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Die Erfindung betrifft eine Lenksäuleanordnung für ein Kraftfahrzeug, die hinsichtlich der Sicherheit den erhöhten Anforderungen entspricht. Der Niveauaufstieg für die Sicherheit des Kraftzeugs ist bei den Fahrzeugproduzenten immer erwünscht.
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Patent
EP 0606680 A1 offenbart eine an ein Kraftfahrzeug angebundene Zusammenschiebbare Sicherheitslenksäule und ein Verfahren zum Betreiben ihres Energieabsorbers. Diese Erfindung bezieht sich auf eine Sicherheitslenksäule mit einem rund um die Lenksäule angeordneten Energieabsorber, bei dem zwei Elemente innerhalb einer anderen verschiebbar anordenbar sind, von denen ein mit dem Fahrzeuglenkrad- und das andere mit der Fahrzeugträgerstruktur verbunden sind, wobei zwischen den beiden ein verformbares Glied angeordnet ist, das im Fall einer relativen Bewegung der Elementen deformiert wird, um die Bewegungsenergie des Fahrers zu dämpfen.
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Die bekannte Sicherheitslenksäule sowie das Verfahren zum Betreiben ihres Energieabsorbers haben den Nachteil, dass die Funktionsweise dieser Lenksäuleanordnung nicht nur auf die umkehrbare Verformung der Bauteile des Energieabsorbers beruht sondern sogar auf den Zusammenbruch des gesamten Aufbaus orientiert ist. Der Energieabsorber ist dabei nicht austauschbar und die ganze Anordnung ist endgültig unbrauchbar sowie nicht wiederverwendbar.
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Ein weiterer Nachteil ist darin zu sehen, dass die Wirksamkeit des bekannten Absorbtionsmoduls und die Sicherheitssäule als Ganze keine vordefinierte Schutzgrenze verfügt und funktioniert damit unabhängig von der Schwere des Crashs. Dazu kennt die bekannte Sicherheitssäule keine Regulierung des Absorptionsvorgangs und ihre Schutzwirkung ist damit passiv.
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Hier kann dem Fahrer bei der erhöhten Steifigkeit der Bauteile des Energieabsorbers die Gesundheitsschäden hinzugefügt werden. Dies erklärt sich dadurch, dass die auf die Brust des Fahrers während des Crashs wirkende Kraft, wie zum Beispiel durch einen Schlag vom Lenkrad, in ihrer Stärke die Widerstandsfähigkeit von physiologischen Eigenschaften des menschlichen Körpers überschreiten kann.
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Bei niedrigen Werten der Gesamtsteifigkeit kann ein von der Bewegungsenergie des Fahrers durch Absorbieren entzogener Anteil relativ klein sein, um den Fahrer zu schützen.
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Deswegen schließt die bekannte Sicherheitslenksäule nicht die möglichen Verletzungen des Fahrers aus.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die bekannte Zusammenschiebbare Sicherheitssäule sowie Verfahren zum Betreiben ihres Energieabsorbers so zu verbessern, dass es die oben genannten Nachteile vermeidet.
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Die Zusammenschiebbare Sicherheitssäule gemäß Anspruch 1 und das Verfahren zum Betreiben ihres Energieabsorbers gemäß Anspruch 9 lösen diese Aufgabe. Vorteilhafte Merkmale entwickeln den Erfindungsgegenstand weiter und sind jeweils in den Unteransprüchen enthalten. Auf diese wird nun Bezug genommen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung werden eine Sicherheitssäule und ein Verfahren zum Betreiben ihres Energieabsorbers für ein Kraftfahrzeug zur Verfügung gestellt, bei denen der Absorptionsvorgang an die Intensität des Crashs angepasst ist und sich selbst aktiv regeln kann. Damit gewährleistet der Erfindungsgegenstand gegenüber dem Stand der Technik einen optimalen Schutz für den Fahrer.
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Dies wird dadurch erreicht, dass die Energieabsorbierung durch eine elektronische Überwachung läuft. Dafür ist eine elektronische Steuereinheit vorgesehen, die für die Aufnahme der Daten von der Position des Körpers des Fahrers sowie für die Verarbeitung aus diesen Befehlen und für die Abgabe der letzten an ein Elektroantrieb der elektromagnetischen Spulen zuständig ist. Befolgend dieser Befehle werden an die Spulen dementsprechend hoher oder niedriger Spannung des elektrischen Stroms angelegt.
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Gemäß eines bevorzugten Aspekts der vorliegenden Erfindung ist die Sicherheitslenksäule nach einem Crash widerverwendbar. Es ist dadurch erreicht, dass als ein zerstörbares Glied in der Lenksäulenanordnung eine ersatzbare Scherpassfeder dient.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Sicherheitsleistung der bekannten Zusammenschiebbares Sicherheitslenksäule so verbessert, dass ein höchstes Niveau an die Sicherheit und die Zuverlässigkeit des Schutzes für die Kraftfahrzeugnutzer erwerben werden. Vorteilhaft ist dabei, dass diese Scherpassfeder als eine Plombe für die Inbetriebnahme eines Gewindegetriebes wirkt. Somit wird im Fall eines Crashs nach einem Bruch der Verplombung die Energieabsorbierung sofort ohne jegliche Verzögerung im vollen Umfang ausgelöst.
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Dies wird dadurch erreicht, dass der Energieabsorber vorteilhaft als Schraubengetriebe ausgelegt ist, bei dem zwei innerhalb einer anderen verschiebbar anordenbare Elemente eine Bewegungsschraube und eine Bewegungsmutter sind.
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Somit entsteht gemäß der erfinderischen Verfahren die Möglichkeit aus der geradlinigen Bewegung der Lenksäule, die im Fall eines Crashs durch den Druck des Körpers des Fahrers auf das Lenkrad entsteht, eine Rotationsbewegung zu gewinnen und weiter die Crashenergie durch das Bremsen einer rotierbaren Bewegungsmutter Einfacherweise absorbieren. Auf diese Art und Weise wird der Fahrer geschützt.
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Ferner kann die erfinderische Sicherheitslenksäule die Sicherheitsausstattung der Fahrzeuge rund um das Airbags Sicherheitssystem und die Sicherheitsgurte ergänzen bzw. vervollständigen.
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Der Airbag sowie die Sicherheitsgurte bieten angesichts des Leistungsvermögens keine totale Sicherung. So existiert/hält einen vollentfalteten Airbag ungefähr 150 ms. Für diese Zeit ist der Körper des Fahrers eines mit der hoher Geschwindigkeit im Crash verwickelten Fahrzeugs noch unterwegs gegen die härten Gegenstände der Fahrzeugausstattung. In diesem Fall ist der Fahrer nicht Vollständig geschützt.
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Die Erfindung eröffnet daher die Möglichkeit die schädliche Wirkung des Zusammenstoßes des Fahrers mit dem Lenkrad bzw. mit dem Armaturenbrett des Fahrzeuges einfach und sicher zu überwinden. Gleichzeitig entfallen somit die Kosten für das Auswechseln der beschädigten Lenksäule und ein dafür erforderlicher Zeitaufwand sowie ein erforderlicher Krafteinsatz des Werkstattpersonals.
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Des Weiteren ist die erfinderische Sicherheitslenksäule unkompliziert und kompakt raumsparend gestaltet und kostengünstig realisierbar.
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Dies wird dadurch erreicht, dass der Energieabsorbers gegenüber der bekannten im Wesentlichen als zweiteiliges Getriebe ausgebildet ist und mit einem Paar der elektromagnetischen Spulen sowie mit einem einfachen elektronischen Antrieb ausgestattet ist.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen.
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1 zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Sicherheitslenksäule zur Erläuterung ihres strukturellen Aufbaus im Ausriss. Wobei die Stange abgebrochen dargestellt sind.
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2 zeigt einen der 1 entsprechenden Längsschnitt durch die Ebene A-A mit den Teilausrissen, die den Aufbau eines Energieabsorbers in einer Ausgangstellung erläutern. Wobei die Anschaulichkeit halber einigen Gewindeflanken perspektivisch dargestellt sind und wobei die Darstellung durch zwei vertikale Strichlinien platzsparend begrenzt ist und wobei die Schnittebene bedingt bis zur Horizontalebene verdreht ist.
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3 zeigt einen der 2 entsprechende Querschnitte durch die Ebene B-B, der der Aufbau des Energieabsorbers noch weiter verdeutlicht.
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4 zeigt einen der 2 entsprechenden Querschnitt durch die Ebene C-C zur Verdeutlichung der Wirkungsweise des Energieabsorbers sowie zur Erläuterung der Ausbildungsart einer in der 2 abgebildeten Scherpassfeder. Wobei die Darstellung halb abgebrochen ist und die Lamellenfeder bedingt nicht gezeigt ist.
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5 zeigt einen Ausriss aus der 2 in vergrößerten Darstellung, der die Ausbildungsart der Scherpassfeder noch weiter erläutert.
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Dabei sind die Zeichnungen in die beliebigen Maßstäbe gemacht.
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Die in der 1 dargestellte Sicherheitslenksäule weist eine allgemein mit 1 bezeichnete Lenkradgruppe mit dem eigentlichen Lenkrad 2, in dem ein Airbagmodul eingesteckten ist, bestehend im Wesentlichen aus einem Airbag 3 und einem Gasgenerator 4. Weiter ist in der 1 ein allgemein mit 5 bezeichneten Energieabsorber und zwei elektromagnetischen Spule 6 zu sehen. Ein elektrischer Antrieb für die Spulen 6 ist nicht gezeigt.
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Wie es aus der 2 ersichtlich ist, weist der Energieabsorber 5 ein Gewindegetriebe aus, bestehend aus einer Bewegungsschraube 7 und einer Bewegungsmutter 8. Das Gewinde steift sich hier zur Schau durch ihre Flanken 9. Zu der Ausrüstung des Energieabsorbers gehört auch eine Scherpassfeder 10, die in der Ausgangstellung der Sicherheitslenksäule eine relative Bewegung der Bewegungsschraube bzw. der mit ihr wirkverbundenen Bewegungsmutter verhindert.
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In der Bewegungsschraube 7 ist eine Aushöhlung 11 ausgebildet, auf welchem Boden ist ein Loch gebohrt. Durch dieses Loch ist in inneren der Bewegungsschraube ein Ende einer rohrförmigen Stange 12 hingeführt, die mit einem sie umgebenden Bund 13 gefertigt ist. Dabei erstreckt sich diese Stange gemäß 1 in der Längsrichtung bis zur Lenkradgruppe 1. Auf dem glatten Schaft 14 der Bewegungsschraube 7 ist die Scherpassfeder 10 zu sehen, die in einen in der Bewegungsmutter 8 als eine Nut ausgebildeten Schlitz 15 eingeführt ist, dessen Länge entsprechend dem maximalen Hub der verschiebbare Bewegungsschraube ausgebildet ist. Die Scherpassfeder 10 ist ein zerstörbares Glied des Energieabsorbers, welches einen vorbestimmten unbedeutenden Teil der Crashenergie gegenüber dem gesamten Ausmaß solcher bei seinem Bruch absorbieren kann. Die Festigkeit und die Steifigkeit der Scherpassfeder soll so ausgelegt werden, dass die Letzte einem Druck nachlässt, bei dem das Lenkrads die Brust des Fahrers trifft, dessen Wert die Werte von den allgemeingültigen physikalischen Normen für den menschlichen Körper nicht übertrifft.
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Über die Gestaltung der Scherpassfeder wird noch weiter unten beschrieben.
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Die Bewegungsmutter 8 ist mit zwei gegenüberliegenden Naben 16 und 17 ausgebildet. Ein Ende von der Nabe 16 ist mit der Bewegungsschraube 7 durch die Scherpassfeder 10 verbunden. Eine andere Nabe 17 ist an ihrem Ende als eine Scheibe 18 ausgebildet, welche mit den elektromagnetischen Spulen 6 mit einem funktionalgerechten Spiel umgefasst ist. Das Gewindeloch 19 der Bewegungsmutter 8 ist blind ausgebildet, in dem eine Druckfeder 20 eingenistet ist, die in ihrer Lage zwischen dem Boden der Gewindeloch 19 und der Frontoberfläche der Bewegungsschraube 7 vorgespannt gehalten ist. Die Druckfeder 20 hat die Aufgabe die Bewegungsgetriebe nach einem Crash zurück zu setzen. Dabei hält die Druckfeder 20 einen unverlierbaren Kontakt zwischen der Bewegungsschraube 7 und dem Bund 13 der bewegbaren Stange 12, um eine gemeinsame axiale Verstellung der Bewegungsschraube 7 und die Stange 12 zu erzielen. Unterdessen stützt die Bewegungsschraube 7 auf den Bund 13 bis zum Anschlag.
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Ferner ist die Bewegungsmutter 8 für die Leichtigkeit ihres Drehens mit einem allgemein mit 21 bezeichneten zweireihigen Kugellager ausgerüstet. Um eine kostengünstige Konstruktion zu erzielen, bildet eine äußere Oberfläche der Bewegungsmutter einen Innenring für ein Kugellager, während als Außenring eine runde Hülle 22 dient. Dazwischen ist einen Separator 23 angeordnet. Die Stirnflächen des Kugellagers 21 sind mit den Decken 24 verschlossen. Dabei sind die Decken gemäß 2 mit den einzelnen kegeligen Löcher 25 versehen, durch welche sie mit dem Separator 23 verschweißt sind. Durch diese Maßnahme entsteht ein stabiles Kugellager.
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In der 2 und 3 ist auch die Laschen 26 und zwei Platens 27 gezeigt, über welche die Bewegungsmutter mit der Fahrzeugträgerstruktur (nicht gezeigt) verbunden ist.
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Aus der 2 hervorgeht, dass in die Aushöhlung 11 der Bewegungsschraube 7 ein Ende einer unbeweglich angeordneten rohrförmigen Stange 28 eingeführt ist. So umgibt die Oberfläche der Aushöhlung 11 der Bewegungsschraube 7 die Außenfläche der Stange 28, während ihrer Innenfläche eine Außenfläche der Stange 12 umgibt. Hiermit entstehen im Zusammenhang der gepaarten Details 7 und 28 sowie 28 und 12 paarweise die teleskopischen Verbindungen. Auf diese Weise ist die Stange 28 in beiden Verbindungen eingewickelt. Dabei führt man die Tolerierung diesen Verbindungen mit der Absicht ein relatives Gleiten ihrer Komponenten zu ermöglichen. Sodass sie im Fall eines Crashs leicht relativ zueinander verschoben werden, um ihre Positionierung zu ändern.
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Aus der 2 ist auch ersichtlich, dass die rohrförmigen Stange 28 sich in Gegenrichtung zur Stange 12 erstreckt und zur Lenksäuleende (nicht gezeigt) gerichtet ist.
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Wie es aus der 2 folgt, weisen die beiden Stangen 28 und 12 mindestens eine Passfeder-Nut Verbindung auf, die für die Übertragung der Lenkbewegungen bei üblichen Lenkmanövern des Fahrzeugs von der Stange 12 zur Stange 28 eingerichtet ist. Dabei ist bei dieser Ausführungsform der Sicherheitslenksäule eine Passfeder 29 auf die Stange 12 eingesetzt und eine Nut für sie ist in Form eines Längsschlitzes 30 auf die Stange 28 gefertigt. Die Länge des Schlitzes 30 ist genauso, wie die Länge der Schlitz 15 berechnet.
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Die Scherpassfeder 10 ist zusätzlich zur 2 auch in der 4 und 5 abgebildet. Die Scherpassfeder hat die Aufgabe die Energieabsorber gegen ein vorzeitiges Auslösen zu sichern. Dies kann bei einem ungeschickten Benehmen der Insassen zum Beispiel durch ein Druck auf das Lenkrad zustande kommen, oder kann der Fahrer selbst ungewollt/unbeabsichtigt ins Lenkrad kräftigen schlagen bzw. auf das Lenkrad trommeln.
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Zwecks erfüllen diese Aufgabe verbindet die Scherpassfeder 10 die Bewegungsschraube 7 mit der Bewegungsmutter 8 so, dass diese beiden bei der gewöhnlichen Fahrzeugfahrt unbeweglich bleiben können. Damit hält die Scherpassfeder das Bewegungsgetriebe außer Betrieb. Mit den anderen Worten blockiert sie den Zugriff auf den Energieabsorber 5.
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Die Gestaltung der Scherpassfeder 10 gemäß 5 weist in der Mitte ihrer Längsseiten eingetragen z. B. geprägten Bruchsolllinien 31 auf. Dabei ist die Scherpassfeder an Ihrer Stelle so angeordnet, dass die Bruchsolllinien auf der Grenze der Innenfläche der Nabe 16 von der Bewegungsmutter und die Außenfläche des glatten Schafts 14 der Bewegungsschraube 7 fallen. Dabei dienen die Bruchsolllinien, wie üblich zu entzweien der Scherpassfeder an die gleichen Teile. Somit spielt die Scherpassfeder in dem Energieabsorber die Rolle einer Plombe für die Inbetriebnahme des Energieabsorbers.
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Dem oberen Teil 32 der Scherpassfeder 10, der sich in der Bewegungsmutter befindet, ist eine spezielle Form zugewiesen, wie es aus der 4 zu entnehmen ist, um seinen Ausfall aus der Nut 15 nach dem Abscheren zu verhindern und damit das Drehen der Bewegungsmutter nicht beeinträchtigen.
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Bei dieser Ausführungsform der Sicherheitslenksäule ist die Scherpassfeder 14 in ihrer Lage in Bewegungsschraube durch eine in der 2 und 5 gezeichnete Weise geformte Lamellenfeder 33 unter Druck gehalten. Solcher Druck ist notwendig, um die Bildung der Grate beim Abscheren zu vermeiden. Die Feder 32 ist an der Bewegungsmutter 8 mit Hilfe der Schrauben 34 befestigt.
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Für das Betreiben des Energieabsorbers ist eine nicht dargestellte elektronische Steuereinheit vorgesehen, unter Aufsicht welcher des Bremsvorgans der Bewegungsmutter abläuft.
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Damit der Bremsvorgang elektronisch gesteuert werden kann, erhält die Steuereinheit im Wesentlichen die Position des Körpers des Fahrers ermittelten Sensoren, die Geschwindigkeit des Fahrzeugs erfassten Sensoren, (Daten von letzteren können von der Aibagsteuereinheit abgezapft werden), ein die elektromagnetischen Spulen umfassendes Elektroantrieb und einen Mikroprozessor, der die von den Sensoren aufgenommenen Daten verarbeitet, sowie bereitet aus diesen die Befehle auf, welche er in Form der elektrischen Signale programmmäßig an ein Elektroantrieb abgibt. Dazu gehört auch die Verkabelung des Elektroantriebs mit dem Elektronetz des Fahrzeugs.
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Die Sicherheitslenksäule wird nach einem Crash wirksam. Beim solchen Ereignis trifft Fahrer mit seinem Brust auf das Lenkrad 2. Damit wird ein bewegbares Teil der Lenksäule in Bewegung versetzt und die Bewegungsschraube 7 wird von dem Bund 13 der Stange 12 in Richtung zum Lenksäuleende translatorisch verschoben. Nach dieser Tat wird die Verplombung durch Zerstörung der Scherpassfeder gebrochen. Die Scherpassfeder 10 entzweit sich und die mit der Bewegungsschraube 7 wirkverbindbare Bewegungsmutter kommt durch eine spiralförmige Führungsbahn der Bewegungsgewinde in Rotation. Die Rotationsbewegung der Bewegungsmutter 8 wird über ihre naheliegende zur elektromagnetischen Spulen Lage durch einen damit entstehenden Wirbelstrom gebremst. Dabei wirken die Wirbelströme der Drehbewegung entgegen und dämpfen dadurch sanft die Bewegungsenergie des Fahrers. Ein von der Steuereinheit ausgehendes Signal beeinflusst die Intensität des Magnetfelds verbindlich mit der Änderung der Lage des Körpers des Fahrers.
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Dabei regelt die Steuereinheit so, dass während des Bremsenvorgangs jederzeit möglich ist die Wiederstandkraft, mit der das Lenkrad die Beschleunigung des Körpers des Fahrers hemmt, nahe den optimalen Wert halten.
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Die Ausgangsstellung der Sicherheitslenksäule wird durch ein Ziehen den bewegbaren Teil in Längsrichtung zurück bewirkt. Dies rechtfertigt sich dadurch, dass die Bewegungsschraube 7 in beide axiale Richtungen bewegen werden kann. Die Bewegungsmutter 8 wird dabei rückwärts rotiert. Die Feder 20 richtet sich auf und entspannt damit ganz bzw. teilweise die Ziehkräfte. Letztlich ersetzt man die zerstörte Scherpassfeder.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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