DE1630859C

DE1630859C -

Info

Publication number: DE1630859C
Application number: DE19671630859
Authority: DE
Inventors: Yoshihiro Kamakura Okino Mitsutake Yokohama Nishimura, (Japan)
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1966-11-24
Filing date: 1967-10-20
Publication date: 1973-02-22

Description

Die Erfindung betrifft eine Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, mit einer Einrichtung zur Absorbierung der beim Aufprall eines Insassen gegen das Lenkrad entstehenden Aufprallenergie, welche Lenkvorrichtung einen oberen und einen unteren, axial ineinander verschieb-¹ baren Steuersäulenabschnitt aufweist, die in einem Mantelrohr drehbar gelagert sind, welches mit seinem oberen Teil axial verschiebbar am Fahrzeug gelagert und mit seinem unteren Teil am Fahrzeug befestigt ist.

Eine solche Lenkvorrichtung ist bekannt (USA.-Patentschrift 2 836 079). Dabei besteht die Einrichtung zur Absorbierung der Aufprallenergie aus einer Druckfeder, die mit ihrem einen Ende am Fahrzeug abgestützt ist und von dem oberen Steuersäulenabschnitt zusammengedrückt wird, sobald ein Insasse gegen das Lenkrad geschleudert wird. Eine mit einer Ratsche zusammenwirkende_i Verzahnung am oberen Mantelrohrabschnitt verhindert die sofortige Entspannung der Feder. Eine Feder hat jedoch eine Kennlinie, bei der die Last mit zunehmender Zusammendrückung proportional ansteigt. Daher kann vor Absorption der Aufprallenergie der Widerstand des Lenkrades bereits so groß sein, daß erhebliche Verletzungsgefahr besteht.

Es ist auch schon bekannt, in einer Lenkvorrichr rung den unteren Steuersäulenabschnitt als gewelltes ■ oder gerilltes Rohr auszubilden, das durch plastische Verformung Energie aufnehmen kann (deutsches Gebrauchsmuster 1888 896). Dieses Rohr muß das Lenkdrehmoment übertragen. Es soll daher einerseits drehfest, andererseits aber knickschwach, biegeschwach und druckschwach sein. Daher muß dieses Rohr konstruktiv einen Kompromiß zwischen Drehfestigkeit und Druckschwäche erfüllen, so daß es nicht optimal auf Druckschwäche ausgelegt werden kann. Ferner ist die Belastungskennlinie eines solchen Wellrohres bei Massenfertigung nur in weiten Grenzen reproduzierbar. Bei Verwendung im unteren Steuersäulenabschnitt, auf den im Falle einer Kollision mit Verformung des Fahrzeugvorderteils erhebliche Kräfte einwirken, kann dies zügelassen werden, nicht jedoch bei Verwendung im oberen Steuersäulenabschnittj auf den wesentlich geringere, vom Aufprall eines menschlichen Körpers erfolgte Kräfte einwirken. . ·.,-..·

Es ist bei einer Lenkvorrichtung ferner bekannt, den oberen Steuersäulenabschnitt als glatten oder gestuften oder gerillten, verformbaren Kopf auszubilden, der zusätzlich durch einen Längsschlitz geschwächt sein kann (britische Patentschrift 934126). Dieses verformbare Bauteil muß ein Drehmoment übertragen und kann daher nicht optimal auf Druckschwäche ausgelegt werden. Darüber hinaus ist die Belastungskennlinie auch eines solchen glatten oder gestuften oder gerillten Kopfes in Serienfertigung nur in weiten Grenzen reproduzierbar. Wird zusätzlich ein Längsschlitz vorgesehen, so wird damit eine Schwächung des Bauteils erzeugt, an der zuerst eine Verformung auftritt. Dann neigt das Bauteil zum Knicken mit in weiten Grenzen unbestimmter Energieabsorption bei der weiteren Verformung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Lenkvorrichtung der eingangs- beschriebenen Art die energieabsorbierende Einrichtung durch ein einfach herstellbares, durch plastische Verformung energieverzehrendes Bauteil zu bilden, bei welchem die Absorptionskennwerte genau bestimmbar sind.

Diese Aufgabe wird erfmdungsgemäß dadurch gelöst, daß. in an sich bekannter Weise die energieabsorbierende Einrichtung aus. einem gewellten oder gerillten Stahlrohr besteht, dessen durch die Wellen oder die Rillen gebildete-Vorsprünge in Achsrichtung des Rohres einen Abstand zueinander aufweisen, daß ferner jeder der Vorsprünge mit einer Vielzahl von in Achsrichtung des Rohres sich erstreckenden, an der Peripherie der Vorsprünge im wesentlichen parallelen Schlitzen versehen ist.

Der Vorteil der Erfindung ist, daß der stoßverzehrende Rohrkörper fähig ist, die Aufprallenergie auf Grund einer axial einwirkenden Kraft über die plastische Verformung der radialen Vorsprünge zu vernichten. Durch die Vielzahl der parallelen und axial gerichteten, auf dem Umfang der Vorsprünge angeordneten Schlitze besteht die plastische Verformung des Rohrkörpers im wesentlichen aus einem Verbiegen der Abschnitte zwischen den Schlitzen. Die dabei auftretenden Kräfte sind leicht bestimmbar. Somit ist es möglich, die gewünschten Eigenschaften des Rohrkörpers leicht zu bestimmen und eine geeignete, bestimmte, Energieabsorption der Lenkvorrichtung zu stellen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen aufprallverzehrenden Rohrkörper, wie er bei der erfindungsgemäßen Lenkvorrichtung verwendet werden kann,

Fig.2 eine Seitenansicht des Rohrkörpers nach Fig.l,

F i g. 3 einen Ausschnitt des Rohrkörpers nach Fig. 1, teilweise im Schnitt,

Fig.4 ein Last-Weg-Diagramm des Rohrkörpers nach F ig. 1,

F i g. 5 eine erfindungsgemäß ausgebildete Lenkvorrichtung.

Zunächst wird der aufprallverzehrende Rohrkör-

per, der die energieabsorbierende Einrichtung der erfindungsgemäß ausgebildeten Lenkvorrichtung bildet, beschrieben.

..In den Fig. 1 bis 3 bezeichnet 1 einen plastisch verformbaren, aufprallverzehrenden Körper, der aus einem metallischen Werkstoff, vorzugsweise Stahl, als Rohrzylinder ausgebildet ist und der längs der Rohrachse abschnittsweise radiale Vorsprünge 2 nach Art eines Well- oder Balgenrohres aufweist. An den beiden Enden des Körpers 1 sind im wesentlichen glatte zylindrische Abschnitte 3 vorgesehen, die zur Montageerleichterung an anderen Teilen dienen. Wenn es erforderlich ist, kann ein Flansch 4 an einem oder jedem Ende (einer ist gezeichnet) vorgesehen sein, der ebenfalls die Montage erleichtert. In den radialen Vorsprüngen 2 sind auf dem Umfang verteilt eine Vielzahl von zueinander parallelen Schlitzen vorgesehen, die in Achsrichtung des aufprallverzehrenden Körpers 1 liegen. Diese Schlitze können maschinell in den mit Rillen versehenen Rohrkörper eingebracht werden. Beispielsweise können aus herstellungstechnischen Gründen die Schlitze zunächst in eine flache Platte eingestanzt werden, die danach in einem konventionellen Verfahren zu einem Rohrkörper geformt wird. In diesem Fall werden die Kanten 6 der Schlitze 5 nicht exakt parallel zueinander sein, was aber praktisch keine Auswirkungen auf die Arbeitsweise hat.

Wenn eine axiale Stoßkraft in Richtung der Pfeile F in F i g. 3 im Betrieb auf den aufprallverzehrenden Körper auftrifft, werden sich die radialen Vorsprünge 2 plastisch verformen und dabei die Aufprallenergie verzehren, ohne daß irgendeine schädliche Reaktionskraft wirksam wird, weil die radialen Vorsprünge 2 durch die Längsschlitze 5 geschwächt sind.

Die Axialkraft F, die die plastische Verformung des aufprallverzehrenden Körpers 1 verursacht, kann leicht auf einen bestirnten Wert festgelegt werden. Der Rohrkörper hat einen kleinsten Innendurchmesser D₁, einen maximalen Außendurchmesser D₂, einen Abstand der radialen Vorsprünge ρ und Wandungsdicken J₁ und t₂. Die Schlitze werden durch die Breite b, die Schlitztiefe d im radialen Vorsprung und ihre Anzahl pro Vorsprung bestimmt. Diese Angaben ermöglichen eine sehr leichte präzise Bestimmung eines dem Anwendungszweck angepaßten stoßverzehrenden Körpers 1.

Der stoßverzehrende Körperl, der als Baueinheit in einer Lenkvorrichtung für Fahrzeuge angewendet wird, dient zur Vernichtung der Aufprallenergie, die durch den Körper des Fahrzeuglenkers bei.einer Kollision od.dgl. hervorgerufen wird. Im folgenden sollten praktische Daten für diesen Fall aufgezeigt werden.

Das verwendete Material ist ein gerolltes Rohr aus weichem Stahl nach der japanischen Norm JIS-STKM-30 mit einem Durchmesser D₁ = 38,1 mm und einer Wandungsdicke t₂ = 1,0 mm. Das Stahlrohr wird als Rillenrohr geformt mit einem Außendurchmesser von D₂ = 47,0 mm, einem Rillenabstand von 15,0 mm und einer Länge des Rillenteils von 270 mm. Zehn Schlitze mit jeweils einer Breite von 2,0 mm sind gleichmäßig auf dem Umfang der Rillen bzw. der radialen Vorsprünge verteilt.

Eine Zusammendrückprüfung für ein solches Rohr mittels einer Axiallast wird im Belastungsdiagramm nach Fig. 4 wiedergegeben. Anders als beim Zusammendrücken einer Feder nimmt die Last nicht mit dem Weg zu, sondern schwankt zwischen im wesentlichen konstanten Größt- und Kleinstwerten, wobei die Rillenteile plastisch verfonnt werden. Wenn die Zusammenpressung ungefähr zwei Drittel der Länge L erreicht hat, steigt die Last steil an, da die Wandungen benachbarter Rillen aneinander anliegen und der aufprallverzehrende Körper nur ein zusammengedrückter, starrer Körper ist, der nicht mehr aufprallverzehrend wirkt.

Immerhin reicht der lange Hub von -Iz L aus, um die im wesentlichen niedrigen und relativ kleinen Belastungen im kräfteverzehrenden Bereich aufzunehmen, was durch die plastische Verformung des Rillenteils ohne schädliche Reaktionskräfte beim Aufprall erreicht wird.

Die Ergebnisse einer Zusammendrückprüfung werden in der folgenden Tabelle gezeigt, wobei Versuche mit Schlitzen in den Rillen (Rohr b) und ohne Schlitze (Rohr a) durchgeführt wurden:

	Maximale Last	Minimale Last	Vernichtete Energie
Rohr a	600 kg 350 kg	350 kg 180 kg	108 bis 63 mkg 63 bis 32 mkg
Rohrb

Es ist offensichtlich, daß ein verhältnismäßig starres Rillenrohr mit ausreichender Festigkeit an seinen beiden Enden, die die Anbringung an einer Lenkvorrichtung erleichtert, durch Schlitze auf der Peripherie der Vorsprünge an eine relativ geringe Aufprallkraft angepaßt werden kann, die beispielsweise durch den Körper des Fahrzeuglenkers ausgelöst wird. Die Eigenschaften der Rohrkörper b mit der Schlitzanordnung können leicht sehr genau auf einen vorgegebenen Wert festgelegt werden, nämlich durch Festlegung der Anzahl und der Tiefe der Schlitze, wie vorher beschrieben wurde.

Der effektive Hub beträgt in diesem Fall ²/3 L = 180 mm. Der ziemlich lange Hub des stoßverzehrenden Gliedes, das die Aufprallenergie allmählich vernichtet, macht es zu einer für eine Lenkvorrichtung geeigneten Sicherheitseinrichtung mit wirkungsvoller und zuverlässiger stoßverzehrender Wirkung.

F i g. 5 zeigt den plastisch verformbaren Rohrkörper 1 nach den Fig. 1 bis 3 in einer Lenkungsanordnung 10 für Fahrzeuge, bei denen die Aufprallenergie durch den Körper des Fahrzeuglenkers verursacht wird, und zwar im Moment einer Kollision des Fahrzeugs, bei der der Fahrzeuglenker nach vorn auf das Lenkrad 12 der Lenkungsanordnung 10 geschleudert wird.

Das Lenkrad 12 ist am oberen Ende eines Steuersäulenabschnitts 13 befestegt, der über eine Innenverzahnung 14 gleitend in einer entsprechenden Außenverzahnung 15 eines unteren Steuersäulenabschnitts 16 gelagert ist. Der obere Steuersäulenabschnitt 13 weist einen Hohlraum 17 ausreichender Tiefe auf, um das verzahnte Ende 15 des unteren Steuersäulenabschnittes aufzunehmen; wenn der obere Teil der Lenkvorrichtung nach unten bzw. nach links in Fig. 5 im Fall einer Kollision geschoben wird, wie mehrfach vorher beschrieben wurde.

Der obere Steuersäulenabschnitt 13 ist drehbar über die Lager 19 und 20 und den Haltering 21 in einem oberen Mantelrohrabschnitt 18 gelagert. Der

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obere Mantelrohrabschnitt 18 wird durch die Klemm- lenker ausgelöste Aufprallkraft wird im stoßverzeheinrichtung 22 gehalten und befestigt, die mit dem renden Rohrkörper 1 aufgenommen, der sich nunverhältnismäßig starren Fahrzeugkörper durch den mehr, durch seine geschlitzten radialen Vorsprünge, relativ starren Tragarm 23 verbunden ist. Die Auf- wie sie in den F i g. 1 bis 3 dargestellt sind, unternähme des oberen Mantelrohrabschnittes 18 in der 5 stützt, plastisch verformt.

"Klemmeinrichtung 22 ist so getroffen, daß mittels Im Augenblick des Auftretens einer Kollision mit

eines Lagerfutters eine leichte Gleitbewegung in einem Hindernis, bei der der vordere Teil des Fahraxialer Richtung gegebenenfalls ermöglicht wird. zeugs zerstört wird und der untere Steuersäulen-

Der untere Steuersäulenabschnitt 16 wird über abschnitt 16 aufwärts oder nach rechts verschoben das Lager 25 in einem unteren Mantelrohrabschmtt io wird, verursacht eine solche Verschiebung nur eine 24 gehalten und über Kreuzgelenke 26 und 27 mit Relativbewegung zwischen dem außenverzahnten dem Lenkgetriebe (nicht gezeichnet) verbunden, das unteren Ende 15 und dem innenverzahnten oberen in einem Getriebegehäuse 28 aufgnommen ist und Ende 14 der Steuersäulenabschnitte 16 bzw. 13, so das am Fahrzeugkörperteil 38 in üblicher Bauart be- daß keine schädlichen Auswirkungen oder nachfestigt ist. 15 folgende Schäden im oberen Teil der Lenkvorrich-

Das obere Ende 29 des unteren Mantelrohrab- rung auf den Fahrzeuglenker einwirken, der somit schnittes ist am oberen Mantelrohrabschnitt 18 durch vor Schaden geschützt wird. Wenn das Lager 25 für konventionelle Mittel, wie Schrauben (nicht gezeich- die Aufnahme des unteren Steuersäulenabschnittes 16 net), befestigt und weist einen Schulteransatz 30 auf, sehr fest sitzt, kann die auf den unteren Steuerder gegen das untere Ende des oberen Mantelrohr- 20 säulenabschnitt auftreffende Aufprallenergie die abschnittes 18 anliegt und die Aufwärts- bzw. Spritzwand 32 deformieren und damit ebenso den in Rechtsbewegung der Lenkungsanordnung 10 zur ihr befestigten unteren Teil 31 des unteren Mantel-Klemmeinrichtung 22 verhindert. Das untere Ende 31 rohrabschnittes 24. Diese Deformation kann dabei des unteren Mantelrohrabschnittes 24 ist in der den stoßverzehrenden Rohrkörper 1 axial zusammen-Spritzwand 32 befestigt, die ein Teil des Fahrzeug- 25 drücken oder plastisch verformen. Diese Art der körpers ist. Ein stoßverzehrender Rohrkörper 1, wie Deformation ist ähnlich der vorher beschriebenen er in den Fig. 1 bis 3 dargestellt ist, ist zwischen plastischen Verformung, aber die verursachende dem oberen Ende 21 und dem unteren Ende 31 einge- Aufprallenergie auf den unteren Steuersäulensetzt. Sobald eine Axialkraft, über das Lenkrad ein- abschnitt ist sehr viel größer als diejenige, die durch geleitet, auf den Rohrkörper 1 auftrifft, der am unte- 30 den Körper des Fahrzeuglenkers hervorgerufen wird, ren Ende 31 im Fahrzeugkörper befestigt ist, wird Dabei wirkt der stoßverzehrende Rohrkörper nicht er sich unter Aufzehrung der Aufprallenergie als Stoßfänger, sondern als Sicherheitsglied zum plastisch verformen. . Schutz gegen Nachfolgeschäden auf den oberen Teil

Die Wirkungsweise der Lenkvorrichtung 10 mit der. Lenkungsanordnung 10. Der Schulteransatz 30 dem stoßverzehrenden Rohrkörper 1 wird nun in 35 des unteren Mantelrohrabschnittes 24 kommt in die-Einzelheiten beschrieben. Die Lenkungsanordnung sem Fall an der unteren oder linken Seite der steuert das Fahrzeug in derselben Art wie konven- Klemmeinrichtung 22 zum Anliegen, wobei die tionelle Lenkungen. Im Fall eines Zusammenstoßes Klemmeinrichtung verhältnismäßig starr mit dem wird der Fahrzeuglenker nach vorn geschleudert Fahrzeugkörper verbunden ist, so daß eine Auf- und die Aufprallenergie über Hände oder Körper 40 wärtsbewegung des oberen Mantelrohrabschnittes 18 des Fahrzeuglenkers in das Lenkrad eingeleitet. Da- und des Lenkrades 12 verhindert wird,
bei wird das Lenkrad nach unten bzw. nach links Der stoßverzehrende Rohrkörper 1 zehrt die durch

verschoben, wodurch eine Axialverschiebung zwi- den Körper des Fahrzeuglenkers verursachte Aufsehen dem innenverzahnten Steuersäulenabschnitt 13 prallenergie auf; dabei wird zugleich jede Auswir- und dem außenverzahnten Steuersäulenabschnitt 16 45 kung verhindert, die durch ein Verschieben des und ebenso zwischen der Außenoberfläche des oberen Teils der Lenkvorrichtung eintreten könnte, oberen Mantelrohrabschnittes 18 und der Innenober- Es wird somit eine erhöhte Sicherheit bei Lenkvorfläche der Klemmeinrichtung 22 eingeleitet wird, die richtungen für Fahrzeuge erreicht. Darüber hinaus leicht vonstatten gehen, wie eingangs beschrieben ist die durch den stoßverzehrenden Rohrkörper 1 wurde. Dadurch greift die Aufprallkraft am oberen 50 aufzuzehrende Aufprallenergie auf die durch den Ende des stoßverzehrenden Rohrkörpers 1 an, der Aufprall des Körpers des Fahrzeuglenkers erzeugte im oberen Teil 29 des unteren Mantelrohrabschnittes Energie beschränkt, so daß die erforderlichen Eigen-24 befestigt ist, während das untere Ende 31 in der schäften des Rohrkörpers leicht festgelegt werden Spritzwand 32 gesichert ist. Die durch den Fahrzeug- können.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, mit einer Einrichtung zur Absorbierung der beim Aufprall eines Insassen gegen das Lenkrad entstehenden Aufprallenergie, welche Lenkvorrichtung einen oberen und einen unteren,- axial ineinander verschiebbaren Steuersäulenabschnitt aufweist, die in einem ,Mantelrohr drehbar gelagert sind, welches mit seinem oberen Teil axial verschiebbar am Fahrzeug gelagert und mit seinem unteren Teil am Fahrzeug befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise die energieabsorbierende Einrichtung aus einem gewellten oder gerillten Stahlrohr (1) besteht, dessen durch die Wellen oder die Rillen gebildete Vorsprünge (2) in Achsrichtung des Rohres (1) einen Abstand zueinander aufweisen, daß ferner jeder der Vorsprünge (2) mit einer Vielzahl von in Achsrichtung des Rohres (1) sich erstreckenden, an der Peripherie der Vorsprünge (2) im wesentlichen parallelen Schlitzen (5) versehen ist.

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