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Sicherheitslenkrad Die neuen Sicherheitsbestimmungen, die insbesondere
in den USA und zunehmend auch in anderen Ländern angewendet werden, schreiben ein
Lenkrad vor, das bei einem aus einer Gescbwindigkeit von 24 km/h oder 6,6 m/s zum
Stillstand gebrachten Fahrzeug eine Energie von etwa 88 kgm aufnimmt, ohne daß die
Belastung zwischen dem Lenkrad und dem Körper bei seiner waagerechten Verlagerung
Jemals den Wert von 1 120 kg überschreitet.
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2ur Lösung dieses Problems sind bereits zahlreiche Einrichtungen vorgeschlagen
worden, insbesondere gleitend geführte oder durch plastische oder elastische Verformung
ousammendrückbare Lenksäulen.
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Ferner ist es bereits vorgeschlagen worden, verformbare Elemente zwischen
dem Lenkrad und der
Lenksäule anzuordnen, wobei das Lenkrad selbst
mit verformbaren Abschnitten versehen ist, die während des Aufpralls nacheinander
wirksam werden.
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Es reicht zur Lösung des sorliegenden Problems nicht aus, die verschiedenen
Abschnitte einer metallischen, normalerweise aus Stahl hergestellten Lenkarmatur
in geeigneter eise zu bemessen. So ergeben sich z. B. bei einem mit zwei Speichen
versehenen Lenkrad, insbesondere wenn die Speichen den Lenkradkreis in zwei ungleiche
Sektoren unterteilen, verschiedene Verformungen, je nachdem ob der Angriffspunkt
vor einer Speiche oder zwischen den beiden Speichen liegt. Selbst dann, wenn die
Kraft einer Speiche entgegenwirkt, wird bzw. werden bei allen bisher verwendeten
Ausführungsformen bei einer waagerecht auf den unteren Kreisabschnitt des Lenkrads
ausgeübten Kraft oder Belastung die Speiche oder die Speichen gebogen.
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Die bei der Biegung einer Speiche absorbierte Energie, die von einer
Ausgangsbelastung Null ausgeht und ständig ansteigt, liegt weit unter der vorgenannten
zulässigen Grenzbelastung, wenn man die Abmessungen und den möglichen, begrenzten
Rerformungsweg berücksichtigt.
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Es ist also eine Art der Deformation zu suchen, bei der die Belastung
zu Beginn des Vorgangs bereits hoch ist und sich so schnell uie möglich dos Grenswert
von 1 120 kg nähert, ohne diesen jemals au überschreiten. Der Widerstand soll also
praktisch während der gesamten durch Verformung ermöglichten
Bewegung
konstant oder möglichst konstant sein, so daß die Energiemenge auf dem kleinstmöglichen
Weg absorbiert werden kann.
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Wenn man bereits zu Beginn des Verformungsvorganges den Grenzwert
von 1 120 kg erreichen und diesen inert während des gesamten Vorgangs beibehalten
kann, dann reichen 8 cm zur Aufnahme einer Energie von 88 kgm aus.
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Bei Berücksichtigung der verschiedenen Störungseinflüsse und der bei
den Versuchen auftretenden Ungenauigkeiten muß man im praktischen Ball die energie
bei einer mittleren Verformung von etwa 10 cm aufnehmen können.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Sicherheitslenkrad
zu schaften, das die zuvor erwähnten Anforderungen erfüllt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kranz des
Sicherheitslenkrades mit der Lenksäule durch im wesentlichen aus Metall bestehende,
stabile Zwischenstücke verbunden ist, um dabei die größtmögliche energie bet möglichst
kurzem Weg aufzunehmen und jedoch eine weitgehend konstante, der zulässigen Grenzbelastung
möglichst nahekommende Belastung zu übertragen.
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Die Zwischenstücke, die hauptsächlich auf Knickung beansprucht werden
ollen und von denen vorzugsweise mindestens drei vorgesehen iind1könnan beliebig
geformte Stäbe sein, wobei sie selbst die Speichen
des Lenkrades
bilden können.
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Die Zwischenstücke können auf ein oberes, mit dem Lenkrad verbundenes
Bauteil und auf ein unteres, an der Lenksäule befestigtes Bauteil aufgeschweißt
oder in anderer Weise, s. B. durch spiellosen Einsetzen damit fest verbunden sein.
Sie können aber auch einfach in die Enden der beiden mit dem Lenkrad und der Lenksäule
verbundenen Bauteile eingesetzt sein, wobei sie an ihren Enden s. 3. in Pfannen
o. dgl. gelagert sein können.
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Die Zwischenstücke können geradlinig oder gebogen sein und sind in
allen Fällen vorzugsweise im voraus deformiert, derart, daß die bei einem Aufprall
au£-tretende Deformation bereits in dem gewünschten Sinne vorgegeben ist. Es sei
noch darauf hingewiesen, daß, wenn die Stäbe zur Zeit des Aufpralls gerade sind,
wenn die Geschwindigkeit unmittelbar von 0 bis 6,6 mJe ansteigt, d. h. wenn die
Ruerbeschleunigung des Mittelpunktes eines einer axialen Druckbelastung ausgesetzten
geraden wischenstückes theoretisch unendlich groß ist, die ebenfalls unendlich großen
Trägheitskräfte dazu neigen, die Kniokung su verhindern und einen Druck zu erzeugen,
wobei die Belastungen viel zu hoch werden. Das ist insbesondere der Fall, wenn die
Masse der auf Knickung boanspruchten Stäbe groß ist. Es ist daher in allen Fällen
wichtig, die Biegung oder Knickrichtung vorsugeben, insbesondere dann, wenn die
Tasse der ausknickenden Zwischenstiicke groß ist.
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Wenn die Zwischenstücke selbst die Speichen des
Lenkrades
sind, dann ist es besonders erforderlich, die Durchbiegung oder -knickung weitgehend
vorzugeben, da die Speichen immer eine beträchtliche tasse haben.
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Die Speichen werden daher vorteilhafterweise gewölbt oder erhalten
z. B. die orm eines Viertelkreises oder einer ViertelellipseO Die oberen Enden der
Zwischenstücke können in Bezug auf die unteren Enden so geführt sein, daß sie sich
beim Auprall im wesentlichen axial verlagern. sie dürfen aber dann nicht geführt
sein, wenn man auch mehr oder weniger schräg zur Aufprallrichtung verlaufende Verformungen
zuläßt.
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Im folgenden Teil der Beschreibung werden einige Ausführungsformen
des Erfindungsgegenstandes anhand von Zeichnungen beschrieben. Es zeigen: Fig. 1
eine schematische Darstellung der Anordnung der Zwischenstücke, die an der Nabe
des Lenkrads angeschweißt und an einer darunter liegenden Fläche der Lenksäule befestigt
sind; Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 1; Fig. 3 eine der Fig.
1 entsprechende schematische Ansicht nach erfolgtem Aufprall; Fig. 4 eine der Fig.
1 ähnliche schematische Anordnung, bei der die Enden der Zwisebenstücke in die Hälse
der oberen und unteren Bauteile eingesetzt sind; Fig. 5 eine der Fig. 4 entsprechende
schematische Ansicht der Anordnung nach erfolgtem Aufprall;
Fig.
6 einen schematisch dargestellten Axialschnitt eines Lenkrades, bei dem die Zwischenstücke
an ihren oberen Enden an eine am Lenkrad befestigte Schale angeschweißt sind; Fig.
7 eine axiale schematische Teilansicht eines Lenkrades, dessen den Kreis des Lenkrades
vierteilende Arme selbst als Zwischenstücke ausgebildet sind;
| g. S ino Lenkarmatur1 deren rran |
| deren drei Speichen aus im ctuer- |
| schnitt achteckigem Profilstahl |
| von 10 e Stärke hergestellt sind, |
| wobei die Speichen die Form eine |
| Vierteikreises haben, dessen Radius |
| dem Lenkradradius <200 mm) entXprlekt, |
| nach dem Aufprall einer Maas von |
| 82 100 ks aus 1,10 m Höhe a ein |
| Ende einer Speiche, wobei er winkel |
| zwischen der Lenkradachs und der |
| Senkrechten 300. beträgt |
| Fig. 9 eine Belastungakurve fUr die in |
| Fig. 8 dargestellt Ilenkarmatur |
| bei der auf der 0 te die Belaßtt |
| in Abhängigkeit pbon der auf der |
| Abasisse von rghts nach links auf- |
| getragenazet dargestellt ist und |
| wobei ein q dratischqs Feld auf der |
| Abszisse li'llisekunden und auf |
| der Ordi te 640 kg bedeutet; |
| Zig. 10 die ig. 8 dargestellte Lenkarma- |
| tur oh einfl Autprall einer ECaaso |
| von 2 100 kg aus einer llöhe von |
| 1 0 1 auf den zwischen zwei Speichen |
| legenden Bogenabsohnitt bei gleichen |
| Sinkelverhiltaissen wie in Fig. 8; |
| Fi. eine Belastungskurve für die in lig. 10 |
| dargestellte Lealearsstur, bei der |
| auf der Ordinate die hlsstug in |
| Abhflfl8igksit von der auf der bszisse |
| von rechts nach links ufgetrqenen |
| Zeit dargestellt ist und wobei ein |
| guadratiohog Peld auf der Abszisse |
| 20 llisekueden und auf der Ordinate |
Fig. 4 eine der Fig. 7 ähnliche Ansicht, wobei die Arme die Form
eines Viertels einer Bllipse haben; und Fig. 5 einen schematischen Axialschnitt
eines ( mit einer Verkleidung versehenen Lenkrades, dessen Arme oder Speichen ebenfalls
mit eine Uberzug versehen sind.
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Bei der in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsform sind die
Zwischenstücke im Querschnitt rechteckige Knickstäbe 1, die im folgenden als Stäbe
bezeichnet sind. Die Enden dieser Stäbe sind auf die Flächen von zwei im Querschnitt
sechseckigen Bauteilen 2 und 3 aufgeschweißt. Das obere Bauteil 2 ist die Nabe des
Lenkrads, und des untere Bauteil 3 ist an der Lenksäule 4.befeitigt. Das die Nabe
des Lenkrades bildende Bauteil 2 ist in Bezug auf die Lenksäule 4 verschieblich.
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Zum Zeitpunkt eines aufpralls verschiebt sich das Bauteil oder die
Nabe 2 in Richtung auf das Bauteil 3, während' sich die Stäbe 1 (Fig. 3) während
ihrer gesamten Bewegung bei im wesentlichen gleichbleibender Krafteinwirkung durch
taickung deformieren.
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Die in den Fig. 4 und 5 dargestellte Ausführungsform ist ähnlich
den Fig. 1 bis 3 ausgebildet. Die Stäbe 1 sind aber in einfacher Weise mit ihren
Enden in die Halsabschnitte 5 und 6 des oberen Bauteils 2 und des unteren Bauteile
3 eingesteckt. Die Stäbe verformen sich bei gleichbleibender Krafteinwirkun in der
in Fi. 5 gezeigten Weise. bei der in Fig. 6 dargestellten Ausführunform sind
die
Stäbe 1 an ihrem unteren Abschnitt an eine an der Lenksäule befestigte sechseckige
Nabe und an ihrem oberen Abschnitt an eine aus tiefgezogenem Blech hergestellte,
am Lenkrad 8 befestigte Schale 7 angeschweißt.
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Bei der in Fig. 7 dargestellten Äusführungsform bilden die Arme oder
Speichen 9 die verformbaren Elemente. Diese Speichen, von denen drei oder mehr vorgesehen
sind, sind an das sechseckige, an der.
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Lenksäule befestigte Bauteil 3 angeschweißt. Die Speichen sind in
die Form eines Viertelkreises gebogen und entsprechend der gewünschten Knickung
weitgehend vorgeformt. Die oberen anden der speichen 9 sind an den kreisförmigen
Kranz 10 des Lenkrades angeschweißt Bei Kraftfahrzeugen ist das Lenkrad zumeist
gegen die Waagerechte geneigt. Andererseits geht man davon aus, daß der Körper in
waagerechter Richtung vorwar'tsgeschleudert wird, d. h. bei einem Unfall seine waagerechte
Translationsbewegung fortsetzt.
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Trägt man den verschiedenen möglichen Neigungen des Lenkrades und
der Tatsache Rechnung, daß die im theoretischen Fall waagerechte Translationsbewegung
des körpers dadurch verschiedene Einflüsse, beispielsweise die Sicherheitsgurte,
durch den Einfluß der Hände, Arme und Beine usw., beeinflußt werden kann, dann ist
zweckmäßigerweise vorzusehen, daß der Aufprall in einer Richtung erfolgen kann,
die zwischen den Pfeilen f1 und f2
und damit zwischen der Richtung
der Lenksäule und einer durch die von dem Lenkradkranz aufgespannte Ebene führenden
Richtung liegt.
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Es ist ersichtlich, daß in allen Fällen, in denen die Speiche zum
Körper weist und in denen die beiden den dem Körper zugewandten Abschnitt des Lenkrades
begrenzenden Speichen auf den Körper zugerichtet sind, die Verformung einer "Knick-Biegung"
ähnlich ist, d. h. einer durch einen sich vergrößernden Hebelarm bewirkten Biegung.
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Es ist ferner ersichtlich, daß bei Kraft angriff in einer zwischen
den Pfeilen f1 und f2 liegenden Hichtung und bei einem Viertelkreis entsprechenden
speichen die Speiche sehr ähnliche Verformungen bekommt und in Abhängigkeit von
der Verschiebung im wesentlichen die gleiche Belastungs- oder Widerstandskurve aufweist.
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Bei Verformungsuntersuchungen des Lenkrades hat sich gezeigt, daß
die den ersten Aufprall aufnehmende speiche praktisch umgebogen wird, so daß beide
Enden der Speiche annähernd aufeinander zu liegen kommen. Eine bei diesen Versuchen
aufgezeichnet Belastungekurve zeigt, daß die Belastung in keinem Fall einen Wert
von 850 kg überschreitet.
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Die Verformung entspricht also sehr gut den Annehmen, d. h. einerseits,
daß keine Teile über die Ebene des Lenkrades hinaus vorstehen, die Verletzungen
bewirken könnten, und andererseits, daß die Belastungen ziemlich gleichbleibend
sind.
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Ferner ist die von der Belastungskurve begrenzte Fläche, die die während
des liufpralls aufgenommene Energie darstellt, eindeutig größer als die Dreiecksfläche
mit der gleichen Grundlinie (Dauer des Aufpralls) und mit der gleichen Höhe (Maximalbelastung.)
Bei weiteren Versuchen hat sich gezeigt, daß die beiden in der Nähe des belasteten
Bogens angeordenet Speichen in gleicher Weise um sich-selbst gebogen werden. Die
Belastungskurve zeigt, daß die Belastung niemals einen Wert von 940 kg überschreitet.
Auch hier entspricht die Verformung den bereits erwähnten Annahmen.
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Die Speichen 9 könuen auch die Form einer Viertelellipse haben, deren
Hauptachse parallel zu der Lenkradebene verläuft, während ihre Nebenachse parallel
zur Achse des Lenkrads gerichtet ist. Han erhält auf diese Weise ein weniger tiefes
und daher weniger sperriges Lenkrad.
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Bei einem Lenkrad mit einem Durchmesser von 400 mm kann man auf diese
Weise die Tiefe von 200 auf 150 und sogar auf 100 mm herabsetzen. as sei darauf
hingewiesen, daß Speichen in Forn einer gewölbten oder abgebogenen Linie unter der
Voraussetzung geeignet sind, daß dies Form ein Ausknicken oder Umbiegen in ausreichender
Weise begünstigt, um zu vermeiden, daß die Stoßgeschwindigkeit - Trägheitskräfte
aufkommen läßt, die weiter
oben bei den. geraden oder im wesentlichen
geraden Zwischenstücken von ins Gewicht fallender Masse entstehen.
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Bei dem in Fig. ## dargestellten Beispiel weist das Lenkrad einen
Lenkradkranz 10 und einen Überzug ii, auf, der.auf der Basis von halbgehörtetem
Kautschuk, einem Kunststoff, wie z. B. einem Zelluioseester oder einem Schaumstoff
hergestellt ist, welcher mit einer zaut-versehen ist, die auf ihn aufgebracht oder
bei der Herstellung des Schaumstoffs erzeugt sein kann.
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Diese Überzüge wirken einem Ausbiegen oder Knicken mehr oder weniger
stark entgegen, da sie einerseits den-uerschnitt.der betreffenden Speiche erheblich
verstärken und andererseits auch die Masse erhöhen.
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Es ist dabei besonders notwendig, sowohl bei einer mit einem Uberzug
versehenen als auch bei einer Speiche ohne Überzug die Biegung oder Knickung vorzugeben.
Da die Knickung hauptsächlich aber durch eine kraft eingeleitet wird, die in dem
bereits erwähnten Winkelbereich liegt, verteilt der Überzug die durch Knickung bewirkte
Biegung auf eine größere Länge der Speiche und flacht dabei die von der. Zeit abhängige
Belastungskurve ab. Darüber hinaus verbessert ein, beispielsweise aus Kunststoffschaum
hergestellter Überzug das erfindungsgemäße Lenkrad, da er bei der gleichen zeitabhängigen
Belastung den Druck auf den Körper, d. h. den Quotienten Belastung tragende Fläche
verkleinert und damit das Ausmaß. der Verletzungen herabsetzt.
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Es wird darauf hingewiesen, daß die Erfindung eines wegs auf die dargestellten
und beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist, die nur als Beispiele zu verstehen
sind. Es ist von Bedeutung, daß sowohl die unteren und oberen Bauteile als auch
die diese Bauteile miteinander verbindenden Stäbe beliebige Formen haben können.
Der Einfachheit halber kann man eines dieser Bauteile stärker ausführen als das
andere und beide Bauteile durch Stäbe beliebigen Querschnitts miteinander verbinden,
deren Enden fest oder gelenkig mit den Bauteilen verbunden sind.
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Die Stäbe können entweder gerade oder sur Anpassung an die beiden
Bauteile gewölbt ausgeführt sein.
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Tdgnn die Stäbe gerade sind, dann können sie entweder parallel zueinander
verlaufen oder nach oben oder nach unten hin aufeinanderzu konvergieren.