für Autos so se?«, daß sie groß genug ist, um das erweiterte, zusammengebrochene Spindelteil aufnehmen zu können, und zwar so, daß dieser Teil sich ausdehnen kann.

Weiter ist es notwendig, die mittlere Dicke des metallischen, netzartigen Teils klein zu halten, damit es sich unter besonders starken Aufprallbedingungen zusammenschieben kann, da dieses netzartige Ketallteil in der Außenwand des Gehäuses für die Lenkspindel angeordnet ist. Dies macht eine Verminderung der Biegesteifigkeit der gesamten Lenkung erforderlich.

Ziel der vorliegenden Erfindung 1st es, eine verbesserte Lenkung für Automobile zu schaffen, die eine Lenkspindel verwendet, die sich beim Aufprall infolge eines Zusammenstoßes axial zusammenschiebt.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine zusammenschiebbare Lenkung zu schaffen, die bei der Montage keine wesentlichen Veränderungen der Abmessungen der Lenkspindel und deren Gehäuse oder anderer damit verbundener Konstruktionen des Chassis, erforderlich machen.

Ein weiteres. Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine zusammenschiebbare Lenkung zu schaffen, die nicht die verschiedenen !Mängel der gemäß dem cJtand der Technik be-

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kannten Lenkung aufweist, bei der die Lenksplndel und das Gehäuse glelchzeitigj im Falle eines Zusammenstoßes_s zusammenschiebbar konstruiert werden*

Koch ein weiteres Siel der Erfindung ist es, eine zusanuflenschlebbare Lenkung zu schaffen, bei der die zum Zusammenbrechen der Lenkung erforderliohe Stärke des Aufpralls frei bestimmt werden kann.

Die erfindungsgemäße Lenkung besteht vorzugsweise aus ei« ner Lenkspindel mit einem sie umgebenden Gehäuse, wobei sowohl die Lenkspindel als auch das Gehäuse teleskopartig miteinander verbunden sind. Die Spindel besitzt ein zwischen den beiden teleskopartig verbundenen Teilen der Spindel angeordnetes _t zusammenschiebbares Tell j um die Spindel UtJd das Gehäuse auf Grund der Elastizität des zusammensöhiebbaren Teils in Arbeitsstellung zu halten« Die Lenkspindel besteht aus zwei feilen» von denen eines einen im allgemeinen runden Querschnitt, besitzt und eine Stange alt einem polygonalen Abschnitt aufweist* der a,n seinem oberen, inneren Stangenende befestigt istf das andere Teil weist ein Hohr mit einem. Innendurchmesser auf, der im. wesentli* chen gleich dem Durchmesser des Umkreises der Stange 1st, Das Teil ist an seinem entgegengesetzteii Ende gegenüber dem Lenk^a^ befestigt»

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Am äußeren Ende des Rohres ist eine Buchse mit einer Öffnung, deren Querschnitt dem der Stange ähnlich ist, so· befestigt, daß die Stange in der Buchse zu gleiten vermag. Das zusammenschlebbare Teil besteht zweckmäßigerweise aus einem gewellten, die Stange umgebenden Metallrohr. Es ist zwischen den beiden Teilen der Lenkstange angeordnet. Wenn eine Stoßkraft auf die Lenkung wirkt, bricht das zusammenschiebbare Teil zusammen, und die Lenkspindel als auch das Gehäuse schieben sich auf Grund ihrer teleskopartigen Verbindung zusammen.

Bei der Lenkung gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Aufprallkraft durch die zweckmäßige Auswahl des Materials oder der Form des zusammenschiebbaren Teils auf einen gewünschten Wert festgesetzt werden. Da das zusammenschiebbare Teil starr 1st, im Gegensatz zu der netzartigen Metallkonstruktion gemäß dem Stand der Technik, kann die mittlere Dicke des Teils groß sein, im Vergleich zu seinem kleinen Durohmesser, und dementsprechend kann der Schlankheitsgrad 4,.5 oder größer sein und der vergrößerte Außendurc'hmesser auf 5 > lOjß begrenzt werden. " Die Sicherheitslenkung ist dadurch gekennzeiehn.et, daß eine in einem Gehäuse untergebrachte Lenkspindel mit einem Antriebsteil und einem Abtriebsteil vorgesehen ist, von denen eines stangenförmig ist und einen vieleckigen Quer-

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schnitt aufweist, und das andere Teil rohrförmig ist und mindestens an seinem Endabschnitt eine Bohrung mit einem polygonalen Querschnitt aufweist, in die das eine Teil zur Übertragung des Drehmomentes von dem einen auf das andere Teil eingepaßt ist, daß das eine Teil frei und axial in das andere, hohle Teil bewegbar ist, daß ein .Arretiermittel an mindestens einem der beiden Teile zur Arretierung der Axialbewegung des einen Teils in das andere vorgesehen 1st und sich ein zusammenschiebbares Element axial zur Lenkspindel erstreckt, zwischen den beiden Teilen der Lenkspindel angeordnet ist und bei Bewegung des einen Teils in das andere zusammenschiebbar ist.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung des in der beigefügten Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels. In der Zeichnung ist:

Fig. 1 eine im Querschnitt gezeigte Seitenansicht der Lenkung für Autos gemäß den Lehren des Standes der Techniki

PIg. 2 eine teilweise im Querschnitt gezeigte Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels einer bisher bekannten, zusammenschiebbaren Lenkung!

Fig. 3 ein teilweise dargestellter Querschnitt der in Fig. 2 in zusammengeschobenem Zustand dargestellten Lenkung}

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PIg. if eine Seitenansicht "der Lenkung gemäß dem'bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindungs; Fig. 5 ein teilweise dargestellter Querschnitt des in Fig. if- gezeigten, bevorzugten Ausführungsbeisplelsi Fig. 6 ein schräger Querschnitt des hohlen Sohrteils auf der Linie Vl-Vl der Fig. 5l

fig. 7 ein schräger Querschnitt des ilohrteils auf der Linie VIl-VlI der Fig. 4|

Flg. 8 ein teilweise dargestellter Querschnitt'des in Fig. 5 gezeigten, zusammenschiebbareh Teils| Fig. 9 eine Seitenansiciht des in Fig. 8 gezeigt en _s zusammen-' schiebbaren Teils; ' · _;

Fig. Io eine schematische Darstellung, die die'Sezlehüng ■zwischen der Aufprallkraft und der Zeit darstellt | Fig. iOa eine schematische Darstellung, die die Beziehung zwischen dem Kompressionshub; und der Zelt zeigt | Flg. 11 eine der Fig. 5 ähnliche Ansieht, die ein'anderes Ausfühtvngsbeispiel geimß der vorliegenden Erfindung zeigt und Flg. 12 ein Huerschnitt einer abgeänderten Form des zusammensohlebbaren Teils,

Fig. I 4er Zeichnungen stellt eine bislang verwendete Lenkung für Autos dar« Öle umfaßt eine Lenkspindi?! 1 mit einem am oberen Ende derselben befestigten Lenkrad £* ^Uilä ein Gehäuse 3, das zweckmäßigerweise am -Ghassis % des M~ tos mittels einer Halterung 5 befestigt ist. Die Lenkspindel

ist drehbar in einem in dem Gehäuse 3 befestigten Lager ö und einer Buchse 7 gelagert. Das untere Ende der Lenkspindel ist mit einem nicht gezeigten Verbindungsstück: über Gleitflächen oder andere zweckmäßige Mittel 8 verbunden, und das Verbindungsstück ist dann mit einem nicht gezeigten Getriebegehäuse verbunden. In der Zeichnung ist zu beachten, daß die Lenkspindel 1, sowie das Gehäuse 3 starr konstruiert sind. Daher würde beim Aufprall durch den gegen die Lenks.pindel-geschleuderten Pah. r auf Grund eines Unfalls kein Spielraum sein, was den Tod oder ernstliche Verletzungen des Fahrers zur Folge haben könnte.

Die Fig. 2 und 3 zeigen ein Ausführungsbeispiel einer gemäß dem Stand der Technik bekannten, zusammenschiebbaren Lenkung, bei der ein Gehäuse 9 in zwei Teile geteilt ist, zwischen denen sich ein netzartiges Metallteil 9° befindet, wodurch die Teile zusammenschiebbar sind. Die Lenkung umfaßt weiter eine hohle Lenkspindel IO mit einem an einem Ende verringerten Querschnitts ,der einen vieleckigen Teil 10" aufweist, und eine hohle Lenksäule 10" mit dem gleichen Querschnitt wie der des vieleckigen Teils Id". Die hohle Lenksäule 10'" ist teleskopartig mit der Spindel 10 an der Stelle mit dem verringerten, vieleckigen Querschnitt verbunden. Die Teile 10 und 10⁸ⁱ sind miteinander, mittels 'Scherstiften 11 und II⁸ befestigt. Bei einem Zusammenstoß werden die Stifte 11 und II⁹ durch die Aufprallkraft

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auf Grund des Zusammenstoßes abgeschert und das netzartige Metallteil 9° schiebt sich zusamme ."· und sein Außendurchmesser wird dadurch wie in Fig. 3 gezeigt ist^'größer, 3omit ist die Lenkung in axialer Sichtung zusammenschiebbar.

Damit sich eine, derart konstruierte Lenkung axial zusammen -schieben kann, ohne sich auf Grund eines Axialdrucks durchzubiegen, muß das netzartige'Metallteil 9" einen besodners kleinen Schlankeitsgrad, wie vorher festgestellt wurde, haben. Bis ,letzt hat keine Lenkung einen größeren Schlankheitsgrad als 4 gehabt. üarüberhinaus erreicht der Außendurchmesser der ausgedehnten Teile 9^Be des netzartigen Me tall teil s 9" nach dem heutigen Stand der Tecfcrik mef-v als das Anderthalbfache des ursprünglichen Durchmessers.

In einen}.in den Fig. k bis 9 gezeigten, bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Lenkspindel zwei Teile 12 und 13, die teleskopartig miteinander verbunden sind. Weiter weist sie ein ebenfalls au3 zwei Teilen I^ und 15 bestehendes Gehäuse auf, welche Teile teleskopartig miteinander verbunden sind. Das Toll 12, das ein nicht gezeigtes Verbindungsstück besitzt, welches an seinem unteren Ende durch Keilverzahnung oder andere Mittel 8 befestigt ist, hat einen im allgemeinen runden Querschnitt. Eine Stange 16, die

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einen vieleckigen Abschnitt besitzt, Ist am oberen Ende des Teils 12 mit ilva einstückig befestigt, so daß axe

Achse der stange 15 mit der des Teils 12 fluchtet. Am oberen Ende des Teils 13 ist ein Lenkrad 2 befestigt, und es besteht aus einem Rohr I7 Kit- einem Innendurchmesser«, der entweder gleich oder etwas größer ist als der Durchmesser der .Stange 16_S die am unteren Ende des Rohres 17 befestigt ist. Das Bohr besitzt eine 3uchse mit einer Bohrung 19₉ welche Buchse am unteren finde aes Rohres 17 angeschweißt Ist. Der Querschnitt der Bohrung in der Buchse 18 ist im wesentlichen mit dem Querschnitt der Stange Io gleich, und werra die Stange 16 in die Bohrung 19 der Buchse 18 eingeführt wird., ist die Stange 16 auf der Innenfläche üer Bohrung Ι'ϊ im Bohr 1? gleit bar, und das Drehen* int von Teil I3 wird'durch den Eingriff der dtange 16 mit der Buchse Io auf das Teil 12 übertragen.

Das Herausziehen dor 3tange 16 aus der Buchse 18 wird durch ein zylindrisches Arretierteil 20 verhindert, aas sich am äußeren Ende der Stange 16 befindet, wobei der Außendurchmesser des Arretierteils 20 ebenso groß ist wie der Innendurchmesser des Rohres I7»

Ein zusanmenschlebbares Teil 21, bestehend aus einem gewellten Metallrohr, wie. die ^g. 8 und 9 zeigen, welches eine gewisse Elastizität besitzt, ist us die .Stange Io

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zwlscheß einer Schulter.22 am unteren Ende der .Stange· 16 und dem äußeren Ende der Buchse 18 angeordnet, so daß das Arretierten 20 gegen das Innere Ende der Buchse 18 auf Grund der Elastizität des zusamraenschiebbaren Teils 21 stoßen kann. ' ■""---.;,

Die mit der JLenkspindel 12 und 13 verbundenen Gehäuseteile 1^4- und 15 stehen teleskopartig miteinander in Eingriff, damit sie sich frei entlang ihrer Längsachse bewegen können, wenn sie einer Aufprallkraft unterworfen werden. . ^

Bei normalem Betrieb arbeitet die Lenkung auf die herkömm-,liehe Art und Weise, d.h. das Drehmoment, das auf das Lenkrad 2 wirkt, welches am oberen Ende des Teils I3 der Lenkspindel befestigt ist, wird auf Teil 12 der Lenkspindel durch Rohr I?, Büchse 18 und Stange 16 Übertragen, und von da aus zu einem nicht gezeigten Verbindungsstück, das mit dem unteren Ende des Teils 12 durch Keilverzahnung oder andere zweckmäßige Kittel 8 verbunden ist. Bei einem Zusammenstoß wirkt eine Stoßkraft auf das äußere Ende des, TelIs 12 und I3 der Lenkspindel § die Lenkspihdel wird J-edoch nicht gegäia den Fahrer gestoßen, da sich das zusammenscfiiebbare feil 21 augenblicklich auf seiner Längsachse um einen bestimmten Betrag zusammenschiebt und die Energie des Stoßes absorbiert, Somit Ist der Fahrer gegen schwere öder gar tödllehe Verletzungen als Folge des

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Aufpralls auf das lenkrad. 2 geschützt.

Die Druckfestigkeit des zusammenschiebbaren Teils 21 hängt von der Auswahl seines Materials und dem Grad der Wärmebehandlung ab. Sie hängt ebenfalls von seiner Dicke t₉ seinem Außendurchmesser d und dem Abstand ρ ab, wie in den Fig. 8 und 9 gezeigt ist. Normalerweise ist t = 0.5 8,0 mm, d. = 10 - 80 mm und ρ = 3 - 30mm.

Die in den Fig. 10 und 10a gezeigten Diagramme sind charakteristische Kurven für die Lenkung gemäß der Erfindung. Die Aufprallkraft am oberen Ende der Lenkung und der Kornpressionshub werden als Ordinate, und die Zeit als Abszisse genommen.

Aus dieser charakteristischen Kurve ist klar ersichtlich, daß die Lenkung gemäß der vorliegenden Erfindung sehr wirksam die Aufprallkraft gegen den menschlichen !Brustkorb auf Grund eines Zusammenstoßes abfängt. Die Kurve zeigt auch, daß die Energie des Aufpralls unmittelbar beim Aufprall ihren Höhepunkt a erreicht und dann auf einen Durchschnittswert b vermindert wird, der erheblich geringer ist als der Wert beim Höhepunkt des Aufpralls.

Obwohl in dem in den Fig. 4-9 gezeigten Ausführungsbeispiel das zusammenschiebbare Teil 21 um die Stange angeordnet ist, kann es im Rohr 17 zwischen der äußeren Stirnfläche des Arretierteils 20 und der inneren Stlrrt-

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flache 23. des Tells 13 angeordnet sein, wie es in Fig, Il gezeigt ist. 3ei dieser Ausführungsform ist die Wirkung die gleiche. .

Darüberhinaus kann das zusammenschiebbare Teil 21 oder 21⁵ in zwei Abschnitte A und B geteilt werden, wie to Fig. 12 gezeigt ist, welche Abschnitte eine unterschiedliche Druckfestigkeit haben» Durch/diese Anordnung kann der anfängliche Höhepunkt der Aufprallenergie bis nahezu auf den mittleren Wert der Aufprallenergie geserkt werden, wie durch die gepunktete Linie in Fig. 10 gezeigt 1st. Somit wird die durch den Aufprall verursachte Energie wirksamer abgefangen. ·

Obwohl die Erfindung in Bezug auf die bevorzugten Aus- : führungsbeisplele gezeigt und beschrieben wurde, sind Abänderungen der Erfindung mÖglidh₉ und es ist daher- selbstverständlich., daß alle Änderungen und Entsprechungen Im Rahmen der 'Srfindung und des Erfindungsgedankens, d.h. im Bahmen der Patentansprüche möglich sind.

Patentanspruche 100830/0316

Claims (3)

P a t e n t a n s prüohe.

1. Sicherheitslenkung für Autos, dadurch gekennzeichnet, daß eine in einem Gehäuse (3) untergebrachte Lenkspindel (1) mit einem Antriebsteil (10) una einem Abtreibsteil (10"') vorgesehen ist, von denen eines stangenfö'rmig 1st und einen vieleckigen Querschnitt aufweist, und das andere Peil rohrförmig ist und mindestens an seinem Endabschnitt eine Bohrung mit einem vieleckigen Querschnitt aufweist, in die das eine Teil zur übertragung des Drehmomentes von dem einen auf das andere Teil eingepaßt ist, daß das eine Teil frei aund axial in aas andere, hohle Teil(17) bewegbar 1st, daß ein Arretiermittel (20) an mindestens einem der beiden Teile zur Arretierung der Axialbewegung des einen Teils in das andere vorgesehen ist und sich ein zusammenschiebbares Element (9°) axial zur Lenkspindel erstreckt, zwischen den beiden Teilen der Lenkspindel angeordnet ist und bei Bewegung des einen Teils in das andere zusammenschiebbar ist.

2. Sicherheitslenkung nach Anspruch I₉ dadurch g e k e η η zeichnet, daß das eine Teil das Abtriebsteil (12) und das andere das Antriebsteil (13) ist»

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3. Sicherheitslenkung nach Anspruch 1, dadurch ge k en η ζ e i c h η e t, daß das zusatBtnenschlebbare Peil (9⁹) zwischen den beiden Teilender Lenkspindel angeordnet ist und den stangenförmigeii Abschnitt des einen Teils umschließt. . \ .

^, Sicherheitslenkung nach Anspruch 1, dadurch ge k e η ,n ζ e i ο h η e t₉ daß das zusammenschiebbare Teil (21) zwischen den beiden Teileii der Lenkspindel innerhalb des hohlen, zweiten Teils angeordnet ist.

5« Sicheheitslenkung nach Anspruch 1, dadurch g. e k e η η ze ich η e t, uaß das zusammenschiebbare Teil (21) aus mindestens zwei Abschnitten mit verschiedenen Kompressionseigenschaften besteht.

BAD ORIGINAL 109830/0316

L e e r s e it e