DE20212294U1 - Telescopic safety steering column for road vehicle has outer tube with three flattened faces containing groups of three barrel-shaped rollers engaging three concave sides of inner tube - Google Patents
Telescopic safety steering column for road vehicle has outer tube with three flattened faces containing groups of three barrel-shaped rollers engaging three concave sides of inner tubeInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Lenkwelle für Kraftfahrzeuge, bestehend aus einem inneren und einem äußeren Wellenteil mit jeweils polygonalem Querschnitt, wobei die Wellenteile teleskopierbar ineinandergreifen und zur Übertragung eines Drehmomentes durch als Wälzkörper wirksame, tonnenförmige Rollen formschlüssig miteinander verbunden sind und die Laufbahnen der Rollen jeweils zwischen den Ecken an den Außenseiten des inneren Wellenteiles und den Innenseiten des äußeren Wellenteiles ausgebildet sind.The invention relates to a steering shaft for motor vehicles, consisting of an inner and an outer shaft part, each with a polygonal cross-section, wherein the shaft parts telescopically interlock and are positively connected to one another for the transmission of a torque by barrel-shaped rollers acting as rolling elements, and the raceways of the rollers are each formed between the corners on the outer sides of the inner shaft part and the inner sides of the outer shaft part.
Eine Lenkwelle der gattungsgemäßen Art ist aus der DE 38 13 422 C2 bekannt.A steering shaft of the generic type is known from DE 38 13 422 C2.
Bei der dort beschriebenen Konstruktion sind die Laufbahnen für die Rollen durch ebene Bereiche zwischen den Ecken der polygonale Querschnitte aufweisenden Wellenteile gebildet. In der gattungsbildenden Druckschrift sind in den Zeichnungen Rollen in Form von Zylinderrollen dargestellt, Spalte 2, Abs. 2 der genannten Druckschrift enthält allerdings den Hinweis darauf, daß es gegebenenfalls vorteilhaft sein kann, zylinderförmige Wälzkörper besonderer Bauart vorzusehen, z. B. Rollen mit konisch oder ballig ausgebildeten Enden,In the design described there, the raceways for the rollers are formed by flat areas between the corners of the shaft parts with polygonal cross-sections. In the generic publication, rollers in the form of cylindrical rollers are shown in the drawings, but column 2, paragraph 2 of the publication in question contains the indication that it may be advantageous to provide cylindrical rolling elements of a special design, e.g. rollers with conical or spherical ends.
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Anmeldungstext vom 08.08.2002 Seite 2Registration text dated 08.08.2002 Page 2
leicht tonnenförmige Rollen oder dergleichen, ohne daß hierfür eine Erläuterung gegeben wird.slightly barrel-shaped rollers or the like, without any explanation being given.
Durch die Verwendung von ebenen Laufbahnen für die Rollen ergibt sich beim Einsatz von zylindrischen Rollen der Nachteil, daß bei Torsionsbeanspruchung der Lenkwelle insbesondere im Stirnkantenbereich der Rollen sehr hohe Anpreßkräfte auftreten, die zu Einprägungen in den Laufbahnen führen können. Diese Einprägungen können ihrerseits dazu führen, daß es beim teleskopartigen Verschieben der beiden Wellenteile relativ zueinander zu einem ungleichmäßigen Lauf und erhöhten, ungleichmäßigen Verschiebekräften kommt.The use of flat raceways for the rollers results in the disadvantage of using cylindrical rollers that when the steering shaft is subjected to torsional stress, particularly in the front edge area of the rollers, very high contact forces occur, which can lead to indentations in the raceways. These indentations can in turn lead to uneven running and increased, uneven displacement forces when the two shaft parts are moved telescopically relative to one another.
Werden bei ebenen Laufbahnen nun leicht tonnenförmige Rollen eingesetzt, ergibt sich eine hohe Oberflächenpressung zwischen den Rollen und den Laufbahnen, da theoretisch nur eine punktförmige Auflage der Rollen auf den ebenen Laufbahnen gegeben ist. Dieses kann zu Einpressungen in die Laufbahnen bei Torsionsbeanspruchung führen.If slightly barrel-shaped rollers are used on flat raceways, a high surface pressure is created between the rollers and the raceways, since theoretically the rollers only rest on the flat raceways at certain points. This can lead to indentations in the raceways when subjected to torsional stress.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lenkwelle der gattungsgemäßen Art zu schaffen, bei der die Flächenpressung zwischen den Rollen einerseits und den Laufbahnen andererseits sowohl bei Torsionsbeanspruchung der Lenkwelle wie auch beim Teleskopieren der beiden Wellenteile in vertretbar geringen Grenzen gehalten wird.The present invention is based on the object of creating a steering shaft of the generic type in which the surface pressure between the rollers on the one hand and the raceways on the other hand is kept within acceptably low limits both during torsional stress on the steering shaft and during telescoping of the two shaft parts.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Laufbahnen annähernd der konvexen Wölbung der Rollen als konkav gewölbte MuldenThis object is achieved according to the invention in that the raceways approximately correspond to the convex curvature of the rollers as concavely curved troughs
ausgebildet sind.are trained.
Durch die Anpassung der Querschnittsform der Laufbahnen an die äußeren Mantellinien der Rollen ergibt sich für die beiden Belastungsfälle, denen eine Lenkwelle im Betrieb ausgesetzt ist, in keinem Falle eine erhöhte Flächenpressung, weder im Stirnkantenbereich der Rollen bei Torsionsbeanspruchung noch über die Längserstreckung der Rollen hinweg beim Teleskopieren der beiden Wellenteile relativ zueinander.By adapting the cross-sectional shape of the raceways to the outer surface lines of the rollers, there is no increased surface pressure under any circumstances for the two load cases to which a steering shaft is exposed during operation, neither in the front edge area of the rollers under torsional stress nor over the longitudinal extension of the rollers when the two shaft parts are telescoping relative to each other.
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·· ·· Anmeldungstext vom 08.08.2002 Seite 3·· ·· Registration text dated 08.08.2002 Page 3
Eine Lenkwelle gemäß vorliegender Erfindung behält somit ihre Leichtgängigkeit auch über einen sehr langen Einsatzzeitraum hinweg.A steering shaft according to the present invention thus retains its smooth operation even over a very long period of use.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Laufbahnen zumindest oberflächengehärtet oder anderweitig verfestigt sind.According to an advantageous development of the invention, it is provided that the raceways are at least surface-hardened or otherwise strengthened.
Hierdurch wird eine deutliche Verlängerung des Zeitraumes, innerhalb dessen ein spielfreier und leichtgängiger Lauf der Lenkwelle auch bei extrem hoher und häufiger Beanspruchung gewährleistet bleibt, deutlich erhöht.
10This significantly increases the period within which play-free and smooth running of the steering shaft is guaranteed, even under extremely high and frequent loads.
10
Unter dem Gesichtspunkt einer kostengünstigen Montage ist es vorteilhaft, wenn die Rollen in an sich bekannter Weise in einem Käfig geführt sind.From the point of view of cost-effective assembly, it is advantageous if the rollers are guided in a cage in a conventional manner.
Ein weiterer Gedanke der Erfindung sieht vor, daß zumindest zwischen zwei einander gegenüber liegenden Laufbahnen Federelemente angeordnet sind, die sich unter Federspannung jeweils an den Laufbahnen direkt oder indirekt abstützen.A further idea of the invention provides that spring elements are arranged at least between two opposing raceways, which are supported directly or indirectly on the raceways under spring tension.
Durch den auf das innere Wellenteil aufgebrachten Druck werden die auf den anderen Laufbahnen geführten Rollen gegen das äußere Wellenteil gedrückt, so daß vorhandenes, toleranzbedingtes Spiel ausgeglichen wird. Hierdurch erfolgt eine Optimierung der Drehmomentenübertragung.The pressure applied to the inner part of the shaft presses the rollers guided on the other raceways against the outer part of the shaft, so that any existing play caused by tolerances is compensated. This optimizes the torque transmission.
Vorzugsweise sind die Federelemente als Blattfedern ausgebildet, wobei sie an einem beispielsweise aus einem geeigneten Kunststoff bestehenden Druckstück anliegen können, das am inneren Wellenteil anliegt. Durch einen bestimmbaren Reibungskoeffizienten des Druckstückes wird die durch die Rollen vorgegebene Leichtgängigkeit bei einer axialen Verschiebung zwischen innerem und äußerem Wellenteil beibehalten.The spring elements are preferably designed as leaf springs, whereby they can rest on a pressure piece made of a suitable plastic, for example, which rests on the inner shaft part. A determinable friction coefficient of the pressure piece ensures that the smooth running provided by the rollers is maintained during an axial displacement between the inner and outer shaft parts.
Vorzugsweise sind die Federelemente in Kammern des Käfigs plaziert, und zwar zwischen zwei Rollen. Dabei können über die Länge des Käfigs verteilt mehrere Kammern vorgesehen sein, in denen jeweils ein oder mehrere Federelemente angeordnet sindPreferably, the spring elements are placed in chambers of the cage, between two rollers. Several chambers can be provided distributed over the length of the cage, in each of which one or more spring elements are arranged
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Anmeldungstext vom 08.08.2002 Seite 4Registration text dated 08.08.2002 Page 4
Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Further advantageous embodiments of the invention are characterized in the subclaims.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben.Embodiments of the invention are described below with reference to the accompanying drawings.
Es zeigen:Show it:
Figur 1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Lenkwelle,Figure 1 shows a cross section through a steering shaft according to the invention,
Figur 2 einen Querschnitt durch das äußere Wellenteil der Lenkwelle nach Figur 1,Figure 2 shows a cross section through the outer shaft part of the steering shaft according to Figure 1,
Figur 3 einen Querschnitt durch das innere Wellenteil der erfindungsgemäßen Lenkwelle,Figure 3 shows a cross section through the inner shaft part of the steering shaft according to the invention,
Figur 4 eine Ansicht einer Rolle, wie sie zwischen dem inneren und dem äußeren Wellenteil eingesetzt wird.Figure 4 is a view of a roller as it is inserted between the inner and outer shaft parts.
Figur 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung in einem Längsschnitt,Figure 5 shows another embodiment of the invention in a longitudinal section,
Figur 6 einen Querschnitt durch die Lenkwelle nach Figur 5 gemäß der Linie VI-VI in Figur 5.Figure 6 is a cross-section through the steering shaft of Figure 5 along the line VI-VI in Figure 5.
Der in Figur 1 gezeigte Querschnitt durch eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnete Lenkwelle für ein Kraftfahrzeug macht deutlich, daß die Lenkwelle 1 aus einem inneren Wellenteil 2, einem äußeren Wellenteil 3 mit jeweils polygonalem Querschnitt und aus einer Vielzahl von als Wälzkörper wirksamen Rollen 4 besteht.The cross section shown in Figure 1 through a steering shaft for a motor vehicle, designated overall by the reference numeral 1, makes it clear that the steering shaft 1 consists of an inner shaft part 2, an outer shaft part 3, each with a polygonal cross section, and a plurality of rollers 4 acting as rolling elements.
Die beiden Wellenteile 2 und 3 greifen in bekannter Weise teleskopierbar ineinander und sind durch die Rollen 4 zur Übertragung eines Drehmomentes formschlüssig miteinander verbunden.The two shaft parts 2 and 3 telescopically engage with each other in a known manner and are positively connected to each other by the rollers 4 for the transmission of a torque.
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Die Rollen 4 sind, was auch Figur 4 besonders deutlich macht, tonnenförmig ausgebildet und weisen insoweit eine konvexe Außenkontur 4a auf.The rollers 4 are, as Figure 4 also makes particularly clear, barrel-shaped and thus have a convex outer contour 4a.
Die Wellenteile 2 und 3 mit ihrem polygonalen Querschnitt sind jeweils zwischen den Ecken einerseits an den Außenseiten des inneren Wellenteiles 2 und andererseits an den Innenseiten des äußeren Wellenteiles 3 mit Laufbahnen 5 bzw. 6 für die Rollen 4 ausgestattet, wobei die angesprochenen Laufbahnen 5 bzw. 6 entsprechend der konvexen Wölbung der Rollen 4 als konkav gewölbte Mulden ausgebildet sind.The shaft parts 2 and 3 with their polygonal cross-section are each equipped with raceways 5 and 6 for the rollers 4 between the corners on the one hand on the outer sides of the inner shaft part 2 and on the other hand on the inner sides of the outer shaft part 3, wherein the mentioned raceways 5 and 6 are designed as concavely curved troughs corresponding to the convex curvature of the rollers 4.
Die Wellenteile 2 und 3 können insgesamt aus einem gehärteten Material bestehen, es ist aber auch durchaus möglich, die Wellenteile 2 und 3 lediglich im Bereich der Laufbahnen 5 und 6 einer Oberflächenhärtung zu unterziehen.The shaft parts 2 and 3 can consist entirely of a hardened material, but it is also entirely possible to subject the shaft parts 2 and 3 to surface hardening only in the area of the raceways 5 and 6.
Für die Montage einer kompletten Lenkwelle 1 ist es von Vorteil, wenn die Rollen 4 in an sich bekannter Weise in einem Käfig 7 (Figuren 5 und 6) geführt sind.For the assembly of a complete steering shaft 1, it is advantageous if the rollers 4 are guided in a cage 7 (Figures 5 and 6) in a manner known per se.
Durch die Anpassung der Form der Laufbahnen 5 und 6 an die Form der Rollen 4 wird erreicht, daß eine möglichst geringe Flächenpressung zwischen den Rollen 4 und den Laufbahnen 5 und 6 unter allen Belastungs- und Einsatzfällen gegeben ist, wobei diese Belastungs- und Einsatzfälle einerseits durch eine Torsionsbeanspruchung beim Drehen der Lenkwelle 1 um ihre Mittellängsachse und durch das teleskopartige Verschieben der Wellenteile 2 und 3 relativ zueinander charakterisiert sind. In beiden Fällen bleibt eine weitgehend gleichmäßige Last- oder Kraftverteilung über die gesamte Länge der Rollen 4 hinweg erhalten, so daß die Flächenpressung über die gesamte Länge der Laufrollen 4 hinweg praktisch gleichbleibend ist.By adapting the shape of the raceways 5 and 6 to the shape of the rollers 4, the surface pressure between the rollers 4 and the raceways 5 and 6 is as low as possible under all load and application conditions, whereby these load and application conditions are characterized on the one hand by a torsional stress when the steering shaft 1 rotates about its central longitudinal axis and by the telescopic displacement of the shaft parts 2 and 3 relative to one another. In both cases, a largely uniform load or force distribution is maintained over the entire length of the rollers 4, so that the surface pressure is practically constant over the entire length of the rollers 4.
Weder bei einer Torsionsbeanspruchung der Lenk welle 1 noch bei einer teleskopartigen Verschiebung der beiden Wellenteile 2 und 3 relativ zueinander und ebenso wenig bei einer Kombination dieser beiden Belastungsfälle treten unerwünschte Spitzen bezüglich der Flächenpressung zwischen den Bauteilen auf,Neither in the case of a torsional load on the steering shaft 1 nor in the case of a telescopic displacement of the two shaft parts 2 and 3 relative to each other, nor in the case of a combination of these two load cases, do undesirable peaks occur with regard to the surface pressure between the components,
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so daß eine lange Lebensdauer mit gleichbleibend spielfreiem und leichtgängigen Lauf gewährleistet ist.so that a long service life with consistently play-free and smooth running is guaranteed.
In den Figuren 5 und 6 ist eine weitere Ausführungsform der Lenkwelle 1 dargestellt, bei der, wie erwähnt, die Rollen 4 in dem Käfig 7 gehalten sind.Figures 5 and 6 show a further embodiment of the steering shaft 1 in which, as mentioned, the rollers 4 are held in the cage 7.
Zwischen zwei Paaren von Rollen 4 ist jeweils im Käfig 7 eine Kammer 8 vorgesehen, in der ein Federelement 9 in Form einer bügeiförmigen Blattfeder plaziert ist.Between two pairs of rollers 4, a chamber 8 is provided in the cage 7, in which a spring element 9 in the form of a bow-shaped leaf spring is placed.
Während das in der in der Figur 5 erkennbaren linksseitigen Kammer 8 einliegende Federelement 9 sich sowohl am äußeren Wellenteil 3 wie auch am inneren Wellenteil 2 unmittelbar abstützt, übt das Federelement 9 in der rechtsseitigen Kammer 8 den Federdruck auf das innere Wellenteil 2 indirekt aus, wozu ein aus einem geeigneten, einen niedrigen Reibungskoeffizienten aufweisendes Druckstück 10 anliegt, das das innere Wellenteil 2 kontaktiert.While the spring element 9 located in the left-hand chamber 8 shown in Figure 5 is supported directly on both the outer shaft part 3 and the inner shaft part 2, the spring element 9 in the right-hand chamber 8 exerts the spring pressure on the inner shaft part 2 indirectly, for which purpose a pressure piece 10 made of a suitable material having a low coefficient of friction is applied, which pressure piece contacts the inner shaft part 2.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist zumindest die am inneren Wellenteil 2 anliegende Fläche des Druckstückes 10 ballig, entsprechend der muldenförmigen Ausbildung der zugeordneten Laufbahn 5 des inneren Wellenteiles 2 angepaßt.According to a preferred embodiment, at least the surface of the pressure piece 10 which rests against the inner shaft part 2 is crowned, adapted to the trough-shaped design of the associated raceway 5 of the inner shaft part 2.
Eine Anpassung der Querschnittskontur ist auch an der der Laufbahn 6 des äußeren Wellenteiles 3 anliegenden Seite des Federelementes 9 denkbar.An adaptation of the cross-sectional contour is also conceivable on the side of the spring element 9 adjacent to the raceway 6 of the outer shaft part 3.
Darüber hinaus besteht die Möglichkeit das Federelement 9 zweiteilig auszubilden, wobei sich jedes der beiden identischen Teile in Längsachsrichtung der Lenkwelle 1 erstreckt.Furthermore, it is possible to design the spring element 9 in two parts, with each of the two identical parts extending in the longitudinal axis direction of the steering shaft 1.
Statt der dargestellten Blattfeder kann das Federelement 9 durchaus auch in einer anderen Form konfiguriert sein, wobei statt eines Druckstückes 10 ein weiteres Druckstück an der Laufbahn 6 des äußeren Wellenteiles 3 anliegen kann. In diesem Fall sind als Federelemente 9 beispielsweise Schraubenfedern oder dergleichen einsetzbar.Instead of the leaf spring shown, the spring element 9 can also be configured in a different form, whereby instead of a pressure piece 10, another pressure piece can rest on the raceway 6 of the outer shaft part 3. In this case, for example, coil springs or the like can be used as spring elements 9.
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