DE19522389C1 - Sicherheitslenksäule - Google Patents

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.