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Dokumentenidentifikation DE102004021201B3 08.12.2005
Titel Lenksäulennabe für Kartfahrzeuge
Anmelder INVENIO GmbH Engineering Services, 65428 Rüsselsheim, DE
Erfinder Wolf, Daniel, 65207 Wiesbaden, DE;
Streek, Hendrik, 63150 Heusenstamm, DE
Vertreter Katscher Habermann, Patentanwälte, 64291 Darmstadt
DE-Anmeldedatum 29.04.2004
DE-Aktenzeichen 102004021201
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 08.12.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 08.12.2005
IPC-Hauptklasse B62D 1/10
IPC-Nebenklasse B62D 1/11   
Zusammenfassung Eine Lenksäulennabe dient zur Verbindung eines Lenkrades (1) mit einer Lenkwelle (2) eines Kartfahrzeugs. Ein Nabenflansch (3) ist biegesteif und zur Drehmomentübertragung formschlüssig mit der Lenkwelle (2) verbunden und ist bei Überschreiten einer vorgegebenen axialen Zugkraft von der Lenkwelle (2) lösbar. Der Nabenflansch (3) ist mit der Lenkwelle (2) über eine Polygonverbindung (5) drehfest, jedoch axial beweglich verbunden. Die axiale Zugkraftübertragung zwischen dem Nabenflansch (3) und der Lenkwelle (2) erfolgt über zwei unter der vorgegebenen axialen Zugkraft bis zum Bruch verformbaren Verformungskörpern (12, 13).

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Lenksäulennabe zur Verbindung eines Lenkrades mit einer Lenkwelle eines Kartfahrzeugs, mit einem das Lenkrad tragenden Nabenflansch, der biegesteif und zur Drehmomentübertragung formschlüssig mit der Lenkwelle verbunden ist.

Bei Kartfahrzeugen, zu denen in diesem Zusammenhang außer Renn-Karts und Go-Karts auch ähnliche Sportfahrzeuge gezählt werden sollen, besteht bei Unfällen, insbesondere beim Frontalaufprall auf ein Hindernis, das besondere Problem, dass der Fahrer dabei nach vorn geschleudert wird, wobei die Lenksäule mit dem daran angebrachten Lenkrad zu einer erheblichen Verletzungsgefahr für den Fahrer führt. Der Einsatz von Sicherheitsgurten, mit denen der Fahrer am Kartfahrzeug zurückgehalten würde, macht ähnlich wie bei Krafträdern keinen Sinn, da im Kartfahrzeug infolge fehlender Crashstrukturen für den Fahrer kaum ein Überlebensraum besteht.

Bei einem bekannten Lenkrad für Kraftfahrzeuge (DE 101 39 569 A1) weist das Lenkrad einen Grundkörper auf, der an der Lenkwelle des Kraftfahrzeugs befestigt ist. Um bei einer Beanspruchung eine verbesserte Energieabsorbtion zu erzielen, ist der Grundkörper wenigstens bereichsweise mit einem verformbaren Versteifungselement versteift und verbunden. Bei der für Kartfahrzeuge erforderlichen, weitestgehend starren Verbindung zwischen dem Lenkrad und der Lenkwelle wäre die auf diese Weise erzielbare Energieabsorbtion nur sehr gering, so dass die Verletzungsgefahr für den Fahrer auf diese Weise nicht oder nur sehr unwesentlich verringert werden könnte.

Bei herkömmlichen Kartfahrzeugen ist die Lenkwelle über eine fest angebrachte Lenksäulennabe mit dem Lenkrad verbunden. Bei einem Unfall, insbesondere einem Frontalaufprall auf ein stehendes oder sich bewegendes Hindernis wird der Fahrer aus dem Sitz des Kartfahrzeugs herausgeschleudert, wobei sich das starr mit der Lenkwelle verbundene Lenkrad als ein wesentliches Hindernis darstellt, mit dem der Körper des Fahrers, insbesondere auch seine Beine, kollidieren. Dies kann zu erheblichen, sogar lebensgefährlichen Verletzungen führen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Lenksäulennabe für Kartfahrzeuge der eingangs genannten Gattung so auszugestalten, dass die Verletzungsgefahr für den Fahrer wesentlich vermindert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Nabenflansch bei Überschreiben einer vorgegebenen axialen Zugkraft von der Lenkwelle lösbar ist.

Wenn bei einem Unfall der Fahrer aus dem Kartfahrzeug herausgeschleudert wird, löst sich das Lenkrad von der Lenkwelle, sobald in axialer Richtung nach oben eine vorgegebene Zugkraft überschritten wird. Dadurch werden die auf den Körper des Fahrers, insbesondere seine Oberschenkel ausgeübten Reaktionskräfte begrenzt, die zu Verletzungen führen könnten.

Vorzugsweise ist hierbei der Nabenflansch mit der Lenkwelle über eine Polygonverbindung drehfest, jedoch axial beweglich verbunden. Damit wird erreicht, dass der Fahrer im Betrieb zwar verhältnismäßig hohe Drehmomente vom Lenkrad auf die Lenkwelle übertragen kann, ohne dass dabei auch bei Drehmomentstößen eine Trennung des Lenkrads von der Lenkwelle erfolgen würde. Zugleich wird aber erreicht, dass die für die Übertragung hoher Drehmomente geeignete Polygonverbindung praktisch keine Axialkräfte überträgt und damit die gewünschte Auslösung des Lenkrades nicht beeinträchtigt, wenn die vorgegebene axiale Zugkraft auf das Lenkrad ausgeübt wird.

Die Festlegung der gewünschten axialen Auslösekraft und damit die Begrenzung derjenigen axialen Zugkraft, bis zu der sich das Lenkrad noch nicht von der Lenkwelle löst, erfolgt in Ausgestaltung des Erfindungsgedankens dadurch, dass die axiale Zugkraftübertragung zwischen dem Nabenflansch und der Lenkwelle über mindestens einen unter der vorgegebenen axialen Zugkraft bis zum Bruch verformbaren Verformungskörper erfolgt. Die Festlegung der gewünschten Auslösekraft erfolgt daher durch Auswahl und Gestaltung mindestens eines Verformungskörpers. Da diese Bemessung schon konstruktiv vorgegeben wird, sind bei der Montage keine die Krafteinstellung betreffenden Maßnahmen erforderlich, so dass auch keine Gefahr einer fehlerhaften Krafteinstellung besteht.

In weiterer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass die axiale Zugkraftübertragung zwischen dem Nabenflansch und der Lenkwelle über mindestens zwei unter jeweils einer vorgegebenen axialen Zugkraft nacheinander bis zum Bruch verformbaren Verformungskörpern erfolgt. Zum endgültigen Lösen des Lenkrades von der Lenkwelle und damit zum Verlust der Lenkfähigkeit des Kraftfahrzeugs müssen hierbei nacheinander zwei Sicherheitsstufen überwunden werden, für die die Kraftvorgaben jeweils durch Auswahl und Gestaltung eines gesonderten Verformungskörpers erfolgt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.

Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in der Zeichnung dargestellt sind. Es zeigt:

1. eine an einer Lenkwelle eines Kartfahrzeugs angebrachte Lenksäulennabe im Schnitt,

2 eine Ansicht der Lenksäulennabe gemäß 1 in Richtung des Pfeils II in 1,

3 die Teile der Lenksäulennabe nach 1 in auseinander gezogener räumlicher Darstellungsweise,

4 eine am Ende einer Lenkwelle eines Kartfahrzeugs angebrachte Lenksäulennabe gemäß einer weiteren Ausführungsform im Schnitt,

5 die Lenksäulennabe gemäß 4 in einer Ansicht in Richtung des Pfeils V in 4 und

6 die Lenksäulennabe gemäß 4 in auseinander gezogener räumlicher Darstellungsweise.

Die in 1 dargestellte Lenksäulennabe dient zur Verbindung eines Lenkrades 1 mit einer Lenkwelle 2 eines Kartfahrzeugs. Eine in einen Nabenflansch 3 integrierte Mitnehmerscheibe 4 weist eine polygonale, zentrische Öffnung 5 beim dargestellten Ausführungsbeispiel eine Sechskantöffnung auf, in die ein entsprechend konturierter Sechskant-Endabschnitt 6 der Lenkwelle 2 ragt.

In einer Stirnbohrung 7 der Lenkwelle 2 ist axial beweglich ein zentraler Führungszapfen 8 aufgenommen, der biegesteif mit einer äußeren Platte 9 des Nabenflanschs 3 verbunden ist. Dadurch wird das vom Lenkrad 1 ausgeübte Biegemoment auf die Lenkwelle 2 übertragen.

An der dem Lenkrad 1 abgekehrten Rückseite der Mitnehmerscheibe 4 sind übereinander zwei Blechscheiben 10 und 11 am Nabenflansch 3 angeschraubt. Von jeder Blechscheibe 10 bzw. 11 ist jeweils eine Blechlasche 12 bzw. 13 in Achsrichtung rechtwinklig abgekantet. Mindestens eine Blechlasche – beim dargestellten Ausführungsbeispiel die beiden Blechlaschen 12 und 13 – die sich in Längsrichtung der Lenkwelle 2 erstrecken und auf gegenüberliegenden Seiten der Lenkwelle 2 angeordnet sind, sind mit der Lenkwelle 2 verschraubt. Von beiden Seiten ist jeweils eine Schraube 14 bzw. 15 durch ein Langloch 16 bzw. 17 gesteckt und in jeweils eine Gewindebohrung 18 bzw. 19 der Lenkwelle 2 eingeschraubt. Die beiden Blechlaschen 12 und 13 liegen jeweils an eine seitlichen Anfachung 20 der Lenkwelle 2 an.

Auf der Rückseite des Nabenflanschs 3 ist ein Flanschring 21 angeordnet, der an der Lenkwelle 2 mindestens axial befestigt, beim dargestellten Beispiel aufgeschraubt ist und mit dem Nabenflansch 3 durch Schrauben 22 verbunden ist. Die Verbindung zwischen dem Flanschring 21 und dem Nabenflansch 3 erfolgt über eine an der Rückseite anliegende Blechscheibe 23. Die Blechscheibe 23 bildet einen zwischen den Flanschring 21 und den Nabenflansch 3 geschalteten Verformungskörper, der bei Überschreiten einer vorgegebenen axialen Zugkraft (nach links in 1) bis zum Bruch verformbar ist. Hierzu weist die Blechscheibe 23 Schraubenlöcher 24 auf (2), die jeweils eine der Schrauben 22 aufnehmen. Die Schraubenlöcher 24 sind jeweils von einem Blechring 25 umgeben, der über Abscherstege 26 mit dem übrigen Teil der Blechscheibe 23 verbunden ist. Unter den Köpfen der Schrauben 22 ist jeweils in einer Bohrung 27 des Flanschrings 21 eine Distanzhülse 28 angeordnet, die in der Bohrung 27 beweglich ist und verhindert, dass die Abscherstege 26 bereits beim Anziehen der Schrauben 22 verformt werden oder reißen.

Mit Schrauben 29, deren Mutter 30 jeweils in einer Bohrung 31 des Flanschrings 21 aufgenommen ist, ist das Lenkrad 1 am Nabenflansch 3 angeschraubt.

Wenn bei einem Unfall durch den aus dem Kartfahrzeug herausgeschleuderten Fahrer auf das Lenkrad 1 eine axiale Zugkraft ausgeübt wird, die eine aus Sicherheitsgründen vorgegebene Größe überschreitet, werden zunächst die Abscherstege 26 der Blechscheibe 23 bis zum Bruch verformt. Die Muttern 30 der Schrauben 29 bewegen sich aus den Bohrungen 31 heraus. Auf Grund des längeren Dehnungsweges und des durch die Langlöcher 16, 17 der Blechlaschen 12, 13 vorgegebenen Spiels werden in einer zweiten Stufe die Blechlaschen 12, 13 als Verformungskörper verformt und schließlich zerstört, bevor sich das Lenkrad 1 endgültig von der Lenkwelle 2 löst.

Dabei verbleibt der aufgeschraubte Flanschring 21 an der Lenkwelle 2 und vermeidet somit ernsthafte Verletzungen falls der Körper des Fahrers nach dem Lösen des Lenkrades 1 noch auf das obere Ende der Lenkwelle 2 prallt.

Da bei dieser Ausführungsform drei durch Abreißbleche gebildete Verformungskörper nacheinander zur Wirkung kommen, bestehen mehrere Einflussmöglichkeiten, um den Kraft-Weg-Verlauf beim Lösen des Lenkrads 1 von der Lenkwelle 2 zu gestalten und somit an Sicherheitsvorgaben anzupassen.

Bei dem in den 46 dargestellten, abgewandelten Ausführungsbeispiel ist ebenfalls eine in den Nabenflansch 3' integrierte Mitnehmerscheibe 4 mit einer polygonalen Öffnung 5, bei diesem Beispiel einer Vierkantöffnung, versehen, der drehfest auf einem entsprechenden Vierkantzapfen 6 der Lenkwelle 2' sitzt.

Eine mit dem Nabenflansch 3' verbundene Blechscheibe 32, auf der eine äußere Platte 33 liegt, weist ein zentrales Schraubenloch 34 auf, durch das eine in die Lenkwelle 2 eingeschraubte Schraube 35 ragt. Das Schraubenloch 34 ist von einem Blechring 36 umgeben, der über Abscherstege 37 mit dem übrigen Teil der Blechscheibe 32 verbunden ist. Die Blechscheibe 32 bildet somit einen Verformungskörper, der bei Überschreiten einer vorgegebenen axialen Zugkraft bis zum Bruch seiner Abscherstege 37 verformt wird.

Die Mitnehmerscheibe 4 des Nabenflanschs 3' ist mit einer Hülse 38 durch eine Schweißverbindung 39 biegesteif verbunden, wobei die Hülse 38 passgenau auf der Lenkwelle 2' aufgenommen ist. Auf diese Weise erfolgt eine Übertragung des vom Lenkrad 1 ausgeübten Biegemoments auf die Lenkwelle 2'.

Eine Haltenabe 40, die die Hülse 38 umgibt, ist mittels einer Querschraube 41 formschlüssig mit der Lenkwelle 2' verbunden. Die Haltenabe 40 weist einen Halteflansch 42 auf, der auf der dem Lenkrad 1 abgekehrten Rückseite der Mitnehmerscheibe 4 anliegt. Der Halteflansch 42 trägt auf seiner dem Nabenflansch 3' abgewandten Seite eine Blechscheibe 43, in der Verformungslaschen 44 ausgespart sind. Die Verformungslaschen 44 weisen jeweils ein Schraubenloch 45 auf, in dem eine Schraube 46 aufgenommen ist, die die Blechscheibe 43 mit dem Nabenflansch 3' verbindet. Jeweils unter der Mutter 47 der Schraube 46 und unter der Verformungslasche 44 ist in einer Aussparung 48 des Halteflanschs 42 ein Distanzstück 49 aufgenommen.

Wird bei einem Unfall die auf das Lenkrad 1 ausgeübte Zugkraft (nach links in 4) überschritten, so verformen sich zunächst die Abscherstege 37 der oberen Blechscheibe 43 bis zum Bruch. Sodann werden die Verformungslaschen 44 durch die Muttern 47 bis zum Bruch verformt. Erst nach Überwindung dieser beiden Sicherheitsstufen löst sich das Lenkrad 1 zusammen mit dem Nabenflansch 3' von der Lenkwelle 2'. Die Nabe 40 mit dem Halteflansch 42 verbleibt an der Lenkwelle 2'. Der Halteflansch 42 bildet auch hier eine vergrößerte Aufprallfläche, falls der Körper des Fahrers nach dem Lösen des Lenkrades 1 auf die Lenkwelle 2' prallt.

Die Lenksäulennabe nach den 46 hat gegenüber den vorher beschriebenen Ausführungsform den Vorteil, dass sie vormontiert werden kann und im vormontierten Zustand mittels der Schrauben 35 und 41 an der Lenkwelle 2' befestigt wird. Außerdem wird bei der Ausführung nach den 46 – abgesehen von einer Bohrung für die Schraube 35 – eine größere Axialbohrung vermieden, so dass das Ende der Lenkwelle 2' nicht wesentlich geschwächt wird.


Anspruch[de]
  1. Lenksäulennabe zur Verbindung eines Lenkrades mit einer Lenkwelle eines Kartfahrzeugs, mit einem das Lenkrad tragenden Nabenflansch, der biegesteif und zur Drehmomentübertragung formschlüssig mit der Lenkwelle verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Nabenflansch (3, 3') bei Überschreiten einer vorgegebenen axialen Zugkraft von der Lenkwelle (2, 2') lösbar ist.
  2. Lenksäulennabe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Nabenflansch (3, 3') mit der Lenkwelle (2, 2') über eine Polygonverbindung (5, 6) drehfest, jedoch axial beweglich verbunden ist.
  3. Lenksäulennabe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Zugkraftübertragung zwischen dem Nabenflansch (3, 3') und der Lenkwelle (2, 2') über mindestens einen unter der vorgegebenen axialen Zugkraft bis zum Bruch verformbaren Verformungskörper (12, 13, 23, 32) erfolgt.
  4. Lenksäulennabe nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Zugkraftübertragung zwischen dem Nabenflansch (3, 3') und der Lenkwelle (2, 2') über mindestens zwei unter jeweils einer vorgegebenen axialen Zugkraft nacheinander bis zum Bruch verformbaren Verformungskörpern (12, 13, 23, 32) erfolgt.
  5. Lenksäulennabe nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass sich mindestens eine mit dem Nabenflansch (3) verbundene Blechlasche (12, 13) in Längsrichtung der Lenkwelle (2) erstreckt und mit dieser verschraubt ist.
  6. Lenksäulennabe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Blechlaschen (12, 13) auf gegenüberliegenden Seiten der Lenkwelle (2) angeordnet sind.
  7. Lenksäulennabe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass jede Blechlasche (12, 13) von jeweils einer Blechscheibe (10, 11) abgekantet ist, die an den Nabenflansch angeschraubt ist.
  8. Lenksäulennabe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Rückseite des Nabenflansches (3) ein Flanschring (21) angeordnet ist, der an der Lenkwelle (2) mindestens axial befestigt ist und mit dem Nabenflansch (3) unter Zwischenschaltung eines bei Überschreiten einer vorgegebenen axialen Zugkraft bis zum Bruch verformbaren Verformungskörpers (23 verbunden ist.
  9. Lenksäulennabe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Verformungskörper eine Blechscheibe (23) mit Schraubenlöchern (24) ist, die jeweils von einem Blechring (25) umgeben sind, der über Abscherstege (26) mit dem übrigen Teil der Blechscheibe (23) verbunden ist.
  10. Lenksäulennabe nach einem der Ansprüche 1–9, dadurch gekennzeichnet, dass ein biegesteif mit dem Nabenflansch (3) verbundener zentraler Führungszapfen (8) axial beweglich in einer Stirnbohrung (7) der Lenkwelle (2) aufgenommen ist.
  11. Lenksäulennabe nach einem der Ansprüche 1–10, dadurch gekennzeichnet, dass eine in den Nabenflansch (3, 3') integrierte Mitnehmerscheibe (4, 4') eine polygonale zentrische Öffnung (5) aufweist, in die ein entsprechend konturierter Endabschnitt (6) der Lenkwelle (2, 2') ragt.
  12. Lenksäulennabe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit dem Nabenflansch (3') verbundene Blechscheibe (32) ein zentrales Schraubenloch (34) aufweist, durch das eine in die Lenkwelle (2') eingeschraubte Schraube (35) ragt, und dass das Schraubenloch (34) von einem Blechring (36) umgeben ist, der über Abscherstege (37) mit dem übrigen Teil der Blechscheibe (32) verbunden ist.
  13. Lenksäulennabe nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Mitnehmerscheibe (4) mit einer passgenau auf der Lenkwelle (2') aufgenommenen Hülse (38) biegesteif verbunden ist.
  14. Lenksäulennabe nach einem der Ansprüche 11–13, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit der Lenkwelle (2') formschlüssig verbundene Haltenabe (40) einen Halteflansch (42) aufweist, der unter Zwischenschaltung eines bei Überschreiten einer vorgegebenen axialen Zugkraft bis zum Bruch verformbaren Verformungskörpers (44) mit dem Nabenflansch (3') verbunden ist.
  15. Lenksäulennabe nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Halteflansch (42) auf seiner dem Nabenflansch (3') abgewandten Seite eine Blechscheibe (43) trägt, in der Verformungslaschen (44) ausgespart sind, die über Schrauben (46) mit dem Nabenflansch (3') verbunden sind.
  16. Lenksäulennabe nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils unter einer Verformungslasche (44) ein Distanzstück (49) in einer Ausnehmung (48) des Halteflanschs (42) angeordnet ist.
Es folgen 3 Blatt Zeichnungen






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