DE3941049C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine zusammenschiebbare energieabsor­ bierende Lenksäule für ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbe­ griff des Patentanspruchs 1.

In US-PS 33 92 599 wird eine derartige zusammenschiebbare Lenksäule für Kraftfahrzeuge beschrieben, in der gehärtete Stahlkugeln zwischen einander übergreifenden Enden von oberen und unteren Rohrmänteln der Lenksäule Spuren in die aus weicherem Material bestehenden Rohrmäntel einwalzen, um Energie aufzunehmen, wenn die Lenksäule zusammengeschoben wird. Die US-PS 37 88 148 beschreibt eine zusammenschiebbare Lenksäule, in der die gleiche walzverformende Energieabsorp­ tion stattfindet, bei der jedoch weiter vorgeformte Nuten in einem der beiden Bauteile der Rohrmantelanordnung vorhanden sind, in denen einige der gehärteten Stahlkugeln angeordnet sind. Die Nuten verzögern den Beginn der Energieabsorption durch die entsprechenden Stahlkugeln und ändern oder stufen die Energieaufnahme der Lenksäule während des Zusamenschie­ bens. Während des Zusammenschiebens der Lenksäule greifen die in den Nuten befindlichen Stahlkugeln erst dann das Material der umgebenden Überdeckungsabschnitte der Rohrmän­ tel an, wenn das Ausmaß des Zusammenschiebens die jeweiligen Nutlängen übertrifft.

Die Aufgabe der erfindungsgemäßen Erfindung besteht darin, eine gattungsgemäße energieabsorbierende Lenksäule zu schaffen, die bei zumindest gleich guter Energieaufnahme kostengünsti­ ger zu fertigen ist.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die erfindungsgemäße zusammenschiebbare Lenksäule erreicht eine ähnliche gestufte Energieaufnahme, jedoch sind keine Rohrmantelnuten nötig, die wie bekannt sehr genau gefertigt werden müssen, wodurch beträchtliche Kosten bei der Her­ stellung entstehen.

Die Erfindung betrifft damit eine neue und verbesserte zusam­ menschiebbare energieabsorbierende Lenksäule für ein Kraft­ fahrzeug. Die zusammenschiebbare Lenksäule erfindungsgemäßer Art besitzt eine Vielzahl von primären Roll- oder Walz-Ver­ formern in einem Ringraum zwischen den einander teleskopar­ tig überdeckenden oberen und unteren Rohrmänteln der Säule, eine Vielzahl von sekundären Walzverformern außerhalb der Axiallänge der einander überdeckenden Rohrmantelabschnitte und Mittel, um die Relativlagen der primären und sekundären Walzverformer während des Zusammenschiebens der Lenksäule aufrechtzuerhalten, so daß die sekundären Walzverformer wirk­ sam in einem Ringraum zwischen den Rohrmänteln eingreifen, nachdem eine bestimmte axiale Zusammenschiebung stattgefun­ den hat, um eine gestufte oder sekundäre Energieabsorption einzuleiten. Bei einer bevorzugten Ausführung einer erfin­ dungsgemäßen Lenksäule sind die primären und die sekundären Walzverformer lose in jeweiligen Primär- bzw. Sekundär-Tei­ len einer Kunststoffhülse abgestützt, wobei der Primärteil der Hülse in dem normalen nicht zusammengeschobenen Zustand der Lenksäule in der Überdeckung zwischen den oberen und un­ teren Rohrmänteln sitzt, während sich der Sekundärteil außer­ halb der Überdeckung befindet. Bei einer abgewandelten Aus­ führung der erfindungsgemäßen Lenksäule besitzt die Kunst­ stoffhülse zwei Sekundärteile an einander gegenüberliegenden Seiten des Primärteils, so daß die sekundären Walzverformer von beiden Enden her in die Überdeckung zwischen den Rohrman­ telabschnitten eintreten.

Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung bei­ spielsweise näher erläutert; in dieser zeigt:

Fig. 1 eine teilweise aufgebrochene Seitendarstellung einer Kraftfahrzeugkarrosserie mit einer erfin­ dungsgemäßen energie-absorbierenden zusammen­ schiebbaren Lenksäule,

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung nach der durch Linien 2-2 in Fig. 1 angezeichneten Ebene,

Fig. 3 eine teilweise auseinandergezogene perspektivi­ sche Darstellung eines Teils der Fig. 2,

Fig. 4 eine ähnliche Darstellung wie Fig. 3 einer ersten Abwandlung der erfindungsgemäßen Lenksäule, und

Fig. 5 eine gleichartige Darstellung wie Fig. 3 einer zweiten Abwandlung der erfindungsgemäßen Lenksäu­ le.

Nach Fig. 1 ist in einer Kraftfahrzeugkarosserie 10 ein Fahr­ gastraum teilweise durch ein Dach 14, eine vordere Wind­ schutzscheibe 16 und einen unteren Tafelaufbau 18 unter der Windschutzscheibe begrenzt. Eine durch ihre Bauart starre In­ strumententafel-Stützstruktur 20 der Fahrzeugkarosserie ist vor dem Fahrgastraum angeordnet und enthält zwei Abhängbol­ zen 22, die nach Fig. 1 und 2 allgemein nach unten vorste­ hen. Die Abhängbolzen sind an ihrem freien Ende mit Gewinde versehen und stützen, wie später näher erläutert, lösbar das obere Ende einer zusammenschiebbaren energie-absorbierenden Lenksäule 24 erfindungsgemäßer Art ab.

Wie am besten in Fig. 1 und 2 gezeigt, enthält die Lenksäule 24 eine Lenkwellenanordnung 26, einen unteren Rohrmantelab­ schnitt 28 und einen oberen Rohrmantelabschnitt 30. Die Lenk­ wellenanordnung 26 besitzt eine oberen Welle 32 und eine un­ tere Welle 34. Das untere Ende der oberen Welle besitzt nicht-kreisförmigen Querschnitt und ist teleskopartig in einem entsprechend geformten rohrförmigen oberen Endab­ schnitt der unteren Welle 34 aufgenommen, wodurch die Wellen als eine Einheit drehbar und gleichzeitig in Längsrichtung zusammenschiebbar sind. Eine Vielzahl von an Ort und Stelle ausgeformten Kunststoff-Scherstiften 36 hält die jeweilige Relativstellung der oberen bzw. unteren Wellen 32 und 34 auf­ recht.

Das untere Ende der unteren Welle 34 ist mit einem Lenkge­ triebe 38 des Fahrzeugs aus Fig. 1 verbunden. Die obere Welle ist an dem oberen Rohrmantel über ein nicht dargestell­ tes Lager in der Nähe des oberen Endes des oberen Rohrman­ tels drehbar abgestützt, wobei das Lager zusätzlich Axial­ kräfte von der Lenkwelle 34 zum oberen Rohrmantel überträgt. Ein Lenkrad 40 ist auf das obere Ende der oberen Welle 32 aufgesetzt und mit der Welle drehfest verbunden. Die Wellen­ anordnung 26 überträgt auf das Lenkrad 40 ausgeübte Lenkaus­ schläge in üblicher Weise auf das Lenkgetriebe 38.

An dem oberen Rohrmantelabschnitt ist in der Nähe seines oberen Endes starr eine Lasche 42 angebracht. Die Lasche 42 ist mit einem Schlitzpaar 44 versehen, das zu dem Lenkrad 40 hin geöffnet ist. Jeder Schlitz 44 besitzt eine Schale 46, die durch einspritzgeformte Stifte 48 darin gehalten ist. Die Abhängbolzen 22 stehen durch die Schlitze in den jeweili­ gen Schalen 46 vor, und auf die freien Enden der Abhängbol­ zen 22 aufgeschraubte (nicht gezeigte) Muttern halten die Lasche gegen Anschläge an den Abhängbolzen 22, so daß die Lenksäule 24 in Betriebsstellung relativ zur Instrumententa­ fel-Stützstruktur 20 gehalten ist. Falls ein größerer Stoß nach vorne auf das Lenkrad 40 ausgeübt wird, scheren die Stifte 48 ab und lösen die Lasche 42, so daß ein axiales Zu­ sammenschieben der Lenksäule mit einem Gesamthub S nach Fig. 1 möglich ist.

Wie am besten in Fig. 2 und 3 zu sehen, besitzt der untere Rohrmantel 28 ein oberes Ende 50 mit kreisförmigem Quer­ schnitt und der obere Rohrmantel 30 ein unteres Ende 52 mit kreisförmigem Querschnitt. Der Durchmesser des oberen Rohr­ mantels 30 ist größer als der Durchmesser des unteren Rohr­ mantels 28, und der obere Rohrmantel 30 überdeckt teleskopar­ tig den unteren Rohrmantel 28 so, daß ein Ringraum 54 zwi­ schen den beiden Rohrmänteln bestimmt ist. Im normalen nicht zusammengeschobenen Zustand der Lenksäule 24 nach Fig. 1 bis 3 besitzt der Ringraum 54 eine Axiallänge A (Fig. 2) zwi­ schen den Enden 50 bzw. 52 der Rohrmäntel.

Eine Kunststoffhülse 56 ist locker um den unteren Rohrmantel 28 gesetzt. Die Hülse 56 besitzt einen Primärteil 58 im Ring­ raum 54 und einen Sekundärteil 60 nach Fig. 1 und 2 unter­ halb und links des unteren Endes 52 des oberen Rohrmantels. Eine Vielzahl von gehärteten Stahlkugeln 62, die als primäre Walzverformer wirken, sind relativ lose in Taschen im Primär­ teil 58 der Hülse 56 so aufgenommen, daß die Relativlagen der Kugeln zueinander aufrechterhalten werden, wobei die Kugeln aber frei abrollen können. Die primären Walzverformer 62 sind in zwei Kreisringen mit Axialabstand voneinander an­ geordnet, wie in Fig. 3 gezeigt. Die primären Walzverformer 62 sitzen im normalen nicht zusammengeschobenen Zustand der Lenksäule 24 mit Einsetz-Passung zwischen den oberen und un­ teren Rohrmänteln im Ringraum 54. Die primären Walzverformer 62 verbinden die Rohrmäntel eng miteinander, und der Axialab­ stand zwischen den beiden Reihen von primären Walzverformern ergibt Stabilität bezüglich Biegelasten.

Eine Vielzahl von gehärteten Stahlkugeln 64, die als sekun­ däre Walzverformer wirken, sind relativ locker in Taschen im Sekundärteil 60 der Hülse 56 aufgenommen. Die Kugeln 64 sind in den Taschen in der Hülse 60 durch einen Rohrhalter 66 mit geringem Gewicht und entsprechendem Aufbau gehalten. Die Kugeln 64 besitzen die gleiche Größe wie die primären Walz­ verformer 62 und sind in einer Vielzahl von Kreisbändern mit axialem Abstand angeordnet, wobei die am weitesten entfernt liegenden Kreisbänder einen Axialabstand L von den untersten Kreisbändern der primären Walzverformer 62 aufweisen (Fig. 3).

Wenn das Lenkrad 40 einen Stoß nach vorne mit solcher Kraft erfährt, daß die Lasche 42 von den Schalen 46 abgeschert wird, schiebt sich der obere Rohrmantel 30 teleskopartig über den unteren Rohrmantel 28. Beim Beginn des Schiebevor­ ganges absorbieren die primären Walzverformer 62 Energie in einem ersten Niveau, wenn sie in das Material des oberen bzw. unteren Rohrmantels Spuren einwalzen. Die Hülse 56 hält die Relativlage der primären und der sekundären Walzverfor­ mer aufrecht, während die Abmessung A der Überdeckung der beiden Rohrmäntel zunimmt.

Wenn die Lenksäule 24 soweit verschoben ist, daß das untere Ende 52 des oberen Rohrmantels 30 das oberste Kreisband von sekundären Walzverformern 64 erreicht, laufen diese mit Ein­ satz-Passung in den sich axial vergrößernden Ringraum 54 ein. Die sekundären Walzverformer in diesem obersten Kreis­ band beginnen dann ebenfalls Energie zu absorbieren, wenn sie Spuren in das Material des oberen bzw. unteren Rohrman­ tels einrollen, während die Lenksäule sich weiter zusammen­ schiebt, so daß die gesamte durch die Lenksäule aufgenommene Energie sich zu einem zweiten Niveau vergrößert. Dabei wird selbstverständlich die Rohrhalterung 66 von den sekundären Walzverformern abgeschoben, wenn sie in den Ringraum 54 ein­ treten. Wenn das Zusammenschieben der Lenksäule bis zum Maxi­ malhub S (Fig. 1) kommt, werden zusätzliche Kreisbänder aus sekundären Walzverformern 64 in den Ringraum 54 eingeschoben und erhöhen das Niveau der Energie, die in den entsprechen­ den Stufen absorbiert wird.

Eine wichtige Eigenschaft dieser Erfindung ist der sich erhö­ hende Axialabstand zwischen dem obersten Kreisband primärer Walzverformer 62 und dem jeweils untersten einwirkenden Kreisband von sekundären Walzverformern 64 im sich axial ver­ größernden Ringraum 54. Durch Erhöhung dieses Axialabstands auf insgesamt die Summe der anfänglichen Ringraum-Längenabmes­ sung A und der Zusatzlänge L wird die seitliche und vertika­ le Stabilität der Lenksäule erhöht, so daß sich die Längssta­ bilität verbessert, auch wenn der zum Zusammenschieben führende Aufprall nicht genau nach der Längsmittenlinie der Lenksäule erfolgt.

In Fig. 4 ist ein Abschnitt einer modifizierten Lenksäule 68 erfindungsgemäßer Art dargestellt. Es sind in Fig. 4 gleiche Elemente wie bei der Lenksäule 24 mit den gleichen, aber apo­ strophierten Bezugszeichen versehen. Bei der abgewandelten Lenksäule 68 sind die primären Walzverformer 62′ so angeord­ net, daß sie zwei untere Kreisbänder bilden außer den teil­ weise kreisförmigen Bändern an der Oberseite des Ringraumes 54′, die in erster Linie für Seitenstabilität ausgelegt sind. So wird bei Beginn des Zusammenschiebens der Lenksäule eine primäre Energieabsorption durch die unteren beiden Kreisbänder von Walzverformern 62′ bewirkt, wenn diese in das Material des oberen und des unteren Rohrmantels Spuren einwalzen.

Bei der abgewandelten Lenksäule 68 ist die Vielzahl von se­ kundären Walzverformern 64′ in einer Vielzahl von Bändern mit axialem Abstand so angeordnet, daß in Umfangsrichtung ein Versatz von Band zu Band so stattfindet, daß aufeinander­ folgende Kreisbänder jeweils beim Eintreten in den sich axial vergrößernden Ringraum 54′ neue Spuren in die beiden Rohrmäntel einwalzen.

In Fig. 5 ist ein Abschnitt einer zweiten abgewandelten Lenk­ säule 70 erfindungsgemäßer Art dargestellt. Hier sind die Elemente, soweit sie in den Fig. 3 und 4 bereits vorhanden sind, mit gleichen, zweifach apostrophierten Bezugszeichen versehen. Die zweite modifizierte Lenksäule 70 besitzt eine Kunststoffhülse 72, die lose um den unteren Rohrmantel 28′′ gesetzt ist. Die Kunststoffhülse 72 besitzt einen Primärteil 74 in dem durch die Überdeckung der Rohrmäntel in ihren nor­ malen nicht zusammengeschobenen Relativstellungen bestimmten Ringraum 54′′. Die Hülse 72 besitzt einen ersten oberen Se­ kundärteil 72, der über das obere Ende 50′′ des unteren Rohr­ mantels hinaus reicht, und einen zweiten unteren Sekundär­ teil 78, der unter das untere Ende 52′′ des oberen Rohrman­ tels reicht. Weder der erste noch der zweite Sekundärteil 76 bzw. 78 befinden sich in dem durch die Überdeckung der beiden Rohrmäntel in der normalen nicht zusammengeschobenen Relativlage der Lenksäule bestimmten Ringraum 54′′.

Die primären Walzverformer 62′′ sind im Primärteil 74 der Hülse 72 untergebracht. Eine erste Vielzahl von gehärteten Stahlkugeln 64′′, die als sekundäre Walzverformer dienen, sind lose in Taschen im oberen Sekundärteil 72 eingesetzt, und zwar in einer Vielzahl von Kreisbändern mit axialem Ab­ stand. Eine zweite Vielzahl von gehärteten Stahlkugeln, die als sekundäre Walzverformer 64′′ dienen, sind lose in Taschen im unteren Sekundärteil 78 eingesetzt, und zwar auch hier in einer Vielzahl von Kreisbändern mit axialem Abstand. Ein in­ neres rohrförmiges Halteteil 80 sitzt innerhalb des oberen Sekundärteils 76, um die sekundären Walzverformer 62′′ in ihren jeweiligen Taschen zurückzuhalten. Ein äußerer rohrför­ miger Halter 66′′ ist um den unteren Sekundärteil 78 angeord­ net, um die sekundären Walzverformer in ihren jeweiligen Ta­ schen zurückzuhalten.

Die abgewandelte Lenksäule 70 arbeitet wie die Lenksäule 24, bis auf Tatsache, daß während des Zusammenschiebens die se­ kundären Walzverformer 64′′ in den oberen und unteren Sekun­ därteilen der Hülse 72 in den sich axial vergrößernden Rin­ graum 54′′ von den beiden einander gegenüberliegenden Enden her eintreten. Sobald sekundäre Walzverformer ihren Walzein­ griff an den gegenüberliegenden Enden des Ringraums begin­ nen, wird eine zusätzliche Veränderung der Stufung des An­ fangs und der Größe der sekundären Energieabsorption er­ zielt.

Claims (4)

1. Energieabsorbierende Lenksäule mit einem oberen Rohrman­ tel mit einem unteren, das obere Ende eines unteren Rohr­ mantels überdeckenden Ende, wodurch ein sich in Längsrich­ tung von dem oberen Ende des unteren Rohrmantels zu dem unteren Ende des oberen Rohrmantels erstreckender Ring­ raum zwischen den beiden Rohrmänteln bestimmt wird, wobei während eines Arbeitshubes der obere Rohrmantel und der untere Rohrmantel teleskopartig zusammenschiebbar sind, und mit einer Vielzahl von primären Walzverformern, die in dem Ringraum mit Eingriffpassung zwischen dem oberen und dem unteren Rohrmantel so eingesetzt sind, daß beim Längszusammenschieben des oberen Rohrmantels relativ zu dem unteren Rohrmantel eine energieabsorbierende Kaltbear­ beitung des Materials in den beiden Rohrmänteln stattfin­ det, wobei die Lenksäule eine rohrförmige Kunststoffhülse um den unteren Rohrmantel enthält, der mit einem Primär­ teil in dem Ringraum zwischen dem oberen und dem unteren Rohrmantel sitzt, wobei jeder primäre Walzverformer lose im Primärteil der Hülse so aufgenommen ist, daß die Rela­ tivlagen der primären Walzverformer während des teleskop­ artigen Zusammenschiebens der Lenksäule aufrechterhalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmige Kunststoffhülse (56; 72) einen Sekun­ därteil (60, 78) aufweist, der benachbart zum Primärteil (58; 74) außerhalb des Ringraumes (54) sitzt, und in dem sekundäre Walzverformer (64) lose außerhalb des Ring­ raumes (54) aufgenommen sind, die durch abschiebbare Hal­ ter (66; 66′′) zurückgehalten sind, wodurch die Relativla­ gen der sekundären Walzverformer (64) zu denen der primä­ ren Walzverformer (62) während der teleskopartigen Rela­ tivverschiebung des oberen Rohrmantels (30) so aufrecht erhalten werden, daß die sekundären Walzverformer (64) in den Ringraum (54) eintreten, wenn die Axialabmessung (A) des Ringraums (54) sich während des teleskopartigen Ver­ schiebens des oberen Rohrmantels (30) vergrößert.

2. Energieabsorbierende Lenksäule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder sekundäre Walzverformer (64) eine gehärtete Stahlkugel ist mit einem solchen Durchmes­ ser, daß eine Eingriffpassung in dem Ringraum (54) sicher­ gestellt ist, so daß die sekundären Walzverformer (64) nach Eintritt in den Ringraum (54) eine energieabsorbie­ rende Kaltbearbeitung des Materials sowohl im oberen wie im unteren Rohrmantel (28, 30) bewirken.

3. Energieabsorbierende Lenksäule nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lenksäule (24) einen weiteren Ab­ schnitt (76) der Kunststoffhülse (72) enthält, der an den Primärteil (74) anschließend an der dem Sekundärteil (78) gegenüberliegenden Seite des Primärteils (74) sitzt, wobei der andere Abschnitt (76) auch außerhalb des Ring­ raumes (54′′) zwischen dem oberen und dem unteren Rohrman­ tel (28′′, 30′′) sitzt und weitere sekundäre Walzverformer (64′′) enthält, die lose darin aufgenommen und durch einen zweiten abschiebbaren Halter (80) gehalten sind, der an den weiteren sekundären Walzverformern (64′′) anliegt, wo­ durch die Lagen der sekundären Walzverformer (64′′) in dem anderen Abschnitt (76) relativ zu den primären Walzverfor­ mern (62′′) während des teleskopartigen Zusammenschiebens des oberen Rohrmantels (30′′) so aufrechterhalten wird, daß die sekundären Walzverformer (64′′) in dem anderen Ab­ schnitt (76) von dem Ende aus in den Ringraum (54′′) ein­ treten, das gegenüber den sekundären Walzverformern (64′′) in dem Sekundärteil (78) der Kunststoffhülse (72) liegt, während die axiale Abmessung des Ringraumes (54′′) bei dem teleskopartigen Zusammenschieben des oberen Rohrmantels (30′′) anwächst.

4. Energieabsorbierende Lenksäule nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder weitere sekundäre Walzverformer (64′′) eine gehärtete Stahlkugel mit einem Durchmesser ist, der eine Eingriffpassung in dem Ringraum (54′′) so si­ cherstellt, daß die weiteren sekundären Walzverformer (64′′) nach Eintritt in den Ringraum (54′′) eine energieab­ sorbierende Kaltbearbeitung des Materials des oberen und des unteren Rohrmantels (28′′, 30′′) bewirken.