DE10105635B4

DE10105635B4 - Lenksäule für ein Kraftfahzeug

Info

Publication number: DE10105635B4
Application number: DE2001105635
Authority: DE
Inventors: Roland Otte; Joachim Klement
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2001-02-08
Filing date: 2001-02-08
Publication date: 2010-01-14
Anticipated expiration: 2021-02-09
Also published as: DE10105635A1

Abstract

Lenksäule für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine erste Welle (1; 21; 41) und eine zweite Welle (3; 22; 42) zur Übertragung eines Drehmoments zwischen einem Lenkrad (2) und einem Lenkgetriebe (4), sowie ein Verbindungsstück (5; 23; 43), über welches die erste Welle (1; 21; 41) und die zweite Welle (3; 22; 42) in Längsrichtung drehfest miteinander verbunden sind, wobei die erste Welle (1; 21; 41) mit einem Kopplungsabschnitt (6; 24; 44) an dem Verbindungsstück (5; 23; 43) axial gesichert ist und bei Überwindung einer Haltekraft gegenüber dem Verbindungsstück (5; 23; 43) in Längsrichtung verschiebbar ist, und die zweite Welle (3; 22; 42) mit einem Kopplungsabschnitt (7; 25; 45) in Längsrichtung verschiebbar an dem Verbindungsstück (5; 23; 43) derart gelagert ist, um bei einer Relativverschiebung der Wellen (1, 3; 21, 22; 41, 42) in Längsrichtung aufeinanderzu den Kopplungsabschnitt einer der Wellen (1, 3; 21, 22; 41, 42) mit dem Verbindungsstück (5;...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Lenksäule für ein Kraftfahrzeug und insbesondere auf die unfallsichere Ausgestaltung einer solchen Lenksäule.
Aus dem Stand der Technik sind Lenksäulen bekannt, welche zwei ineinandergreifende und gegeneinander axial verschiebbare Wellen aufweisen. Die Wellen sind dazu teleskopartig ineinander gesteckt und miteinander zur Übertragung eines Drehmoments sowie einer Axialkraft gekoppelt. Bei einer unfallbedingten Axialkrafteinwirkung wird die Kopplung aufgehoben, so daß die beiden Wellen in Axialrichtung zusammengeschoben werden. Dadurch wird vermieden, daß insbesondere bei einem Frontalzusammenstoß des Kraftfahrzeugs die Lenksäule aufgestellt und in die Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs verschoben wird.
Ein Beispiel für eine solche Lenksäule ist in der DE 195 04 036 C1 beschrieben. Die Kopplung der beiden Wellen erfolgt dort mit Hilfe eines zwischen die beiden Wellen eingebrachten Abscherwerkstoffes, der im Normalbetrieb eine Kraft- und Drehmomentübertragung gewährleistet, bei einem bestimmten Axialkraftniveau jedoch bricht, um das Teleskopieren der Wellen zu ermöglichen. Ein seitliches Ausweichen oder Ausknicken kann hierbei nicht auftreten. Vielmehr wird durch das Zusammenschieben der Wellen eine Versteifung bewirkt, die mit einer Erhöhung der Knicksteifigkeit verbunden ist. Dieses Sicherheitskonzept besitzt den Nachteil, daß insbesondere bei mehrfach teleskopierbaren Lenksäulen der Durchmesser der äußersten Welle sehr groß wird. Sind die Wellen vollständig zusammengeschoben oder werden diese aufgrund weiterer, unfallbedingter Verformungen miteinander verkeilt, so können über die zusammengeschobene oder verkeilte Lenksäule weiterhin Kräfte übertragen werden, mit der Folge, daß der lenkradseitige Teil der Lenksäule tiefer in die Fahrgastzelle eindringen kann.
Aus dem Stand der Technik ist ein weiteres Sicherheitskonzept bekannt, bei dem eine solche Kraftübertragung bei einem Unfall durch eine vollständige Trennung von Elementen der Lenksäule weitgehend ausgeschlossen wird. In diesem Zusammenhang ist aus der DE 40 14 959 C2 eine Lenksäule bekannt, bei der zwei separate Wellen miteinander lediglich verklemmt sind. Bei einer unfallbedingten Krafteinwirkung werden die beiden Lenksäulenabschnitte zunächst axial gegeneinander verschoben, wodurch die Klemmwirkung aufgehoben wird. Danach erfolgt die Trennung der beiden Wellen. Diese sind hier als aneinander geführte, profilierte Vollmaterialschienen ausgebildet. An einer der beiden Schienen sind zwei Haltestifte vorgesehen, an denen im zusammengebauten Zustand eine Klemmplatte mit nach einer Seite offenen Schlitzen eingerastet und gegen die andere Schiene gedrückt ist. Über die Haltestifte ist die Klemmkraft eingestellt. Bei einer Axialkraftbeaufschlagung werden die Haltestifte relativ zu den Schlitzen verschoben, wodurch die ursprünglich verrastete Klemmplatte freigegeben wird, und die Schienen entkoppeln.
Weiterhin ist aus der DE 31 36 634 A1 eine zusammenschiebbare Lenksäule für ein Kraftfahrzeug bekannt, bei der zwei separate Wellen aneinander geführt und in einer ersten Position zur Übertragung eines Drehmoments formschlüssig gehalten sind. In Axialrichtung erfolgt eine Sicherung gegen Verschieben durch eine definiert eingestellte Haftreibung infolge einer Klemmkraft. Bei einer unfallbedingten Axialkrafteinleitung wird die Haftreibung überwunden und nach einer axial Verschiebung aus der ersten Position eine zweite Position erreicht, in der der Formschluß aufgehoben ist, so daß die beiden Wellen voneinander getrennt werden.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das Sicherheitskonzept einer auftrennbaren Lenksäule weiterzuentwickeln.
Hierzu wird eine Lenksäule für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, die eine erste Welle und eine zweite Welle zur Übertragung eines Drehmoments zwischen einem Lenkrad und einem Lenkgetriebe, sowie ein Verbindungsstück, über welches die erste Welle und die zweite Welle in Längsrichtung drehfest miteinander verbunden sind, umfaßt, wobei die erste Welle mit einem Kopplungsabschnitt an dem Verbindungsstück axial gesichert ist und bei Überwindung einer Haltekraft gegenüber dem Verbindungsstück in Längsrichtung verschiebbar ist, und die zweite Welle mit einem Kopplungsabschnitt in Längsrichtung verschiebbar an dem Verbindungsstück derart gelagert ist, um bei einer Relativverschiebung der Wellen in Längsrichtung aufeinanderzu den Kopplungsabschnitt einer der Wellen mit dem Verbindungsstück unter Aufhebung der Axialsicherung der ersten Welle außer Eingriff zu bringen.
Die erfindungsgemäße Lenksäule bildet einen Ausklinkmechanismus aus, der bei einem Unfall mit starker Deformation eine vollständige mechanische Auftrennung der Lenksäule erlaubt und damit den lenkradseitigen Teil der Lenksäule von dem lenkgetriebeseitigen Teil der Lenksäule entkoppelt. Dabei gelangt, je nach Anordnung der ersten und zweiten Welle, der Kopplungsabschnitt wenigstens einer der Wellen außer Eingriff mit dem Verbindungsstück. Eine während des Deformationsvorgangs bei einem Unfall erfolgende, weitere Verschiebung des Lenkgetriebes bleibt somit ohne Auswirkung auf die Bewegung des lenkradsseitigen Teils der Lenksäule sowie des Lenkrads. Damit wird insbesondere auch ein steiles Aufstellen der Lenksäule bei einem Unfall vermieden und der Fahrer geschützt.
Im Normalbetrieb bewirkt das Verbindungsstück die Übertragung eines Drehmoments zwischen der ersten Welle und der zweiten Welle. Über die erste Welle ist das Verbindungsstück zudem in Axialrichtung gesichert, wohingegen die axiale Beweglichkeit zwischen dem Verbindungsstück und der zweiten Welle dazu geeignet ist, Verspannungen in der Lenksäule zu verhindern. Bei einem Unfall wird die Axialsicherung aufgehoben, so daß eine Relativverschiebung zwischen beiden Wellen und dem Verbindungsstück ermöglicht wird. Je nach Einbaulage stößt das Verbindungsstück gegen einen Widerstand oder Anschlag, so daß der entsprechende Kopplungsabschnitt außer Eingriff gelangt.
Prinzipiell kann die erste Welle mit dem Lenkrad und die zweite Welle mit dem Lenkgetriebe verbunden werden. Es ist jedoch auch möglich, die erste Welle mit dem Lenkgetriebe und die zweite Welle mit dem Lenkrad zu verbinden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen der ersten Welle und der zweiten Welle in Längsrichtung ein Abstand vorgesehen, der bei einer Relativverschiebung der ersten Welle und der zweiten Welle aufeinanderzu überwunden wird, bevor die erste Welle und die zweite Welle in Anlage gelangen. Eine lediglich geringfügige Verschiebung zwischen dem Lenkgetriebe und dem Lenkrad führt somit nicht automatisch zu einer Entkopplung der ersten und zweiten Welle. Vielmehr tritt eine Entkopplung erst bei großen Verformungen auf. Die Lenksäule wirkt somit in einer ersten Phase wie eine teleskopierbare Lenksäule, die nach Beendigung eines bestimmten Einschubwegs ein definiertes Ausknicken ermöglicht.
Zwischen den Stirnenden der Kopplungsabschnitte der Wellen kann weiterhin eine Ausschiebestange derart angeordnet sein, um die Wellen nach einem erfolgten Zusammenschieben in Längsrichtung gegeneinander abzustützen. Die Ausschiebestange kann mit einer der beiden Wellen fest verbunden sein, jedoch auch lose zwischen diesen gelagert werden.
Beispielsweise kann die Ausschiebestange an einem separaten Halter gelagert werden, der eigens in das Verbindungsstück eingesetzt ist. Dies ermöglicht einen konstruktiv einfachen und flexiblen Aufbau. So kann beispielsweise die Länge der Ausschiebestange einfach an den jeweiligen Bedarfsfall angepaßt werden, um den Verschiebungsweg genau einzustellen.
In einer weiteren, vorteilhaft Ausgestaltung der Erfindung ist die erste Welle auf der Seite des Lenkrads und die zweite Welle auf der Seite des Lenkgetriebes angeordnet ist. Die Kopplungsabschnitte sind dabei derart gelagert, daß bei einer Relativverschiebung der Wellen aufeinanderzu der Kopplungsabschnitt der ersten Welle mit dem Verbindungsstück außer Eingriff gebracht wird.
Grundsätzlich ist es möglich, das Verbindungsstück als stabförmiges Kopplungselement auszubilden, dessen Enden in rohrartige Kopplungsabschnitte der ersten und zweiten Welle eingesteckt sind. Es ist jedoch schwierig, ein solches Verbindungsstück zur Ermöglichung einer Relativbewegung zwischen beiden Wellen einerseits und dem Verbindungsstück andererseits gegen einen äußeren Festpunkt abzustützen. Vorzugsweise wird daher das Verbindungsstück in Form einer Hülse ausgebildet, die mit gegenüberliegenden Endabschnitten auf den Kopplungsabschnitt der ersten Welle und den Kopplungsabschnitt der zweiten Welle aufgesteckt ist.
In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, die Ausschiebestange an dem Verbindungsstück zu führen, wodurch bei Druckkrafteinwirkung ein Ausknicken der Ausschiebestange verhindert wird. Dadurch kann gewährleistet werden, daß einer der Kopplungsabschnitte sicher außer Eingriff mit dem Verbindungsstück gelangt.
Die Ausschiebestange kann beispielsweise an der ersten Welle vorgesehen werden. In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn die Ausschiebestange einen kleineren Durchmesser aufweist, als die erste Welle. Gelangt bei einem Unfall der Kopplungsabschnitt der ersten Welle außer Eingriff mit dem Verbindungsstück, so kann die Lenksäule unmittelbar anschließend Ausknicken, da die dünne Ausschiebestange das Ausknicken der Lenksäule nicht wesentlich beeinträchtigt.
In einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die erste Welle mit der Stirnseite des Kopplungsabschnittes gegen eine Zwischenwand des rohrförmigen Verbindungsstückes axial abgestützt. Damit wird verhindert, daß durch stärkere Druckbelastungen aus der Richtung der ersten Welle, das heißt in der Regel aus der Richtung des Lenkrads, die feste Verbindung zwischen den Kopplungsabschnitt der ersten Welle und dem Verbindungsstück aufgehoben bzw. die dort vorgesehene Axialsicherung beschädigt wird. Um ein Ausschieben eines der Kopplungsabschnitte, insbesondere des Kopplungsabschnittes der ersten Welle, zu gewährleisten, weist die Zwischenwand eine Öffnung auf, durch welche sich die Ausschiebestange in Richtung der zweiten Welle erstrecken kann.
Die Axialsicherung erfolgt vorzugsweise mittels eines Scherstiftes, der sich durch das Verbindungsstück und die erste Welle erstreckt. Dieser Scherstift wird bei einer unfallbedingten Verschiebung der Ausschiebestange relativ zu der Hülse abgeschert, um den Kopplungsabschnitt der ersten Welle für eine Relativverschiebung gegenüber der Hülse freizugeben. Bevorzugt ist der Scherstift quer zu der Längsrichtung angeordnet.
Alternativ oder in Ergänzung zu dem Scherstift ist es weiterhin möglich, den Kopplungsabschnitt der ersten Welle durch Haftreibung fest mit dem Verbindungsstück zu koppeln.
In einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung ist der Kopplungsabschnitt der ersten Welle mit dem Verbindungsstück über eine Klemmeinrichtung verklemmt, deren Klemmkraft einstellbar ist. Damit kann das Niveau der Haltekraft sehr präzise vorgegeben werden.
In jedem Fall ist dabei das Niveau der Haltekraft zwischen dem Verbindungsstück und dem Kopplungsabschnitt der ersten Welle so gewählt, daß das Verbindungsstück im Normalbetrieb fest mit der ersten Welle verbunden bleibt und erst bei deutlich höheren Kräften, wie sie bei einem Unfall auftreten, eine Relativbewegung möglich ist.
Um ein besonders sicheres Ausschieben zu gewährleisten, werden die erste Welle und die zweite Welle bevorzugt koaxial zueinander angeordnet.
In einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltungsform weist die Lenksäule eine Zwischenwelle mit einem Hohlwellenabschnitt auf. Zudem erstreckt sich die erste Welle mit einem Endabschnitt in den Hohlwellenabschnitt der Zwischenwelle hinein, wobei die Zwischenwelle gegen das Verbindungsstück anliegt. Dabei ist die Einstecktiefe der ersten Welle in das Verbindungsstück kleiner als der freie Verschiebungsweg der ersten Welle in Richtung des Hohlwellenabschnittes.
Nachfolgend wird Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in
1 eine Schnittansicht einer schematischen Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Ausklinkmechanismus einer Lenksäule für ein Kraftfahrzeug in einer Belastungssituation mit einer Krafteinwirkung aus der Richtung einer axial beweglich gelagerten Welle,
2 eine weitere Ansicht des Ausklinkmechanismus aus 1 in einer Belastungssituation mit einer Krafteinwirkung aus Richtung einer axial festgelegten Welle,
3 eine Schnittansicht einer schematischen Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Ausklinkmechanismus einer Lenksäule für ein Kraftfahrzeug in einer Belastungssituation mit einer Krafteinwirkung aus der Richtung einer axial beweglich gelagerten Welle,
4 eine weitere Ansicht des Ausklinkmechanismus aus 3 in einer Belastungssituation mit einer Krafteinwirkung aus Richtung einer axial festgelegten Welle,
5 eine Schnittansicht eines dritten Ausführungsbeispiels für einen Ausklinkmechanismus einer Lenksäule in einem Kraftfahrzeug,
6 eine Schnittansicht eines vierten Ausführungsbeispiels für einen Ausklinkmechanismus einer Lenksäule in einem Kraftfahrzeug, und in
7 eine Schnittansicht eines fünften Ausführungsbeispiels für einen Ausklinkmechanismus einer Lenksäule in einem Kraftfahrzeug.
Das erste Ausführungsbeispiel zeigt einen Ausklinkmechanismus für eine hier nicht näher dargestellte Lenksäule eines Kraftfahrzeugs. Die Lenksäule umfaßt unter anderem eine erste Welle 1, die mit einem Lenkrad 2 verbunden ist, sowie eine zweite Welle 3, die mit einem Lenkgetriebe 4 verbunden ist. Die beiden Wellen 1 und 3 sind über ein Verbindungsstück 5 miteinander drehfest gekoppelt. Dabei ist das Verbindungsstück 5 als rohrförmige Hülse ausgebildet, in deren Endabschnitte 6 und 7 jeweils Kopplungsabschnitte 8 und 9 der beiden Wellen 1 und 3 eingesteckt sind. Zwischen den Endabschnitten 6 und 7 und den Kopplungsabschnitten 8 und 9 ist jeweils eine drehfeste Verbindung, beispielsweise in Form einer Nut/Feder-Verbindung, einer Keilwellenverbindung oder dergleichen vorgesehen. Auf diese Weise kann zwischen dem Lenkrad 2 und dem Lenkgetriebe 4 ein Drehmoment übertragen werden.
Weiterhin sind die erste Welle 1 und das Verbindungsstück 5 gegen eine axiale Relativverschiebung in Richtung der Längsachse A, der ersten Welle 1 gesichert, so daß das Verbindungsstück 5 fest an der ersten Welle 1 gehalten ist. Die Sicherung ist dabei derart ausgebildet, daß der Kopplungsabschnitt 8 der ersten Welle 1 bei Überwindung einer Haltekraft in Längsrichtung gegenüber dem Verbindungsstück 5 verschoben werden kann. Zur Erzeugung der Haltekraft ist hier beispielhaft eine Klemmeinrichtung 10 dargestellt, deren Klemmkraft H einstellbar ist. Anstelle der Klemmeinrichtung 10 kann eine Haltekraft auch durch eine Preßpassung oder ein zusätzliches Haftmittel zwischen dem Kopplungsabschnitt 8 und dem Endabschnitt 6 des Verbindungsstückes 5 bewirkt werden. Weiterhin ist es möglich, zur Axialsicherung alternativ oder ergänzend einen Scherstift vorzusehen. Ein solcher wird weiter unten im Zusammenhang mit 5 noch näher erläutert.
Hingegen ist die zweite Welle 3 mit ihrem Kopplungsabschnitt 9 in Richtung ihrer Längsachse A₂ verschiebbar an dem Verbindungsstück 5 gelagert. Dabei ist die Stirnseite 12 der zweiten Welle 3 von der Stirnseite 11 der ersten Welle 1 um den Weg s1 beabstandet. Dieser Weg s1 ist bei einer Relativverschiebung der ersten und zweiten Welle 1 und 3 zu überwinden, bevor deren Stirnseiten 11 und 12 aufeinandertreffen. Die Längsachsen A₁ und A₂ der beiden Wellen 1 und 3 sind hierzu koaxial zueinander angeordnet.
1 zeigt den Fall einer Krafteinwirkung aus Richtung des Lenkgetriebes 4, wie er beispielsweise bei einem Frontalzusammenstoß mit einem Hindernis oder einem anderen Fahrzeug auftritt. Die Kraftrichtung ist dabei durch den Pfeil F angedeutet. Infolge der Krafteinwirkung wird das Lenkgetriebe 4 und damit die zweite Welle 3 in Richtung der ersten Welle 1 bewegt. Nach der Überwindung des Weges s1 trifft die Stirnseite 12 der zweiten Welle 3 auf die Stirnseite 11 der ersten Welle 1, so daß diese bei fortwährender Einwirkung der Kraft F in Richtung des Lenkrads 2 geschoben wird. Gleichzeitig wird jedoch hierbei die Hülse 5 festgehalten, wie dies in 1 durch den karosseriefesten Abschnitt 13 angedeutet ist. Anstelle gegen den karosseriefesten Abschnitt 13 kann die Hülse 5 auch gegen eine die erste Welle 1 umgebende Zwischenwelle der Lenksäule abgestützt werden. Damit aber wird unter Überwindung der Haltekraft die Hülse 5 von dem Kopplungsabschnitt 8 der ersten Welle 1 abgestreift und so die Kopplung zwischen der ersten Welle 1 unter zweiten Welle 3 aufgehoben. Infolgedessen kann die Lenksäule im Bereich des Ausklinkmechanismus ausknicken, so daß eine weitere Verschiebung des Lenkgetriebes 4 ohne größere Auswirkung für den lenkradseitigen Teil der Lenksäule sowie für das Lenkrad bleibt. Dadurch wird der Fahrer geschützt.
2 zeigt den vorstehend erläuterten Ausklinkmechanismus bei einer Krafteinwirkung aus Richtung der ersten Welle 1. Auch hier ist die Kraftrichtung wieder durch einen Pfeil F angedeutet. In diesem Fall gelangt das Verbindungsstück 5, das zunächst zusammen mit der ersten Welle 1 bewegt wird, in Anlage gegen einen auf der gegenüberliegenden Seite befindlichen, karosseriefesten Abschnitt 14, der eine weitere Bewegung des Verbindungsstückes 5 verhindert. Hierdurch wird die Haltekraft des ersten Kopplungsabschnittes 8 überwunden, so daß sich die erste Welle 1 weiter in Richtung der zweiten Welle 3 bewegt, um den Kopplungsabschnitt 9 der zweiten Welle 3 aus dem Verbindungsstück 5 herauszuschieben. Nach dem vollständigen Ausschieben der zweiten Welle 3 aus dem Verbindungsstück 5 kann auch hier wieder ein Ausknicken einsetzen, wodurch die Nachgiebigkeit der Lenksäule im Crashfall erhöht wird.
Weiterhin ist es möglich, den vorstehend beschriebenen Ausklinkmechanismus in umgekehrter Anordnung zwischen das Lenkrad 2 und das Lenkgetriebe 4 einzubauen. Dies ist anhand eines zweiten Ausführungsbeispiels in den 3 und 4 dargestellt, welche Belastungsfälle entsprechend den 1 und 2 zeigen. In dem zweiten Ausführungsbeispiel ist demzufolge die erste Welle 1 mit dem Lenkgetriebe 4 und die zweite Welle 3 mit dem Lenkrad 2 verbunden. Der Ausklinkvorgang von 3 entspricht folglich demjenigen von 2, wobei jedoch der lenkradseitige, karosseriefeste Abschnitt 13 als Abstreifer für das Verbindungsstück 5 dient. Weiterhin entspricht der Ausklinkvorgang von 4 demjenigen von 1, mit der Maßgabe, daß der lenkgetriebeseitige, karosseriefeste Abschnitt 14 die Funktion des Abstreifers für das Verbindungsstück 5 übernimmt.
5 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel eines Ausklinkmechanismus für eine Lenksäule eines Kraftfahrzeugs. Die Lenksäule umfaßt unter anderem eine erste Welle 21 zur Verbindung mit einem Lenkrad und eine zweite Welle 22 zur Verbindung mit einem Lenkgetriebe. Die beiden Wellen 21 und 22 sind über ein Verbindungsstück 23 in Form einer länglichen Hülse entlang einer Achse A₃ miteinander fluchtend gekoppelt.
Jede Welle 21 bzw. 22 ist mit einem Kopplungsabschnitt 24 bzw. 25 in einen Endabschnitt 26 bzw. 27 des Verbindungsstückes 23 eingesteckt. Dabei ist jeweils zwischen einem Kopplungsabschnitt 24 bzw. 25 und dem zugehörigen Endabschnitt 26 bzw. 27 eine drehfeste Verbindung, beispielsweise in Form einer Nut/Federverbindung, einer Keilwellenverbindung oder dergleichen vorgesehen, so daß zwischen den Wellen 21 und 22 über das Verbindungsstück 23 ein Drehmoment übertragen werden kann.
Die zweite Welle 21 ist mit ihrem Kopplungsabschnitt 25 in Richtung der Längsachse A₃ verschiebbar in dem zugehörigen Endabschnitt 27 des Verbindungsstückes 23 aufgenommen.
Dagegen ist die erste Welle 21 mit ihrem Kopplungsabschnitt 24 an dem Verbindungsstück 23 axial gesichert. Der Kopplungsabschnitt 24 und die Axialsicherung ist dabei derart ausgebildet, daß bei Überwindung einer Haltekraft die erste Welle 21 gegenüber dem Verbindungsstück 23 verschoben werden kann. Zur Axialsicherung ist ein Scherstift 28 vorgesehen, der sich quer zu der Achse A₃ durch den Kopplungsabschnitt 24 der ersten Welle 21 und durch den zugehörigen Endabschnitt 26 des Verbindungsstückes 23 erstreckt. Der Scherstift 28 ist in entsprechende Öffnungen 29 und 30 eingepreßt und dazu beispielsweise als Niet aus Kunststoff oder auch einem anderen abscherfähigen Werkstoff ausgebildet. Anstelle einer Nietverbindung kann jedoch auch eine Schraubverbindung vorgesehen werden, mit der sich die Haltekraft über die Spannkraft der Schraube einstellen läßt.
Wie 5 entnommen werden kann, ist die erste Welle 21 weiterhin mit einer Stirnseite 31 ihres Kopplungsabschnittes 24 gegen eine Zwischenwand 32 axial abgestützt, die in dem hülsenförmigen Verbindungsstück 23 ausgebildet ist.
Die Zwischenwand 32 weist eine Durchgangsöffnung 33 auf, in der eine Ausschiebestange 34 axialbewegbar geführt und gelagert ist. Die Ausschiebestange 34 schließt mit einem Ende an die Stirnseite 31 der ersten Welle 21 an und ist in dem dritten Ausführungsbeispiel mit der ersten Welle 21 verbunden. Das andere Ende der Ausschiebestange 34 weist zu der Stirnseite 35 des Kopplungsabschnittes 25 der zweiten Welle 22. Zwischen dem zu der zweiten Welle 22 weisenden Ende der Ausschiebestange 34 und einer Stirnseite 35 der zweiten Welle 22 ist ein Verschiebungsweg s1 vorgesehen. Dieser Weg s1 ist bei einer Relativverschiebung zwischen der Welle 21 und der zweiten Welle 22 zu überwinden, bevor die Stirnseiten 31 und 35 über die Ausschiebestange 34 zum Zweck der Übertragung einer Druckkraft zeitweilig miteinander gekoppelt werden.
In Abwandlung des dritten Ausführungsbeispiels kann die Ausschiebestange 34 auch lose zwischen den beiden Wellen 21 und 22 angeordnet werden, wobei dann jedoch eine Axialsicherung vorzusehen ist, die im Normalbetrieb ein Klappern der Ausschiebestange 34 unterbindet, andererseits im Crashfall die Verschiebung relativ zu dem Verbindungsstück 23 nicht behindert. Dies kann beispielsweise durch eine geeignete Passung zwischen der Ausschiebestange 34 und der Öffnung 33 der Zwischenwand 32 erzielt werden. Weiterhin ist es auch möglich, die Ausschiebestange an der zweiten Welle 22 vorzusehen, wobei dann jedoch die Öffnung 33 etwas größer als in 5 gewählt wird, um eine sichere Kopplung der beiden Wellen 21 und 22 im Crashfall zu gewährleisten.
Im Crashfall kommt es, wie bereits Zusammenhang mit in den 1 bis 4 erläutert, zu einer Relativverschiebung der beiden Wellen 21 und 22. Bei kleineren Verschiebungswegen werden lediglich die zweite Welle 22 und das Verschiebungsstück 23 zusammengeschoben. Hingegen wird einer starken Deformation in der Regel der Verschiebungsweg s1 überschritten, so daß die Stirnseite 35 der zweiten Welle 22 gegen die Ausschiebestange 34 stößt. Die auf die zweite Welle 22 einwirkende Stoßkraft F wird somit auf die erste Welle 21 übertragen, die hierdurch unter Aufhebung der Axialsicherung, d. h. unter Abscheren des Scherstiftes 28, gegenüber dem Verbindungsstück 23 verschoben wird. Dabei wird das Verbindungsstück 23, das gegen einen karosserieseitigen Abschnitt anläuft, von dem Kopplungsabschnitt 24 der ersten Welle 21 abgestreift. Die hierdurch bewirkte Entkopplung der ersten Welle 21 von dem Verbindungsstück 23 erlaubt im Fortgang der weiteren unfallbedingten Verformung ein seitliches Ausweichen der Lenksäule mit der Folge, daß eine weitere Verschiebung der zweiten Welle 22 sich nicht an der ersten Welle 21 fortsetzt. Vielmehr wird der lenkradseitige Teil der Lenksäule von der weiteren Verschiebung der zweiten Welle 22 nicht mehr wesentlichen beeinflußt. Damit wird ein Aufstellen insbesondere des lenkradseitigen Teils der Lenksäule bei einem Unfall verhindert.
Das seitliche Ausweichen wird durch die hier mit der ersten Welle 21 verbundene Ausschiebestange 34 nicht ernstlich behindert, da letztere einen deutlich kleineren Durchmesser aufweist, als die erste Welle 21. Bei einem seitlichen Ausweichen bricht die Ausschiebestange 34 ab oder wird verbogen. Im Falle einer losen Ausschiebestange 34 kann diese auch mit einem etwas größeren Durchmesser und damit knicksteifer ausgebildet werden, da der Kopplungsabschnitt 24 der ersten Welle 21 nach dem Verlassen des Endabschnittes 26 von der Ausschiebestange 34 getrennt wird.
6 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel, das eine besondere Ausgestaltung des in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiels darstellt. Das vierte Ausführungsbeispiel zeigt einen Ausschnitt eines Ausklinkmechanismus für eine Lenksäule eines Kraftfahrzeugs. Die Lenksäule umfaßt unter anderem eine erste Welle 41, die zu einem Lenkrad weist, und eine zweite Welle 42, die zu einem Lenkgetriebe weist. Die erste Welle 41 ist hier als eine Schiebewelle ausgebildet, die sich in eine Zwischenwelle 48 der Lenksäule hineinerstreckt. Die Zwischenwelle 48 schließt beispielsweise an eine Gelenkgabel 50 der Lenksäule an und weist einen Hohlwellenabschnitt 49 auf. Die erste Welle 41 ist über den Hohlwellenabschnitt 49 drehfest mit der Zwischenwelle 48 gekoppelt, jedoch in einer Längsrichtung axial verschiebbar axial geführt.
Weiterhin sind die beiden Wellen 41 und 42 über ein Verbindungsstück 43 in Form einer länglichen Hülse entlang einer Achse A₃ miteinander fluchtend gekoppelt. Das Verbindungsstück 43 stößt dabei unmittelbar an die Zwischenwelle 48 an, ohne mit dieser fest verbunden zu sein. Dabei fluchten der Hohlwellenabschnitt 49 und die in der Hülse 43 ausgebildete Durchgangsöffnung miteinander.
Jede Welle 41 bzw. 42 ist mit einem Kopplungsabschnitt 44 bzw. 45 in einen Endabschnitt 46 bzw. 47 des Verbindungsstückes 43 eingesteckt. Dabei ist jeweils zwischen einem Kopplungsabschnitt 44 bzw. 45 und dem zugehörigen Endabschnitt 46 bzw. 47 eine drehfeste Verbindung, beispielsweise in Form einer Nut/Federverbindung, einer Keilwellenverbindung oder dergleichen vorgesehen, so daß zwischen den Wellen 41 und 42 über das Verbindungsstück 43 ein Drehmoment übertragen werden kann. Das Profil der drehfesten Verbindung entspricht dabei denjenigen in dem Hohlwellenabschnitt 49.
Die zweite Welle 41 ist mit ihrem Kopplungsabschnitt 45 in Richtung der Längsachse A₃ verschiebbar in dem zugehörigen Endabschnitt 47 des Verbindungsstückes 43 aufgenommen.
Dagegen ist die erste Welle 41 bzw. Schiebewelle mit ihrem Kopplungsabschnitt 44 an dem Verbindungsstück 43 axial gesichert, wie dies durch die Pfeile H in 6 angedeutet ist. Die Sicherung kann wie im Zusammenhang mit den vorherigen Ausführungsbeispielen beschrieben erfolgen. Zudem kann eine entsprechende Sicherung zwischen der ersten Welle 41 und der Zwischenwelle 48 vorgesehen werden. Die Axialsicherung ist dabei derart ausgebildet, daß bei Überwindung einer Haltekraft die erste Welle 41 gegenüber dem Verbindungsstück 43 und der Zwischenwelle 48 verschoben werden kann.
Wie 6 zeigt, ist die Stirnseite 55 der zweiten Welle 42 von der Stirnseite 51 der ersten Welle 41 um den Weg s1 beabstandet. Dieser Weg s1 ist bei einer Relativverschiebung der ersten und zweiten Welle zu überwinden, bevor deren Stirnseiten 51 und 55 aufeinandertreffen. Bei einer Krafteinwirkung entgegen der Fahrtrichtung, d. h. aus Richtung des Lenkgetriebes wird das Lenkgetriebe und damit die zweite Welle 42 in Richtung der ersten Welle 41 bewegt. Nach der Überwindung des Weges s1 trifft die Stirnseite 55 der zweiten Welle 42 auf die Stirnseite 51 der ersten Welle 41, so daß diese bei fortwährender Einwirkung der Kraft F in Richtung des Lenkrads geschoben wird. Gleichzeitig wird jedoch hierbei die Hülse 43 festgehalten, da diese sich gegen die Zwischenwelle 48 abstützt. Damit aber wird unter Überwindung der Haltekraft die Hülse 43 von dem Kopplungsabschnitt 44 der ersten Welle 41 abgestreift und so die Kopplung zwischen der ersten Welle 41 unter zweiten Welle 42 aufgehoben. Um dies sicher zu gewährleisten, ist der freie Verschiebungsweg s₂ innerhalb des Hohlwellenabschnittes 49 der Zwischenwelle 48 größer, als die Einstecktiefe der ersten Welle 41 in die Hülse 43. Mit dem Abstreifen kann die Lenksäule im Bereich des Ausklinkmechanismus in definierter Weise ausknicken, so daß eine weitere Verschiebung des Lenkgetriebes 4 ohne größere Auswirkung für den lenkradseitigen Teil der Lenksäule und das Lenkrad bleibt.
In 7 ist ein fünftes Ausführungsbeispiel dargestellt, das eine Abwandlung des vierten Ausführungsbeispiels nach 6 darstellt. Gleiche Elemente sind daher mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Das fünfte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich durch eine Ausschubstange 54, die zwischen den Stirnseiten 51 und 55 der ersten und zweiten Welle 41 bzw. 42 angeordnet ist. die Länge der Ausschiebestange 54 ist dabei so gewählt, daß zwischen den Wellen wiederum ein freier Verschiebungsweg s, bleibt, bevor diese mit der Ausschiebestange in Anlage gelangen. Die Ausschiebestange 54 kann an der Stirnseite 51 bzw. 55 einer der Wellen fest angebracht oder einstückig mit dieser ausgebildet werden. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Ausschiebestange an einem separaten Halter 53 vorgesehen, der innerhalb der Hülse 43 axialverschiebbar gelagert ist. Es ist auch möglich, den Halter 53 innerhalb der Hülse festzulegen und die axiale Verschiebbarkeit zwischen der Ausschiebestange 54 und dem Halter 53 vorzusehen, der hierzu eine zentrische Gleitführungsöffnung für die Ausschiebestange 54 aufweist. Der Halter 53 bzw. die Ausschiebestange 54 sind dabei klapperfrei fixiert, ohne daß hierdurch im Bedarfsfall das Ausklinken der ersten Welle 41 behindert wird.
Die vorstehend beispielhaft beschriebenen Ausklinkmechanismen ermöglichen bei einem Unfall mit starker Deformation des Vorderwagens eine vollständige mechanische Auftrennung der Lenksäule. Damit wird der lenkradseitige Teil der Lenksäule von dem lenkgetriebeseitigen Teil der Lenksäule entkoppelt. Eine während des Deformationsvorgangs bei einem Unfall erfolgende, weitere Verschiebung des Lenkgetriebes bleibt somit ohne Auswirkung auf die Bewegung des lenkradsseitigen Teils der Lenksäule sowie des Lenkrads. Damit wird insbesondere auch ein steiles Aufstellen der Lenksäule bei einem Unfall vermieden und der Fahrer geschützt. Bei kleineren Deformationen verhindert der Weg s₁ hingegen ein zu frühes Ausklinken.

1: erste Welle
2: Lenkrad
3: zweite Welle
4: Lenkgetriebe
5: Verbindungsstück
6: Kopplungsabschnitt der ersten Welle
7: Kopplungsabschnitt der zweiten Welle
8: Endabschnitt
9: Endabschnitt
10: Klemmeinrichtung
11: Stirnseite der ersten Welle
12: Stirnseite der zweiten Welle
13: karosseriefester Abschnitt
14: karosseriefester Abschnitt
21: erste Welle
22: zweite Welle
23: Verbindungsstück
24: Kopplungsabschnitt der ersten Welle 21
25: Kopplungsabschnitt der zweiten Welle 22
26: Endabschnitt des Verbindungsstückes 23
27: Endabschnitt des Verbindungsstückes 23
28: Scherstift
29: Öffnung
30: Öffnung
31: Stirnseite des Kopplungsabschnittes der ersten Welle 21
32: Zwischenwand
33: Öffnung der Zwischenwand 32
34: Ausschiebestange
35: Stirnseite des Kopplungsabschnittes der zweiten Welle 22
41: erste Welle
42: zweite Welle
43: Verbindungsstück
44: Kopplungsabschnitt der ersten Welle 41
45: Kopplungsabschnitt der zweiten Welle 42
46: Endabschnitt des Verbindungsstückes 43
47: Endabschnitt des Verbindungsstückes 43
48: Zwischenwelle
49: Hohlwellenabschnitt
50: Gelenkgabel
51: Stirnseite des Kopplungsabschnittes der ersten Welle 41
53: Halter
54: Ausschiebestange
55: Stirnseite des Kopplungsabschnittes der zweiten Welle 42
A₁: Längsachse der ersten Welle 1
A₂: Längsachse der zweiten Welle 3
A₃: Längsachse
F: Kraft
H: Haltekraft
s₁: Verschiebungsweg
s₂: freier Verschiebungsweg

Claims

Lenksäule für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine erste Welle (1; 21; 41) und eine zweite Welle (3; 22; 42) zur Übertragung eines Drehmoments zwischen einem Lenkrad (2) und einem Lenkgetriebe (4), sowie ein Verbindungsstück (5; 23; 43), über welches die erste Welle (1; 21; 41) und die zweite Welle (3; 22; 42) in Längsrichtung drehfest miteinander verbunden sind, wobei die erste Welle (1; 21; 41) mit einem Kopplungsabschnitt (6; 24; 44) an dem Verbindungsstück (5; 23; 43) axial gesichert ist und bei Überwindung einer Haltekraft gegenüber dem Verbindungsstück (5; 23; 43) in Längsrichtung verschiebbar ist, und die zweite Welle (3; 22; 42) mit einem Kopplungsabschnitt (7; 25; 45) in Längsrichtung verschiebbar an dem Verbindungsstück (5; 23; 43) derart gelagert ist, um bei einer Relativverschiebung der Wellen (1, 3; 21, 22; 41, 42) in Längsrichtung aufeinanderzu den Kopplungsabschnitt einer der Wellen (1, 3; 21, 22; 41, 42) mit dem Verbindungsstück (5; 23; 43) unter Aufhebung der Axialsicherung der ersten Welle (1; 21; 41) außer Eingriff zu bringen.
Lenksäule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der ersten Welle (1; 21; 41) und der zweiten Welle (3; 22; 42) in Längsrichtung ein Abstand (s1) vorgesehen ist, der bei einer Relativverschiebung der ersten Welle (1; 21; 41) und der zweiten Welle (3; 22; 42) aufeinanderzu überwunden wird, bevor die erste Welle (1; 21; 41) und die zweite Welle (3; 22; 42) in Anlage gelangen.
Lenksäule nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Welle (1; 21; 41) auf der Seite des Lenkrads (2) und die zweite Welle (3; 22; 42) auf der Seite des Lenkgetriebes (4) angeordnet ist, und daß die Kopplungsabschnitte (6, 7; 24, 25; 44, 45) derart gelagert sind, daß bei einer Relativverschiebung der Wellen (1, 3; 21, 22; 41, 42) aufeinanderzu der Kopplungsabschnitt (6; 24; 44) der ersten Welle (1; 21; 41) mit dem Verbindungsstück (5; 23; 43) außer Eingriff gebracht wird.
Lenksäule nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Stirnenden (31, 35; 51, 55) der Kopplungsabschnitte (24, 25; 44, 45) der Wellen (21, 22; 41, 42) eine Ausschiebestange (34; 54) derart angeordnet ist, um nach einem Zusammenschieben die Wellen (21, 22; 41, 42) in Längsrichtung gegeneinander abzustützen.
Lenksäule nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsstück (5; 23; 43) als Hülse ausgebildet ist, die mit gegenüberliegenden Endabschnitten (8, 9; 26, 27; 46, 47) auf die Kopplungsabschnitte (6, 7; 24, 25; 44, 45) der ersten Welle (1; 21; 41) und der zweiten Welle (3; 22; 42) aufgesteckt ist.
Lenksäule nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausschiebestange (34; 54) an dem Verbindungsstück (23; 43) geführt ist.
Lenksäule nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausschiebestange (34; 54) an der ersten Welle (21; 41) vorgesehen ist und einen kleineren Durchmesser aufweist, als die erste Welle (21; 41).
Lenksäule nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsstück (23) rohrförmig ausgebildet ist und eine Zwischenwand (32) mit einer Öffnung (38) aufweist, die erste Welle (21) mit der Stirnseite (31) ihres Kopplungsabschnittes (24) gegen die Zwischenwand (32) des rohrförmigen Verbindungsstückes (23) axial abgestützt ist und die Ausschiebestange (34) sich durch die Öffnung (33) in der Zwischenwand (32) in Richtung der zweiten Welle (22) erstreckt.
Lenksäule nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in das Verbindungsstück (43) ein separater Halter (53) eingesetzt ist, an dem die Ausschiebestange (54) gelagert ist.
Lenksäule nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Scherstift (28) vorgesehen ist, der sich durch das Verbindungsstück (23; 43) und die erste Welle (21) erstreckt.
Lenksäule nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Scherstift (28) quer zu der Längsrichtung verläuft.
Lenksäule nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopplungsabschnitt (6; 24; 44) der ersten Welle (1; 21; 41) durch Haftreibung fest mit dem Verbindungsstück (5; 23; 43) verbunden ist.
Lenksäule nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopplungsabschnitt (6; 24; 44) der ersten Welle (1; 21; 41) mit dem Verbindungsstück (5; 23; 43) über eine Klemmeinrichtung (10) verklemmt ist, deren Klemmkraft einstellbar ist.
Lenksäule nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Welle (1; 21; 41) und die zweite Welle (3; 22; 42) koaxial zueinander angeordnet sind.
Lenksäule nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Lenksäule eine Zwischenwelle (48) mit einem Hohlwellenabschnitt (49) aufweist, die erste Welle (41) sich mit einem Endabschnitt in den Hohlwellenabschnitt (49) der Zwischenwelle (49) hineinerstreckt, wobei die Zwischenwelle (49) gegen das Verbindungsstück (43) anliegt, und daß die Einstecktiefe der ersten Welle (41) in das Verbindungsstück (43) kleiner ist, als der freie Verschiebungsweg der ersten Welle (41) in Richtung des Hohlwellenabschnittes (49).