DE19631215C1 - Stülprohr für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Stülprohr für Kraftfahrzeuge gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

In der DE 195 11 867 C1, die im Anspruch 1 berücksichtigt ist, ist ein Stülprohr beschrieben, welches entlang seiner Umstülplänge einen veränderlichen Durchmesser zur definierten Beeinflus­ sung der Kraft/Weg-Kennlinie der energieabsorbierenden Umstülpbewegung aufweisen kann. Eine für die möglichen Belastungsfälle günstige Ausbildung des Stülprohres, mit über dessen Länge mehrfach gezielt verändertem Umformwiderstand, ist hier nicht offenbart und auch über die für die Funktionstüchtigkeit notwendige Lagerung der Lenkspindel ist keine Aussage getrof­ fen.

Aus der DE 19 31 844 B1 ist ein Stülprohr für Kraftfahrzeuge bekannt, das durch den Ein­ stülpvorgang einen axialen Stoß dämpfen soll. Nach Einleitung der Umstülpbewegung ist hier eine kontinuierliche, plastische Umformung vorgesehen, die durch eine über die gesamte Länge zylin­ drische Gestalt mit gleicher Wanddicke erreicht wird.

In der DE 33 21 198 C1 ist eine Sicherheitslenkspindel aus Kunststoff beschrieben, die Abschnitte mit unterschiedlichem Außendurchmesser bei gleichbleibendem Innendurchmesser aufweist, wobei ein Abschnitt für eine nachgebende Deformation bei axialer Belastung vorgesehen ist. Dieser Abschnitt ist mit einem vergrößerten Außendurchmesser und geringerer Wandstärke ausge­ führt und kann sich unter Druck aufweiten. Ein Energieabbau in der Größenordnung wie in einer Ausführung mit einem Stülprohr ist hierdurch nicht zu erzielen. Der Umformwiderstand nimmt mit zunehmender Verformung und Auflösung der Faserstruktur der Kunststofflenkspindel ab.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, bei einer Lenkspindel mit einem gattungsgemäßen Stülprohr den Umformwiderstand des Stülprohres angepaßt an die Aufprallkraft eines Insassen zu steuern.

Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Ein Stülprohr als verbindendes Teil zwischen zwei Lenkspindelabschnitten eines Kraftfahrzeuges kann bei der axialen Belastung des Lenkrades während eines Fahrzeugcrash die durch den Insassen auf die Lenkspindel einwirkenden Kräfte durch seine typische Umformmöglichkeit abbauen und damit die Belastung für den Insassen durch den Lenkspindelwiderstand reduzieren. Eines der Enden des Stülprohres wird hierzu durch den Stülprohrhohlraum hindurch gedrückt oder nach außen umgestülpt, wobei die Stülprohrwand eine fortlaufende Umformung erfährt.

Das erfindungsgemäße Stülprohr reagiert dabei an die Aufprallkraft des Insassen angepaßt, indem es entlang seiner Längserstreckung Bereiche mit unterschiedlichem Umformwiderstand aufweist, durch die eine leichtere oder schwerere Verformbarkeit des Stülprohres bedingt sind.

Dabei ist das Stülprohr so ausgelegt, daß es, beginnend an dem Ende an dem die Umstülpbewegung anfängt, einen Längsabschnitt aufweist, an den sich dann ein Längsabschnitt mit demgegenüber engerem Innendurchmesser oder dickerer Wandstärke anschließt, so daß das Stülprohr im ersten Längsabschnitt mit geringerem Widerstand und im zweiten Längsabschnitt mit demgegenüber höherem Widerstand umstülpbar ist. Der Umformwiderstand des Stülprohres ist in dieser Art und Weise gewählt, damit eine leichtere Person mit der Nachgiebigkeit der Lenkspindel im Bereich des ersten, geringeren Widerstandes abgefangen wird, während eine schwerere Person auch den Bereich des größeren Widerstandes erreicht und nach der nachgiebigeren Phase mit einem höheren Widerstand der Lenkspindel behalten wird, um so ein vollständiges Umstülpen des Stülprohres und ein auf Block gehen der Lenkspindel möglichst zu vermeiden.

An diesen Längsabschnitt mit höherem Umformwiderstand kann sich wieder ein Längsabschnitt mit leichterer Verformbarkeit anschließen, so daß die Belastung des Insassen wieder abnimmt, den dann in der möglichen Stülpendphase ein Abschnitt mit dem höchsten Umformwiderstand abschließen wird.

Ein Stülprohr mit aneinander anschließenden, unterschiedlichen Durchmessern kann mit einer über seine Länge annähernd gleichbleibenden Wanddicke ausgebildet sein oder diese auch variieren, wodurch der Umformwiderstand des Stülprohres zusätzlich zu beeinflussen ist. Ebenso kann das Stülprohr allein aufgrund der Veränderung der umzuformenden Wanddicke über seine Länge an die gewünschten Umformbedingungen angepaßt werden. Die Wanddicke ist dabei auch durch zusätzlich am Stülprohr festgelegte Rohrteile veränderbar. Die Nachgiebigkeit der Lenkspindel bei axialer Krafteinwirkung kann damit an die Verhältnisse in beliebigen Kraftfahrzeugen einfach angepaßt werden.

Eine über einen Längsabschnitt des Stülprohres annähernd gleichbleibende Umformkraft bzw. einen in etwa gleich hohen Widerstand der Lenkspindel gegen den krafteinwirkenden Insassen bietet eine zylindrische Form dieses Abschnittes. Die im Durchmesser unterschiedlichen zylindrischen Abschnitte können durch konische Abschnitte verbunden werden, die zu einem weichen Übergang von niedrigem Umformwiderstand zu höherem Umformwiderstand usw. führen.

Für die Abstützung der Lenkspindel mit dem Stülprohr ist ein 3-Punkt-Lager mit axial beabstandeten Lagerstellen vorteilhaft, deren mittlere Lagerstelle die Lenkspindel nahe des Umstülpendes des Stülprohres verschiebbar lagert, so daß die Lenkspindel bei der Verformung des Stülprohres nicht ausknickt. Damit der längsverschiebbare Abschnitt der Lenkspindel bei seiner Verschiebebewegung eine gut gleitende Führung erhält, weist eine Gleitlagerstelle einen in ihr mit der Lenkspindel verschiebbaren Kugelkäfig auf. Die Lagerstellen können einteilig in einem Befestigungsflansch zusammengefaßt und im Kraftfahrzeug gemeinsam festgelegt werden.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen gehen aus den Unteransprüchen und der Beschreibung hervor.

Die Erfindung ist nachstehend anhand einer Zeichnung näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 in einer Seitenansicht einen Ausschnitt aus einer Lenkspindel mit einem Stülprohr, mit Abschnitten mit unterschiedlichen Durchmessern, strichpunktiert gezeichnet auch bei Beginn der Verformung,

Fig. 2 ein Kraft-Weg-Diagramm zur Verformung des in Fig. 1 dargestellten Beispieles eines Stülprohres, und

Fig. 3 eine der Fig. 1 entsprechende Anordnung mit einem Stülprohr mit Abschnitten unterschiedlicher Wanddicke.

Die Fig. 1 und 3 zeigen einen Ausschnitt aus einer Lenkspindel 1 in einem nicht weiter dargestellten Kraftfahrzeug, die in Wirklichkeit, unter einem Winkel schräg nach oben verlaufend, ein nicht dargestelltes Lenkgetriebe mit einem Lenkrad 2 koppelt. Die Lenkspindel 1 wird im Kraftfahrzeug durch ein 3-Punkt-Lager 3 mit axial beabstandeten Lagerstellen 3a, 3b, 3c abgestützt, wovon die Lagerstelle 3a ein Festlager ist, während die Lagerstellen 3b und 3c eine gleitende Bewegung der Lenkspindel 1 zulassen. Für eine gute Führung der Lenkspindel 1 in axialer und Abstützung in radialer Richtung weist die Lagerstelle 3c einen an der Lenkspindel 1 festgelegten Kugelkäfig 4 auf, dessen Kugeln bei der Verschiebung der Lenkspindel in Axialrichtung an der Führungsfläche in der Lagerstelle 3c abrollen. Die Lagerstellen 3a, 3b, 3c liegen an einem Befestigungsflansch 5 fest, der die Lagerstellen 3a, 3b, 3c einteilig zusammengeführt und damit eine gemeinsame Befestigung im Kraftfahrzeug z. B. an einem Querträger 6 ermöglicht.

Die Lenkspindel 1 weist zwischen zwei Lenkspindelabschnitten ein diese verbindendes Stülprohr 7, 7′ auf, welches am hier rechten Ende 9, beginnend bei axialem Druck auf das Lenkrad 2, unter plastischer Verformung und unter Energieverzehr in den Stülprohrhohlraum 8 einstülpbar ist, wobei die Stülprohrwand eine fortlaufende Umformung erfährt. Die beginnende Umstülpung des Stülprohres ist strichpunktiert eingezeichnet. Dabei dient die mittlere Lagerstelle 3b dazu, die Lenkspindel 1 nahe des Einstülpendes 9 verschiebbar zu lagern und gegen ein Ausknicken abzustützen. Das Stülprohr 7, 7′ kann während eines Fahrzeugcrash durch seine Verformungsmöglichkeit axial eingeleitete Aufprallenergie umwandeln und damit den Lenkradwiderstand gegen den Insassen und die Belastung für den Insassen reduzieren.

Das Stülprohr 7, 7′ reagiert an die Aufprallkraft des Insassen auf das Lenkrad 2 angepaßt, indem es entlang seiner Längserstreckung Bereiche mit unterschiedlichem Umformwiderstand aufweist, durch die eine leichtere oder schwerere Verformbarkeit des Stülprohres 7, 7′ verursacht sind.

Wie im Kraft (F) - Verformungsweg (s) - Diagramm in der Fig. 2 ersichtlich, ist das Stülprohr 7, 7′ so ausgelegt, daß es, beginnend am Einstülpende 9, einen Längsabschnitt 10 aufweist, an den sich ein Längsabschnitt 11 mit demgegenüber schwererer Umformbarkeit anschließt, so daß das Stülprohr 7, 7′ im ersten Längsabschnitt 10 mit geringerer Kraft F und im zweiten Längsabschnitt 11 mit dergegenüber höherer Kraft F umstülpbar ist. Der Umformwiderstand des Stülprohres 7, 7′ ist in dieser Art und Weise gewählt, damit ein leichterer Insasse im Längsabschnitt 10 mit größerer Nachgiebigkeit abgefangen wird, während ein kraftvoller einwirkender Insasse auch den Bereich des größeren Widerstandes bei der Umstülpung des Längsabschnittes 11 erreicht, in dem eine höhere Energieumwandlung stattfinden kann.

An diesen Längsabschnitt 11 mit höherem Umformwiderstand schließt sich wieder ein Längsabschnitt 12 mit leichterer Verformbarkeit an, so daß die Belastung des Insassen wieder abnimmt, den dann in der möglichen Stülpendphase ein Längsabschnitt 13 mit dem höchsten Umformwiderstand begrenzt, um so ein vollständiges Umstülpen des Stülprohres 7, 7′ und ein auf Block gehen der Lenkspindel 2 möglichst zu vermeiden.

Das Ausführungsbeispiel der Fig. 1 zeigt ein Stülprohr 7, dessen Längsabschnitte 10, 11, 12 und 13 unterschiedliche Innendurchmesser bei durchgehend etwa gleicher Wanddicke 14 aufweisen. So ist der Längsabschnitt 10 mit einem gegenüber dem Längsabschnitt 11 größeren Innendurchmesser und damit leichter umstülpbar ausgebildet. Der Längsabschnitt 11 soll mit höherer Kraft anprallenden Insassen, durch die der Längsabschnitt 10 bereits umgestülpt wurde, einen nun höheren Widerstand mit höherer Energieumwandlung entgegensetzen. Der Längsabschnitt 13 weist dann demgegenüber einen größeren Innendurchmesser auf, an den sich der Längsabschnitt 14 mit dem engsten Innendurchmesser des Stülprohres 7 und dem größten Umformwiderstand in der Stülpendphase anschließt. Durch eine unterschiedliche Wanddicke kann dieses Umformverhalten in jedem Längsabschnitt noch unterstützt werden.

Die zylindrische Form dieser Längsabschnitte 10, 11, 12, 13 bietet über jeden Längsabschnitt eine annähernd gleichbleibende Umformkraft bzw. gleichbleibenden Widerstand der Lenkspindel 1 gegen den krafteinwirkenden Insassen. Die Längsabschnitte 10, 11, 12, 13 sind durch konische Abschnitte 15 verbunden, die zu einem gleichmäßigen Übergang von niedrigem Umformwiderstand zu höherem Umformwiderstand usw. führen.

In der Fig. 3 ist eine weitere Ausbildungsmöglichkeit durch das Stülprohr 7′ dargestellt, welches mit einer variierenden Wanddicke 16 ausgebildet ist, wodurch der Umformwiderstand bestimmt wird. Auf bzw. in einem Lenkspindelrohr 17 sind hierzu Buchsen 18, 19 auf bzw. eingesetzt, durch die der Umformwiderstand des Stülprohres ähnlich der Beschreibung zu den Fig. 1 und 2 erhöht wird. Nach dem am Einstülpende 9 beginnenden Längsabschnitt 10, dessen Umstülpwiderstand für einen leichteren Insassen ausgelegt ist, erhöht die außen auf das Lenkspindelrohr 17 aufgesetzte Buchse 18 den Umstülpwiderstand im Längsabschnitt 11 in einem Maße, wie es notwendig ist, um für eine mit höherer Kraft einwirkende Person eine weitere Energieumwandlung der durch den Aufprallvorgang auf das Lenkrad 2 eingeleiteten Kräfte zu erreichen. Anschließend an diese Buchse 18 ist der Umstülpwiderstand dem Lenkspindelrohr 17 entsprechend reduziert (Längsabschnitt 12), um dann durch die eingesetzte Buchse 19 in der Stülpendphase im Längsabschnitt 13 noch einmal stark erhöht zu werden. Eine variierende Wanddicke 16 kann natürlich auch durch andere geläufige Methoden vorgenommen werden.

Die Nachgiebigkeit der Lenkspindel 1 bei axialer Krafteinwirkung kann damit an die Verhältnisse in beliebigen Kraftfahrzeugen einfach angepaßt werden.

Claims (6)

1. Stülprohr (7 bzw. 7′) für eine Lenksäule eines Kraftfahrzeuges, als verbindendes Teil zweier Lenkspindelabschnitte einer Lenkspindel (1), welche in einem 3-Punkt-Lager (3) mit axial beab­ standeten Lagerstellen (3a, 3b, 3c) abgestützt ist, deren mittlere Lagerstelle (3b) die Lenkspindel (1) nahe des Umstülpendes (9) des Stülprohres (7 bzw. 7′) verschiebbar lagert, an dem beginnend das Stülprohr (7 bzw. 7′) bei axialer Kraftbeaufschlagung unter plastischer Verformung und unter Energieverzehr umstülpbar ist, wobei das Stülprohr (7 bzw. 7′) am Umstülpende (9) einen Längsabschnitt (10) mit leichterer Umformbarkeit aufweist, dem ein Längsabschnitt (11) mit schwererer Umformbarkeit und ein Längsabschnitt (12) mit wiederum leichterer Umformbarkeit, jeweils mit einer der angenommenen Axialbelastung angepaßten Länge folgen, und wobei das Stülprohr (7 bzw. 7′) im Längsabschnitt (13) der möglichen Stülpendphase den höchsten Um­ formwiderstand aufweist.

2. Stülprohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stülprohr (7) über seine Länge in etwa die gleiche Wanddicke (14) aufweist.

3. Stülprohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stülprohr (7) zylindrische Längsabschnitte (10, 11, 12, 13) mit unterschiedlichem Innen­ durchmesser umfaßt, die über konische Abschnitte (15) aneinander anschließen.

4. Stülprohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stülprohr (7′) in den Längsabschnitten (10, 11, 12, 13) unterschiedliche Wanddicken aufweist.

5. Stülprohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einer Lagerstelle (3c) ein mit der Lenkspindel (1) verschiebbarer Kugelkäfig (4) aufgenommen ist.

6. Stülprohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerstellen (3a, 3b, 3c) einteilig in einem Befestigungsflansch (5) zusammengefaßt im Kraftfahrzeug gemeinsam festgelegt sind.