RZECZPOSPOLITA OPIS PATENTOWY 145 840 POLSKA mma WB Patent dodatkowy Zgłoszono: 86 03 25 (P. 258636) Pierwszeństwo Int. GL4 B62D 1/18 B60R 21/05 C Z Y i fc L N 1 A 1 URZĄD PATENTOWY Zgłoszenie ogłoszono: 87 02 09 Urzędu Patentowego RP Opis patentowy opublikowano: 1990 09 28 Twórcy wynalazku: Roman Michalak, Tadeusz Śledziewski, Stefan Wojtanowski, Czesław Zakrzewski Uprawniony z patentu: Fabryka Mechanizmów Samochodowych Polmo", Szczecin (Polska) Bezpieczna kolumna kierownicza, zwłaszcza dla pojazdów samochodowych Przedmiotem wynalazku jest bezpieczna kolumna kierownicza, zwłaszcza dla pojazdów samochodowych, zabezpieczająca kierowcę przed skutkami uderzenia o kierownicę w przypadku zderzenia. Ze znanych rozwiązań bezpiecznych kolumn kierowniczych porównywalną jest konstrukcja kolumny kierowniczej z pochłaniaczem energii, opisana w czasopiśmie Automobile Enginser" z dnia 9 maja 1969 r. oraz przywołana w artykule pt. Bezpieczne kolumny kierownic samochodów", opublikowanym w miesięczniku Technikamotoryzacyjna" nr 6/70. W rozwiązaniu tym kolumna kierownicza, składająca się z dwóch współśrodkowo osadzonych rur o różnej średnicy między którymi, w koszykach z tworzywa sztucznego, osadzone są kulki usytuowane w dwóch rzędach. Podczas zderzenia obie rury przemieszczają się względem siebie, co powoduje jednoczesne wgłę bianie się kulek w powierzchnie rur. Wskutek plastycznych odkształceń spowodowanych przez wgniatające się kulki zostaje pochłaniana energia zderzenia, a tym samym maleje siła z jaką kierownica oddziaływuje na kierowcę podczas zderzenia. Znane jest również rozwiązanie z opisu patentowego RFN nr 2 657 485, które przedstawia bezpieczną kolumnę kierowniczą składającą się z dwóch wzajemnie koncentrycznie usytuowanych części rurowych, względnie prętowych, które w przypadku silnego napięcia osiowego wsuwają się w siebie teleskopowo. W celu wyrównania luzu promieniowego między wewnętrzną częścią prętową i otaczającą ją zewnętrzną częścią rurową, rozmieszczone są parami diametralnie lamelowe elementy sprę żynujące.
2 145 840 Innym rozwiązaniemjest człon deformacyjny do bezpiecznych układów kierowniczych znany z opisu patentowego RFN nr 2 150 061. Składa się on z taśmy stalowej zwiniętej w formie śrubowej a zwoje taśmy połączone są ze sobą poprzez liczne rozmieszczone po obwodzie listwy, usytuowane w kierunku osiowym. Listwy między zwojami mają poprzeczne wypukłości. Człon deformacyjny osadzony jest na górnym wałku kierowniczym, w bliskim sąsiedztwie koła kierownicy. Zdolność pochłaniania energii w tych i podobnych rozwiązaniach zależy od stopnia deforma cji plastycznych obu elementów rurowych bez możliwości kształtowania określonego przebiegu siły funkcji czasu trwania zderzenia. Celem wynalazkujest uproszczenie konstrukcji łamanej kolumny kierowniczej wyposażonej w pochłaniacz energii oraz możliwość kształtowania przebiegu siły w czasie zderzenia. Cel ten został osiągnięty dzięki temu, że symetrycznie na zewnętrznej części rurowej kolumny kierowniczej w bezpośrednim sąsiedztwie uchwytu mocującego kolumnę kierowniczą usytuowane są na pewnym odcinku wzdłuż osi rury co najmniej dwa wgłębienia stanowiące prowadnice elementów tocznych, natomiast na elementach tocznych osadzony jest korpus pochłaniacza energii. Symetrycznie między prowadnicami nieco poniżej miejsc osadzenia elementów tocznych wycięte są wzdłużne otwory, a ich liczba odpowiada liczbie elementów tocznych. Korpus pochła niacza energii ma na wewnętrznej powierzchni stożkowej lub cylindrycznej rozmieszczone syme trycznie prowadnice, których liczbajest taka sama jak liczba prowadnic na części rurowej kolumny kierowniczej, a ich krawędzie są względem siebie równoległe. W przykładzie wykonania wynalazku z korpusem pochłaniacza energii z cylindryczną powierzchnią wewnętrzną, krawędzie prowadnic elementów tocznych są zbieżne w kierunku dolnej części korpusu pochłaniacza energii. Innym przykładem wykonania pochłaniacza energii jest rozwiązanie, w którym rura kolumny kierowniczej na pewnym odcinku od miejsca osadzenia elementów tocznych ma powierzchnię stożkową, łączącą obie części rury kolumny kierowniczej o różnych średnicach. Pochłaniacz energii według wynalazku montowany jest na rurze kolumny kierowniczej, w której osadzony jest dwuczęściowy teleskopowy górny wałek kierowniczy, połą czony za pomocą przegubu z wałkiem pośrednim. Alternatywnym rozwiązaniem jest zamonto wany pochłaniacz energii na rurze kolumny kierowniczej, w której osadzony jest górny wałek kierowniczy, którego dolny koniec połączonyjest za pomocą przegubu z dwuczęściowym, telesko powym wałkiem pośrednim. Zaletą bezpiecznej kolumny kierowniczej, w porównaniu do podobnych rozwiązań, jest mniej skomplikowana konstrukcja, zapewniająca równocześnie uzyskanie określonego przebiegu siły w funkcji czasu trwania zderzenia pojazdu. Pozwala to złagodzić, w granicach określonych przepi sami bezpieczeństwa, niebezpieczny efekt uderzenia kierowcy o koło kierownicze zamontowne na kolumnie kierowniczej. Przedmiot wynalazku uwidoczniony jest w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia układ bezpiecznej kolumny kierowniczej z dwuczęściowym wałkiem pośrednim a fig. 2 powyższy układ z dwuczęściowym górnym wałkiem kierowniczym. W obu przypadkach na rurze kolumny kierowniczej zamontowany jest pochłaniacz energii. Fig. 3 przedstawia wzdłużny przekrój rury kolumny kierowniczej z zamontowanym na niej korpusem pochłaniacza energii o stożkowej powierzchni wewnętrznej, fig. 4 odmianę pochła niacza energii, którego korpus ma prowadnice o krawędziach zbieżnych usytuowanych na wew nętrznej cylindrycznej jego powierzchni, fig. 5 natomiast przedstawia przykład wykonania bezpie cznej kolumny kierowniczej z częścią rurową, która na pewnym odcinku, od miejsca osadzenia elementów tocznych, ma powierzchnię stożkową, łączącą obie części rury o różnych średnicach. Fig. 6 przedstawia przekrój wzdłuż linii A-A zaznaczonej na fig. 3, wzdłuż linii B-B zaznaczo nej na fig. 4 oraz wzdłuż linii D-D zaznaczonej na fig. 5. Fig. 7 przedstawia przekrój wzdłuż linii A-A zaznaczonej na fig. 3 i wzdłuż linii D-D zaznaczonej na fig. 5. Fig. 8 przedstawia przekrój wzdłuż linii C-C zaznaczonej na fig. 4. Bezpieczna łamana kolumna kierownicza składa się z górnego wałka kierowniczego osadzo nego w rurze kolumny kierowniczej 1, która jest zamocowana do przegrody czołowej 12 za pomocą uchwytu mocującego 2. Dolny koniec górnego wałka kierowniczego 8 połączony jest za pomocą przegubu 10 z dwuczęściowym teleskopowym wałkiem pośrednim 9. Obie części wałka pośred niego 9 połączone są za pomocą sworznia 13 przechodzącego przez otwory poprzeczne w obu częściach wałka 9.
145840 3 W bliskim sąsiedztwie czoła uchwytu mocującego 2 zamontowany jest na rurze kolumny kierowniczej 1 korpus pochłaniacza energii 6. Innym przykładem wykonania bezpiecznej kolumny kierowniczej według wynalazku jest rozwiązanie, w którym wałek pośredni 9 połączony jest za pomocą przegubu 10 z dwuczęściowym teleskopowym górnym wałkiem kierowniczym 8, osadzo nym w rurze kolumny kierowniczej 1, na którego górnej części osadzone jest koło kierownicze 11. Obie części górnego wałka połączone są za pomocą sworznia 13 osadzonego w poprzecznych otworach. Pochłaniacz energii stanowi korpus 6 osadzony za pomocą elementów tocznych 5 na części rurowej kolumny kierowniczej 1. Korpus pochłaniacza energii 6 jest wewnątrz wydrążony i ma stożkową powierzchnię wewnętrzną, na której symetrycznie wzdłuż osi rury 1 usytuowane są dwa wgłębienia o określonej długości, stanowiące prowadnice 4 elementów tocznych 5. Krawędzie prowadnic 4 są równoległe względem siebie. Na części rurowej kolumny kierowniczej 1 usytuowane są również symetrycznie dwa wgłębienia o określonej długości, stanowiące prowadnice 3 elemen tów tocznych 5 w postaci kulek. Ponieżj miejsca osadzenia elementów tocznych 5 w postaci kulek, symetrycznie między prowadnicami na części rury kolumny kierowniczej 1 wycięte są wzdłużne otwory 7. W innym przykładzie wykonania pochłaniacza energii jest zastosowanie elementów tocznych 5 w postaci wałeczków. W następnym rozwiązaniu wewnętrzną powierzchnię korpusu energii 6 stanowi powierzchnia cylindryczna z dwoma prowadnicami 4 o krawędziach zbieżnych w kierunku dolnej części korpusu pochłaniacza energii 6, który osadzony jest na rurze kolumny kierowniczej 1 za pomocą elementów tocznych 5 w postaci dwóch kulek. W innym przykładzie wykonania wynalazku korpus pochłaniacza energii 6 o cylindrycznej powierzchni wewnętrznej z dwiema prowadnicami 4 o krawędziach równoległych względem siebie, osadzonyjest na rurze kolumny kierowniczej 1 za pomocą dwóch elementów tocznych 5 w postaci kulek. Natomiast rura kolumny kierowniczej 1 na pewnym odcinku od miejsca osadzenia kulek 5, ma powierzchnię stożkową, łącząca obie części rury kolumny kierowniczej 1 o różnych średnicach. Powierzchnia stożkowa pochylona jest pod kątem a = 5. W tym przykładzie wykonania elementy toczne 5 stanowią dwa wałeczki. Bezpieczna łamana kolumna kierownicza według wynalazku działa następująco: W przy padku zderzenia pojazdu samochodowego kierowca uderza z określoną siłą S na koło kierownicze 11 a za jego pośrednictwem na górny wałek kierowniczy 8, który przekazuje tę siłę S jednocześnie na wałek pośredni 9 i rurę kolumny kierowniczej 1. W tym momencie zostają zerwane zamocowa nia uchwytu mocującego 2 na rurze kolumny kierowniczej 1 w punkcie 14 i ścięcie sworznia 13 zabezpieczającego obie teleskopowe części wałka pośredniego 9. Następnie zgodnie z kierunkiem działania siły S ulega przemieszczeniu rura kolumny kierowniczej 1 na drodze kilkunastu centyme trów w stosunku do położenia spoczynkowego, co powoduje złożenie się wałka pośredniego 9, tzn. wgłębienie się jego górnej części w dolną. Korpus pochłaniacza 6 energii zostaje przemieszczony do czoła uchwytu mocującego 2, który w tym momencie staje się dla niego elementem oporowym. Elementy toczne 5 w postaci dwóch kulek, znajdujących się między korpusem pochłaniacza energii 6 rurą kolumny kierowniczej przemieszczają się po krawędziach prowadnic 4 w kierunku jego dolnej części pod kątem a do osi rury kolumny kierowniczej 1, jednocześnie wgłębiając się w materiał rury przemieszczającej się zgodnie z kierunkiem działania siły S. W tym samym czasie, dzięki wzdłużnym otworom 7, w rurze kolumny kierowniczej 1 następuje jej deformacja plastyczna. Dzięki rozwiązaniu według wynalazku siła działająca na klatkę piersiową kierowcy uzyskuje zamierzony przebieg podczas zderzenia i nie przekracza wartości dopuszczalnych określonymi przepisami bezpieczeństwa poprzez odpowiedni dobór ilości elementów tocznych 5 oraz ich kształt, a także ilość wzdłużnych otworów 7 wyciętych w części rurowej kolumny kierowniczej 1. Zastrzeżenia patentowe 1. Bezpieczna kolumna kierownicza, zwłaszcza dla pojazdów samochodowych, składająłca się z górnego wałka kierowniczego osadzonego w rurze kolumny kierowniczej, którego dolny koniec połączony jest przegubowo z wałkiem pośrednim, znamienna tym, że symetrycznie na zewnętrznej
4 145840 części rurowej kolumny kierowniczej (1) w bezpośrednim sąsiedztwie uchwytu mocującego (2) kolumnę kierowniczą, usytuowane są na pewnym odcinku wzdłuż osi rury co najmniej dwa wgłębienia, stanowiące prowadnice (3) elementów tocznych (5), a na elementach tocznych (5) osadzony jest korpus pochłaniacza energii (6). 2. Bezpieczna kolumna kierownicza według zastrz. 1,znamienna tym, że na części rurowej kolumny kierowniczej (1) symetrycznie między prowadnicami (3) nieco poniżej miejsc osadzenie elementów tocznych (5) wycięte są wzdłużne otwory (7), a ich liczba odpowiada liczbie elementów tocznych (5). 3. Bezpieczna kolumna kierownicza według zastrz. 1, znamienna tym, że korpus pochłaniacza energii (6) ma na wewnętrznej stożkowej powierzchni rozmieszczone symetrycznie prowadnice (4) o krawędziach równoległych względem siebie, a ich liczba odpowiada liczbie prowadnic (3) usytuowanych na części rurowej kolumny kierowniczej (1). 4. Bezpieczna kolumna kierownicza według zastrz. 1, znamienna tym, że korpus pochłaniacza energii (6) ma na wewnętrznej powierzchni cylindrycznej rozmieszczone symetrycznie prowadnice (4) o krawędziach równoległych względem siebie, a ich liczba odpowiada liczbie prowadnic (3) usytuowanych na części rurowej kolumny kierowniczej (1). 5. Bezpieczna kolumna kierownicza według zastrz. 3, znamienna tym, że ma prowadnice (4) o krawędziach zbieżnych w kierunku dolnej części korpusu pochłaniacza energii (6). 6. Bezpieczna kolumna kierownicza według zastrz. 1, znamienna tym, że rura kolumny kierowniczej (1) na pewnym odcinku od miejsca osadzenia elementów tocznych (5) ma powierzch nię stożkową, łączącą obie części rury kolumny kierowniczej (1) o różnych średnicach.
145840 Rg.4
145 840 A-A B-B D-D Rg.6 A-A D-D Fig 7 c-c Fig 8 Zakład Wydawnictw UP RP. Nakład 100 egz. Cena 1500 zł