DE19522389C1 - Sicherheitslenksäule - Google Patents
SicherheitslenksäuleInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Sicherheitslenksäule gemäß dem Ober
begriff des Patentanspruchs 1.
Eine gattungsgemäße Sicherheitslenksäule geht beispielsweise aus
der DE 34 27 211 C1 hervor. Die darin offenbarte Sicherheits
lenksäule weist als Deformationsglied einen aus zwei teleskopisch
zusammenschiebbaren Wellenstücken aufgebauten Lenksäulenab
schnitt auf, der bei einem Frontalaufprall axialen Verschie
bungsweg und in geringfügigem Maße auch Stoßenergie aufnimmt.
Dadurch können in einer ersten Phase nach einem Frontalaufprall
der obere Mantelrohrabschnitt der Lenksäule und das Lenkrad in
ihrer Einbaulage gehalten werden, was insbesondere für eine op
timale Schutzwirksamkeit eines sich entfaltenden Airbags wichtig
ist. Anstelle eines durch teleskopisches Zusammenschieben wir
kenden Deformationsgliedes kann auch ein Wellrohr als Deformati
onsglied eingesetzt sein.
Das Deformationsglied kann Verschiebungsweg nur bis zu einem Ma
ximalbetrag aufnehmen, der durch die Länge des Deformationsglie
des begrenzt ist. Danach geht es auf Block und überträgt weiter
eingeleitete axiale Kräfte in starrer Verbindung auf das Mantel
rohr. Bei engen Bauraumverhältnissen im vorderen Fußraum des
Fahrzeugs ist es oft nicht möglich, das Deformationsglied so
lang zu bemessen, wie es für einen optimalen Insassenschutz wün
schenswert wäre. Bei einem Frontalaufprall würden daher frühzei
tig Kräfte von dem sich in Richtung Fahrgastzelle verschiebenden
Lenkgetriebe bis in das Lenkrad vordringen. Bricht das Mantel
rohr aus seiner Halterung, so kann dies zu einer gefährlichen
Verschiebung oder Aufstellung des Lenkrads führen.
Um dieses zu verhindern, ist es bekannt (DE 37 29 155 A1, DE 31
36 634 A1), das Deformationsglied mit einem Ausbrechmechanismus
zu versehen, der bei Überschreiten einer bestimmten axialen
Kraft, die Welle auseinanderbrechen läßt und somit das Lenkge
triebe mechanisch von der Lenkspindel trennt. Als nachteilig an
dieser Lösung kann erachtet werden, daß das Wirksamwerden des
Ausbrechmechanismus von vielen schwer kalkulierbaren Faktoren
abhängt, so daß insbesondere das Langzeitverhalten schwer abzu
schätzen ist.
Desweiteren sind Lenkungsanordnungen bekannt (DE 32 41 839 C1,
DE 28 36 788 A1) bei denen ein bauchig aufgeweitetes Aufnahme
rohr eines teleskopartigen Deformationsgliedes zugleich eine
Sollbiegestelle darstellt, welche bei einem Frontalaufprall ne
ben der teleskopischen Aufnahme von Verschiebungsweg ein Abknik
ken der Eingangswelle des Lenkgetriebes relativ zur Lenkspindel
ermöglicht, wodurch die Einleitung axialer Kräfte durch ein sich
in Richtung der Fahrgastzelle bewegendes Lenkgetriebe stark ver
ringert wird. Diese Lösung ist recht aufwendig und macht durch
die bauchige Aufweitung zusätzlich Bauraum erforderlich.
Ferner sind mehrgliedrige Sicherheitslenksäulen bekannt (DE 28
53 374 A1, JP 07-117 686), welche ein Deformationselement zur
Aufnahme von axial ein Verschiebeweg und zusätzlich eine Sollbie
gestelle in einer lenkgetriebenahen Zwischenwelle aufweisen. Als
nachteilig kann bei diesen Anordnungen angesehen werden, daß der
Energieverzehr und die Umlenkung der Kräfte im Falle eines Auf
pralls schwer abzuschätzen sind, da die Kräfte über ein Kardan
gelenk auf die Sollbiegestelle eingeleitet werden. Desweiteren
machen die langen, als Hebelarm an die Sollbiegestelle angrei
fenden Abschnitte der Zwischenwelle die Freihaltung eines ver
gleichsweisen großen Bauraumes erforderlich, damit bei einem
Aufprall die Abschnitte der Zwischenwelle ungehindert abknicken
können und nicht vorzeitig auf Block gehen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Sicherheits
lenksäule dahingehend weiterzubilden, daß insbesondere wenn auf
grund enger Bauraumverhältnisse nur in geringem Maße axialer
Verschiebungsweg nutzbar ist, ein gefährliches Aufstellen der
Lenkspindel und des Lenkrades bei einem Frontalaufprall verhin
dert wird.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unter
ansprüchen hervor.
Gemäß der Erfindung wird ein auf Block gehen des Deformations
gliedes verhindert, indem vorher das Lenkgetriebe an der Soll
biegestelle abknickt, so daß bei einer weiteren Verschiebung des
Lenkgetriebes in Richtung auf die Fahrgastzelle kaum noch axiale
Kräfte in die Lenksäule eingeleitet werden. Ein weiterer Vorteil
besteht darin, daß die erfindungsgemäßen Maßnahmen nur eine ge
ringfügige Abänderung der gattungsgemäßen Sicherheitslenksäule
erfordern.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dar
gestellt und wird nachstehend erläutert. Es zeigen:
Fig. 1a eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Sicherheits
lenksäule in ihrer Einbaulage,
Fig. 1b die Sicherheitslenksäule gemäß Fig. 1a nach einem Fron
talaufprall,
Fig. 2 eine Draufsicht der erfindungsgemäßen Sicherheitslenk
säule gemäß Fig. 1a mit einer Fangschlinge als Abstütz
element.
Die in Fig. 1a dargestellte erfindungsgemäße Sicherheitslenksäu
le 1 umfaßt eine mehrgliedrige Lenkspindel 2, die endseitig ei
nerseits mit einem Lenkrad 3 und andererseits über eine Gelenk
4, insbesondere ein Kreuz- oder Kardangelenk, mit der Eingangs
welle 5 eines Lenkgetriebes 6 verbunden ist. In der Zeichnung
ist durchgehend eine Zahnstangenlenkung dargestellt, deren Lenk
getriebe 6 an einem Integralträger 7 befestigt ist. Der Inte
gralträger 7 trägt den Motor 8 und ist seinerseits an rechts-
und linksseitigen Fahrzeuglängsträgern 9 befestigt. Ohne Weite
res ist die Erfindung auch auf Fahrzeuge mit Blocklenkung an
wendbar, wobei die Lenkgetriebe entweder am Integralträger oder
an dem lenkradnahen Fahrzeuglängsträger befestigt sein können.
Der lenkradnahe Teil 2.2 der Lenkspindel 2 ist in einem Mantel
rohr 10 geführt, welches seinerseits an einem bei einer Frontal
kollision weitgehend unbeeinflußten Querträger 11 befestigt ist,
wobei es sich zusätzlich über eine Stirnwandabstützung 12 an der
Stirnwand 13 des Fahrzeugs abgestützt. Der lenkradnahe Teil 2.2
der Lenkspindel 2 ist mit dem lenkgetriebenahen Teil 2.1, der
als Deformationsglied 14 zur Aufnahme von axialem Verschiebungs
weg ausgebildet ist, gelenkig verbunden. Diese Verbindung er
folgt gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel über ein obe
res Gelenk 15, weitere Gelenke und Zwischenwellen sind jedoch
denkbar.
Das Deformationsglied 14 ist in der Lage durch Aufnahme von
axialem Verschiebungsweg die Länge der zwischen Lenkgetriebe 6
und Mantelrohr 10 eingespannten Lenkspindel 2 zu verkürzen. Dies
kann durch teleskopisches Zusammenschieben, wie in der Zeichnung
dargestellt, oder durch plastische Verformung wie bei einem
Wellrohr erfolgen. Das Deformationsglied 14 ist lenkgetriebesei
tig über ein Gelenk 4 und eine Lenkungskupplung 16 mit der Ein
gangswelle 5 des Lenkgetriebes 6 gelenkig verbunden. Die Len
kungskupplung 16 dient dem Anschluß des Lenkgetriebes 6 an die
Lenkspindel 2 und der Vibrationsdämpfung, sie ist für das weite
re ohne Bedeutung.
Erfindungsgemäß weist die Eingangswelle 5 des Lenkgetriebes 6
eine Sollbiegestelle 17, die im Ausführungsbeispiel durch eine
Querschnittsschwächung definiert wird. Andere Realisierungen der
Sollbiegestelle sind ohne weiteres denkbar und dem Fachmann als
solche bekannt. Ein weiteres vorteilhaftes Merkmal der Erfindung
ist ein Abstützelement 18, welches in der Bewegungslinie der bei
einem Frontalaufprall sich verschiebenden Lenkspindel 2 angeord
net ist und die Wirkung eines definiert oberhalb des Gelenkes 4
einsetzenden Widerlagers hat. Das Abstützelement 18 ist mit dem
Fahrzeugrahmen z. B. über den Fahrzeuglängsträger 9 fest verbun
den und bleibt in seiner Lage, anders als die früh an unfallbe
dingten Verformungen teilnehmende Lenkspindel 2, vom Unfallge
schehen weitgehend unbeeinflußt.
Die Fig. 2 zeigt in der Draufsicht des Fahrzeugs alle wesentli
chen Komponenten aus Fig. 1a. Außerdem ist erkennbar, wie der
Integralträger 7 mit insgesamt vier Befestigungspunkten 19 an
den Fahrzeuglängsträgern 9 befestigt ist. Bei einem starken
Frontalaufprall klinkt der Integralträger 7, bedingt durch die
hohe träge Masse des Motors 8, an diesen Befestigungspunkten 19
ganz oder teilweise aus und wird in Richtung auf die Fahrgast
zelle 20 verschoben, wobei das Lenkgetriebe 6 mitverschoben
wird. Desweiteren zeigt die Fig. 2 das Abstützelement 18 in ei
ner Ausbildung als Fangschlinge 18′, die am lenkradseitigen
Fahrzeuglängsträger 9 befestigt ist. Die Fangschlinge 18′ wirkt,
wie bereits beschrieben, als Widerlager für die sich unfallbe
dingt verschiebende Lenkspindel 2 und zusätzlich als Führung,
die ein unkontrolliertes Ausbrechen der Lenkspindel 2, welches
ihre Schrägstellung zur Folge hätte, verhindert. Dies ist insbe
sondere bei einem Frontalaufprall mit nur teilweiser Überdeckung
von Bedeutung. Anstelle einer Fangschlinge 18′ kann auch ein
entsprechend angeordneter und hinsichtlich der Führungsfunktion
angepaßter Fangbügel, Fanghaken oder eine Fanggabel als Abstüt
zelement eingesetzt werden.
Die Fig. 1b zeigt die Sicherheitslenksäule 1 aus Fig. 1a nach
einem Frontalaufprall und dadurch bedingten Verformungen. Durch
den Frontalaufprall ist der Integralträger 7 ganz oder teilweise
ausgeklinkt und wurde samt Motor 8 und Lenkgetriebe 6 in Rich
tung der Fahrgastzelle 20 (Pfeil) verschoben. Die Räder 21 wer
den abhängig von Konstruktion und der Stärke des Frontalauf
pralls mit dem Integralintegräger mehr oder weniger mitverscho
ben, sind aber der Einfachheit wegen in unveränderter Position
dargestellt. Mit der Verschiebung des Lenkgetriebes 6, wird eine
axiale, in Richtung des Lenkrades 3 wirkende Kraft in die Lenk
spindel 2 eingeleitet, die jedoch gering ist, solange das Defor
mationselement 14 Verschiebungsweg aufnehmen kann.
Ohne weitere Maßnahmen würde, wenn der Verschiebungsweg voll
ständig aufgebraucht ist, das Deformationselement 14 auf Block
gehen und die Stoßkraft über die starre Verbindung zum Mantel
rohr 10 ungedämpft weitergeleitet werden, so daß oberhalb einer
kritischen Kraft die Halterung 11, 12 des Mantelrohres 10 den
Kräften nicht mehr standhalten könnte. Um dieses zu verhindern,
ist erfindungsgemäß die Sollbiegestelle 17 in der Eingangswelle
5 des Lenkgetriebes 6 vorgesehen. Die Sollbiegestelle 17 ist so
bemessen, daß einerseits die Lenkkräfte übertragen werden kön
nen, andererseits aber die Knickverformung an der Sollbiegestel
le 17 einsetzt, bevor die kritische Kraft für die Halterung 11,
12 des Mantelrohres 10 überschritten wird.
Das Deformationsglied 14 und die Sollbiegestelle 17 können so
ausgelegt werden, daß bei einer Verschiebung des Lenkgetriebes 6
in Richtung auf die Fahrgastzelle 20, zunächst der axiale Ver
schiebungsweg des Deformationsgliedes 14 weitgehend aufgebraucht
wird, bevor eine Knickverformung der Eingangswelle 5 an der
Sollbiegestelle 17 einsetzt. Dies hat den Vorteil, daß das Ver
biegen der Eingangswelle 5 des Lenkgetriebes 6 so spät wie mög
lich einsetzt, so daß die Lenkfähigkeit des Fahrzeugs länger er
halten bleibt.
Ein weiterer Vorteil wird durch das karosseriefeste Abstützele
ment 18 erzielt, durch das zu einem definierten Zeitpunkt eine
Knickverformung an der Sollbiegestelle 17 unterstützt wird. Das
Abstützelement 18 ist in der Bewegungslinie der Lenkspindel 2 so
angeordnet, daß es ab einer bestimmten Verschiebung des Lenkge
triebes 6 in Richtung auf die Fahrgastzelle 20 als Widerlager am
oder oberhalb des Gelenkes 4 einwirkt. Dadurch wird gezielt eine
Kraft in die Sollbiegestelle 17 eingeleitet, welche die Knick
verformung bewirkt. Das Abstützelement 18 kann beispielsweise am
lenkradnahen Fahrzeuglängsträger 9 befestigt sein, wie in Fig.
1b gezeigt, oder an einem anderen Punkt, der weitgehend unbeein
flußt von unfallbedingten Verformungen ist.
Aus den bereits genannten Gründen ist es von Vorteil, das Ab
stützelement 18 so anzuordnen, daß die Knickverformung an der
Sollbiegestelle 17 erst einsetzt, wenn der axiale Verschiebungs
weg des Deformationsgliedes 14 weitgehend aufgebraucht ist.
Der Verlauf eines Unfallgeschehens stellt sich nun wie folgt
dar: Nach einem Frontalaufprall nimmt zunächst das Deformations
glied 14 Verschiebungsweg auf, während es gleichzeitig um die
Drehachse des lenkradnahen oberen Gelenkes 15 schwenkt. Bevor
das Deformationsglied 14 auf Block geht, wirkt das Abstützele
ment 18 als Anschlag für die Schwenkbewegung und als Widerlager
bei einer weiteren unfallbedingten Verschiebung des Lenkgetrie
bes 6, wodurch die Knickverformung an der Sollbiegestelle 17
eingeleitet wird. In Fig. 1b ist der Zustand dargestellt, an dem
bereits eine deutliche Abknickung stattgefunden hat.
Claims (7)
1. Sicherheitslenksäule für ein Kraftfahrzeug umfassend eine
mehrgliedrige Lenkspindel, deren lenkradnaher Teil in einem Man
telrohr geführt ist, welches an einem bei einer Frontalkollision
weitgehend unbeeinflußten Querträger befestigt ist, und deren
lenkgetriebenaher Teil als Deformationsglied zur Aufnahme von
axialem Verschiebungsweg ausgebildet ist und einerseits mit dem
lenkradnahen Teil und andererseits mit der Eingangswelle eines
Lenkgetriebes gelenkig verbunden ist, dadurch gekennzeichnet,
daß die Eingangswelle (5) des Lenkgetriebes (6) eine Sollbiege
stelle (17) aufweist.
2. Sicherheitslenksäule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Deformationsglied (14) und die Sollbiegestelle (17) so
ausgelegt sind, daß bei einer Verschiebung des Lenkgetriebes (6)
in Richtung auf die Fahrgastzelle (20) zunächst der axiale Ver
schiebungsweg des Deformationsgliedes weitgehend aufgebraucht
wird, bevor an der Sollbiegestelle (17) eine Knickverformung
einsetzt.
3. Sicherheitslenksäule nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß ab einer bestimmten unfallbedingten Verschiebung des Lenkge
triebes (6) in Richtung auf die Fahrgastzelle (20) ein karosse
riefestes Abstützelement (18) in der Weise als Widerlager auf
die Lenkspindel (2) einwirkt, daß gezielt Kräfte in die Sollbie
gestelle (17) eingeleitet werden, welche eine Knickverformung
einleiten.
4. Sicherheitslenksäule nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß das Abstützelement (18) so angeordnet ist, daß seine Wirkung
als Widerlager erst dann einsetzt, wenn der axiale Verschie
bungsweg des Deformationsgliedes (14) weitgehend aufgebraucht
ist.
5. Sicherheitslenksäule nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß das Abstützelement (18) so ausgebildet ist, daß mit Einset
zen der Wirkung als Widerlager auch eine Führung der Lenkspindel
(2) einsetzt, welche ein unkontrolliertes Ausbrechen verhindert.
6. Sicherheitslenksäule nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß das Abstützelement (18) als Fangschlinge (18′) ausgebildet,
die am Fahrzeugrahmen, insbesondere am Fahrzeuglängsträger (9)
befestigt ist.
7. Sicherheitslenksäule nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß das Abstützelement auf oder oberhalb eines Gelenkes (4) ein
wirkt, welches die Lenkspindel (2) mit der Eingangswelle (5) des
Lenkgetriebes (6) verbindet.
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