DE1630861C3 - Sicherheitslenksäule - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Sicherheitslenksäule für Kraftfahrzeuge, wobei die Lenkwellenanordnung eine untere und eine obere Lenkwelle aufweist die zur Übertragung einer Drehbewegung von der einen zur anderen Lenkwelle miteinander verbunden sind und ferner eine die Lenkwellen außen rund umgebende obere, in Axialrichtung im Kraftfahrzeug verschiebbar gehalterte und eine untere runde Lenksäulenhülse vorgesehen ist und beide Lenkwellen in ihrer Längsrichtung relativ zueinander zur Verkürzung der Gesamtlänge der Lenksäule verschiebbar sind.

Sicherheitslenksäulen, die sich beim Aufprall des Fahrzeugs auf ein Hindernis und dem Aufschlagen des Fahrers auf das Steuerrad unter Einfluß der Aufschlagkraft verkürzen, dienen zur Verringerung des Unfallrisikos des Fahrers. Es ist eine Sicherheitslenksäule be- kannt (US-PS 32 62 332), die einen relativ aufwendigen - Aufbau zeigt, bei dem beim Aufschlag ein glattes Rohr aus Aluminium zusammengedrückt wird, wobei zusätzlich ein' Reibungsabsorber mit einem Gleitstein vorgesehen ist, der in einer Längsnut verschiebbar ist. Ein elastomerer Einsatz dient dabei zur Anpressung des Keils. Da zwischen Gleitstein und der zugehörigen Gleitnut ein relativ niedriger Reibungskoeffizient besteht, muß die vom elastomeren Einsatz aufzubringende Anpreßkraft in einer Größenordnung liegen, für die das Material solcher Einsätze eigentlich nicht geeignet ist Daher ist die Stoßaufnahmefähigkeit der bekannten Sicherheitslenksäulen begrenzt.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde eine Sicherheitslenksäule der eingangs erwähnten Art so weiter zu bilden, daß die bei einem Unfall auftretenden hohen Aufschlagkräfte auf hinreichend langem Verformungsweg einwandfrei aufgenommen werden können, ohne daß der Aufbau der Lenksäule hierbei kompliziert und teuer wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Ende einer der beiden Lenksäulenhülsen in einen am Ende der anderen Lenksäulenhülse vorgesehenen hülsenförmigen Teil eingepaßt ist, der in seinem bei einem Aufprall in Zusammenschiebungsrichtung vor dem Ende der Lenksäulenhülse liegenden Bereich wenigstens einen im Durchmesser gegenüber dem Ende der Lenksäulenhülse verjüngten, mit einer Vielzahl von Durchbrechungen versehenen Abschnitt aufweist, wobei der Übergang von dem das Ende der Lenksäulenhülse aufnehmenden Abschnitt zum verjüngten Abschnitt allmählich erfolgt. Die Vernichtung der Aufprallenergie erfolgt bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung also dadurch, daß der verjüngte Abschnitt durch das Ende der im Normalzustand vor dem verjüngten Abschnitt liegenden Lenksäulenhülse aufgeweitet wird, wobei die Durchbrechungen je nach Lage, Anzahl und Form zu einer definierten Aufnahme der Aufprallenergie derart führen, daß eine maximale Aufprallkraft nicht überschritten wird.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung ist an Hand einer Sicherheitslenksäule näher erläutert In der Zeichnung zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Sicherheitslenksäule, die an das Armaturenbrett eines Kraftfahrzeuges montiert ist, F i g. 2 die perspektivische Ansicht eines Teils der Sicherheitslenksäule mit einem Stoßdämpfer, F i g. 3 einen Längsschnitt des Stoßdämpfers aus dem eine Lenkwelle entfernt ist,

F i g. 4 die Querschnittansicht längs der Linie 4-4 in Fig. 3,

F i g. 5 die Sicherheitslenksäule nach F i g. 1 montiert an dem Armaturenbrett und Bodenbrett des Kraftfa.hrzeugs,

F i g. 6 bis 12 verschieden gestaltete Stoßdämpfer, F i g. 13 eine grafische Darstellung, die die Beziehung zwischen der zurückgelegten Bewegung der Hülse unc der darauf wirkenden Kraft darstellt.

Das untere Ende einer unteren Lenkwelle 1 ist mi einem Lenkgetriebe 6 verbunden, das in gestrichelte; Linien in F i g. 1 und 5 dargestellt ist Das obere End der unteren Lenkwelle 1 ist mit einem Keilwellenteil 1

versehen, das mit einer Nutennabe 21 im Eingriff steht, die an dem unteren Ende einer oberen Lenkwelle 2 angebracht ist, die mit einem Lenkrad 7 verbunden ist

Die Drehung des Lenkrades 7 wird zu dem Lenkgetriebe 6 durch die Kerbverzahnung des Keilwellenteils 11 und der Nutennabe 21 übertragen, und die Lenkwellen 1 und 2 können über deren gesamte Länge in axialer Richtung verkürzt werden, indem das Keilwellenteil 11 tiefer in die Nutennabe 21 sich hineinschiebt Zu diesem Zweck ist die Länge der Nutennabe 21 so groß gestaltet, wie sie zur Einstellung der erforderlichen verringerten Länge notwendig ist.

Die Lenksäule, die außen die Lenkwellen 1 und 2 umgibt und diese drehbar mit Hilfe von Lagern 9, 9' und einer Lagerhülse 8 hält, ist aus einer oberen Lenksäulenhülse 3 und einer unteren Lenksäulenhülse 4 sowie einem als Dämpfungsröhre ausgebildeten Teil 5, das als Einheit mit dem oberen Teil der unteren Lenksäulenhülse 4 verbunden ist.

Die Dämpferröhre (Teil 5) ist eine Röhre, die zwei flaschenhalsartig verjüngte Abschnitte 51 und eine Anzahl von Durchbrechungen 56 aufweist, die sich in axialer Richtung erstrecken. Es sind schräg abgestufte Abschnitte 54 und 55 vorgesehen, und zwar zwischen einem flaschenhalsartigen Abschnitt 51 und Endteilen 52 und 53. In das Endteil 52 ist die obere Lenksäulenhülse 3 eingesetzt, und das andere Endteil 53 ist mit der unteren Lenksäulenhülse 4 verbunden. Der Innendurchmesser d des Endteils 52 und 53 ist etwas größer als der Außendurchmesser D der oberen Lenksäulenhülse 3 und das Endteil 52 und die obere Lenksäulenhülse 3 so vorbereitet, daß sie leicht ineinanderpassen.

Wenn die obere Lenksäulenhülse 3 innen in die Stoßdämpferröhre eingesetzt ist und wenn die Endfläche der oberen Lenksäulenhülse 3 gegen den in F i g. 3 rechts gelegenen abgeschrägten Abschnitt 54 anliegt, hat die Hülse ihre normale Betriebslänge. Wie in F i g. 3 dargestellt, wird dann durch Einwärtsbördeln des Endes 32 des Endteils 52 die obere Lenksäulenhülse 3 an der unteren Lenksäulenhülse 4 festgelegt, so daß sie nicht mehr nach oben abgezogen werden kann.

Die F i g. 2 bis 4 zeigen das oben beschriebene in Einzelheiten. Die Durchbrechungen 56 erstrecken sich bis zu einem Teil des rechten und linken Endteils 52 bzw. 53.

Die Gestalt, Größe, Anzahl und die Lage der Durchbrechungen 56 und der flaschenhalsartige verjüngte Abschnitt 51 beziehen sich auf den Durchmesser, die gesamte Länge und die Dicke des Teils 5, und sie werden so bestimmt, daß die Dämpferröhre (Teil 5) eine geeignete Festigkeit für die verschiedenen Arten von Lenkwellen, die verwandt werden, besitzt und einen Stoß durch Erzeugung einer plastischen Deformation und Reibung mit einer verhältnismäßig großen Kraft in einem solchen Maß abfangen kann, daß der Fahrer den Stoß aushält

Die in F i g. 1 dargestellte Anordnung ist an einem Armaturenbrett 22 eines Kraftfahrzeugs durch einen Halter 23 befestigt, der um einen Teil der oberen Lenksäulenhülse 3 montiert ist Auf der Außenseite der oberen Lenksäulenhülse 3 ist ein Anschlag 24 so montiert, daß er die Lenksäulenhülse 3 hindert sich nach oben bzw. nach rechts in der Zeichnung zu bewegen, aber es ermöglicht, daß sich die Lenksäulenhülse 3 innerhalb des Halters 23 nach unten oder links in der Zeichnung verschieben kann.

F i g. 5 zeigt die gleiche Anordnung wie F i g. 1, bei der jedoch die Festlegung der Anordnung unterschiedlich ist In diesem Fall ist das Endteil 52 der Stoßdämpferröhre (Teil 5) verschiebbar oder fest an dem Armaturenbrett durch einen Halter befestigt und das untere Ende der unteren Hülse ist an dem Bodenbrett durch eine Gegenplatte 25 befestigt.

In den F i g.6 bis 12 sind verschiedene Formen von Durchbrechungen dargestellt durch Ausbildung eines Teils der Stoßdämpferröhre, und es ist nur der flaschenhalsartige verjüngte Abschnitt 51 zu sehen.

F i g. 6 zeigt die Grundausführungsform wie die F i g. 2 bis 4. Die F i g. 7 zeigt eine Ausführungsform, bei der eine Anzahl runder Löcher vorgesehen sind. In der Nähe des abgeschrägten Abschnitts 54 ist der Abstand zwischen den Löchern in axialer Richtung besonders eng. F i g. 8 zeigt eine Ausführungsform, in der längliche Durchbrechungen in einer Anzahl von Reihen dargestellt ist, und die Dichte der Durchbrechungen ist in der Nähe der abgeschrägten Abschnitte 54 vergrößert. F i g. 9 zeigt eine Ausführungsform, in der feine Durchbrechungen 56' in der Nähe des querabgeschrägten Abschnitts 54 in der Ausführungsform nach F i g. 6 vorgesehen ist. Fig. 10 zeigt eine Ausführungsform, bei der runde Durchbrechungen 56" an Stelle der feinen schlitzartigen Durchbrechungen 56' der F i g. 9 vorgesehen sind. F i g. 11 zeigt eine Ausführungsform, bei der der abgeschrägte Abschnitt 54 von F i g. 6 in zwei querabgeschrägte Abschnitte 54' verbessert ist. F i g. 12 zeigt eine Äusführungsform, bei der die Enden der Durchbrechungen 56 nach F i g. 5 im Bereich des querabgeschrägten Abschnitts 54 vergrößert sind.

Diese Ausführungsformen haben den Sinn, den Anfangswiderstand gegen eine plastische Verformung zu eliminieren, indem die Festigkeit in der Nähe des querabgeschrägten Abschnitts 54 verringert wird, wo die plastische Deformation zuerst erzeugt wird.

Bei der Konstruktion gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Lenkwellen 1 und 2 drehbar durch die Lenksäule in ihrer normalen Betriebslage gehalten, und die Drehung, bewirkt durch Drehen des Lenkrads 7, kann durch die Verzahnung zwischen dem Keilnutwellenteil 11 und der Nutennabe 21 od. dgl. zu dem Lenkgetriebe 6 übertragen werden. Die Länge der Lenkwelle wird in axialer Richtung durch die Stoßdämpferröhre (Teil 5) und die obere Lenksäulenhülse 3 aufrechterhalten, aber wenn eine große Kraft die durch ein Auffahren erzeugt wird, auf die Lenkwelle wirkt, können die Lenkwellen 1 und 2 die Gesamtlänge in axialer Richtung verkürzen, indem das Keilwellen teil 11 tiefer in die Nutennabe 21 sich einschiebt.

Zur gleichen Zeit drückt eine Endfläche 31 der obe-' ren Lenksäulenhülse 3 den querabgeschrägten Abschnitt 54 der Stoßdämpferröhre (Teil 5), und die Innenumfangsfläche des flaschenhalsartigen Abschnitts 51 wird ausgeweitet

An dem flaschenhalsartigen Abschnitt 51 sind eine Anzahl Durchbrechungen 56 vorgesehen so weit wie das rechte und linke Endteil 52 bzw. 53. Der flaschenhalsartige Abschnitt 51 besitzt eine genügende Festigkeit, um die Lenkwelle in ihrer normalen Betriebslage zu halten, und ist in solcher Weise gestaltet, daß das flaschenhalsartige Teil eine Festigkeit besitzt die eine plastische Deformation durch eine vergleichsweise große Kraft erlaubt, innerhalb eines Grades, den der Fahrer aushält Eine plastische Deformation findet in der Nähe der Grenze zwischen dem querabgeschrägten Abschnitt 54 und dem Endteil 52 und in dem Bereich ¹ des quergeschrägten Teiles 55 und dem Endteil 53 statt, und die obere Lenksäulenhülse 3 wird in die innere

Umfangsfläche der unteren Lenksäulenhülse 4 und der Dämpferröhre (Teil 5) gedrückt.

Somit wirkt ein Widerstand, der durch die Federwirkung des Teiles 5 und die Reibung zwischen der inneren Umfangsfläche des flaschenhalsartigen Abschnitts 51 und der Außenumfangsfläche der oberen Lenksäulenhülse 3 sowie durch die plastische Deformation verursacht wird, auf die obere Lenksäulenhülse 3. Sein Ausmaß wird von der senkrechten Achse der Kurve in F i g. 13 wiedergegeben, die die Beziehung zwischen der zurückgelegten Bewegung der Hülse und der Kraft darstellt Der Stoß wird so durch den Widerstand abgesetzt, und der Fahrer wird keinem starken Stoß ausgesetzt

Wenn die Kraft, wie in F i g. 13 dargestellt ist, geringer ist, ist der Fahrer dadurch sicherer, und es ist erforderlich, daß die gesamte Energie des Stoßes durch eine geringere Kraft und einen längeren Bewegungsabstand absorbiert wird, wie mit ausgezogener Linie dargestellt ist. Wenn die Gestalt, die Größe der Durchbrechungen 56 und/oder der Neigungswinkel des Abschnitts 54 unsachgemäß ausgewählt wird, steigt die Kraft im Anfangsstadium der Bewegung in der Hülse stark an, wie in gestrichelten Linien in Fig. 13 dargestellt ist, was sorgfältig vermieden werden muß.

Daher ist der Innendurchmesser d der Endteile 52 und 53 des Teiles 5 etwas größer als der Außendurchmesser D der oberen Lenksäulenhülse 3, und diese ist leicht zum Endteil 52 eingepaßt Der Reibungswiderstand zwischen der Innenumfangsfläche des Endteils 52 und der Außenumfangsfläche der oberen Lenksäulenhülse wird zum Zeitpunkt wenn die plastische Deformation eintritt verringert und der Anstieg der Kraft im Anfangsstadium der Bewegung der oberen Lenksäulenhülse 3, wie sie in F i g. 13 in gestrichelten Linien dargestellt ist, wird verhindert durch das Aufeinanderliegen des abgeschrägten Abschnitts 54 und der Endfläche der oberen Lenksäulenhülse 3 und durch die Aufteilung des quergeschrägten Abschnitts 54 in zwei Stufen oder durch spezielle Durchbrechungen in der Nähe des quergeschrägten Teiles.

Der Innendurchmesser d des Endteiles 53 ist größer gemacht als der Außendurchmesser D der oberen Lenksäulenhülse 3, so daß diese leicht in die Innenfläehe des Endteiles 53 eingesetzt werden kann.

Bei der vorliegenden Erfindung ist die Reibungskraft verwendet worden, und insbesondere ist es möglich, Gebrauch einer längeren Bewegungsstrecke der Lenksäulenhülse zum Absorbieren des Stoßes zu machen, so daß z. B. eine noch längere Zeit für die Hülse zur Verfügung steht, den Stoß zu absorbieren. Dabei ist es möglich, die auf den Fahrer einwirkende Kraft so gering " wie möglich einzustellen, und somit hat die vorliegende Erfindung die Wirkung, die Sicherheit des Fahrers zu erhöhen.

Die Konstruktion der Lenksäule gemäß der vorliegenden Erfindung ist einfach, und daher besteht auch ein Vorteil in der wirtschaftlichen Herstellung.
Bei den vorangegangenen Ausführungsformen ist das als Dämpferröhre ausgebildete Teil 5 als Einheit mit der unteren Lenksäulenhülse 4 dargestellt worden. Die Erfindung ist darauf nicht beschränkt; die Dämpferröhre kann auch als Einheit mit dem unteren Ende der oberen Lenksäulenhülse 3 hergestellt werden, und das obere Endteil der unteren Lenksäulenhülse 4 kann in das Endteil 52 der Dämpferröhre eingesetzt werden. Die gleiche Wirkung kann auch erzielt werden, wenn" die Dämpferröhre getrennt vorbereitet wird und das Endteil 53 an dem unteren Endteil der oberen Lenksäulenhülse 3 oder an dem oberen Endteil der unteren Lenksäulenhülse 4 festgeschweißt wird. Ebenso kann das untere Endteil der oberen Lenksäulenhülse 3 oder das obere Endteil der unteren Lenksäulenhülse 4 an dem Endteil 52 festgeschweißt sein.

Das Keilwellenteil 11 ist an der unteren Lenkwelle 1 und die Nutennabe 21 ist an der oberen Lenkwelle 2 in den Ausführungsformen gemäß den F i g. 1 und 5 vorgesehen, eine entgegengesetzte Anordnung bringt aber die gleiche Wirkung mit sich.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1." Sicherheitslenksäule für Kraftfahrzeuge, wobei die Lenkwellenanordnung eine untere und eine obere Lenkwelle aufweist, die zur Übertragung einer Drehbewegung von der einen zur anderen Lenkwelle miteinander verbunden sind und ferner eine die Lenkwellen außen rund umgebende obere, in Axialrichtung im Kraftfahrzeug verschiebbar genalterte und eine untere runde Lenksäulenhülse vorgesehen ist, und beide Lenkwellen in ihrer Längsrichtung relativ zueinander zur Verkürzung der Gesamtlänge der Lenksäule verschiebbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende (32) einer der beiden Lenksäulenhülsen (3 bzw. 4) in einen am Ende der anderen Lenksäulenhülse (4 bzw. 3) vorgesehenen hülsenförmigen Teil (5) eingepaßt ist, der in seinem bei einem Aufprall in Zusammenschiebungsrichtung vor dem Ende (32) der Lenksäulenhülse (3 bzw. 4) liegenden Bereich wenigstens einen im Durchmesser gegenüber dem Ende (32) der Lenksäulenhülse (3 bzw. 4) verjüngten, mit einer Vielzahl von Durchbrechungen (56, 56', 56") versehenen Abschnitt (51) aufweist, wobei der Übergang von dem das Ende der Lenksäulenhülse aufnehmenden Abschnitt zum verjüngten Abschnitt (51) allmählich (bei 54) erfolgt.

2. Sicherheitslenksäule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der hülsenförmige Teil (5) einstückig mit einer der Lenksäulenhülsen (4) hergestellt ist

3. Sicherheitslenksäule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der hülsenförmige Teil (5) als gesonderter, an einer der Lenksäulenhülsen (3 bzw. 4) befestigter Teil ausgebildet ist

4. Sicherheitslenksäule nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrechungen (56, 56') eine in axialer Richtung langgestreckte Form haben.

5. Sicherheitslenksäule nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrechungen (56,56") Kreisquerschnitt haben.

6. Sicherheitslenksäule nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß Durchbrechungen mit sowohl in axialer Richtung langgestreckter (56) als auch kreisförmiger (56") Querschnittsform vorgesehen sind.

7. Sicherheitslenksäule nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrechungen (56) langgestreckt mit halbkreisförmig auslaufenden Enden sind.