DE2322451A1

DE2322451A1 - Wellenverbindung, vorzugsweise in einer lenkspindel einer sicherheitslenksaeule

Info

Publication number: DE2322451A1
Application number: DE2322451A
Authority: DE
Inventors: Hans Arnold; Horst Bienas; Otto Hennecke; Carl-Heinz Reiche
Original assignee: Reiche and Co
Current assignee: Reiche and Co
Priority date: 1973-05-04
Filing date: 1973-05-04
Publication date: 1974-11-21
Also published as: FR2228175B1; IT1010764B; BR7403596D0; BE814125A; ES425918A1; FR2228175A1; NL7405453A

Description

Patentanwalt·

Dr. O. Loesenbeck Dipl.-Ing. Stracke

Dipl.-Ing. Loesenbeck 4t BMtMd, Herford« Straft· 17

Reiche & Co., 4910 Lage / Lippe, Gasstr. 15

Wellenverbindung, vorzugsweise in einer Lenkspindel einer

Sicherheitslenksäule

Es ist bekannt, Sicherheitslenksäulen mit einer aus mindestens zwei Teilen bestehenden Iienkspindel auszurüsten, wobei die Teile in axialer Richtung nach Überwindung einer Ansprechschwelle bewegbar sind. Die bisher bekannten Kapplungen der Lenkspindelteile sind aufgrund der Fertigungstoleranzen der Kopplungsmittel und der Lenkspindelteile nicht im Stande, das in beiden Richtungen zu übertragende Drehmoment spielfrei zu übertragen.

Da sich schon das geringste Spiel als fühlbarer, toter Lenkradausschlag und als Geräusch bemerkbar macht, wird der Spielraum zwischen den genannten Teilen entweder durch warm eingespritzte Kunststoffmassen ausgefüllt, durch einen Paßstift überbrückt oder durch ZusammendrücJixing mittels einer Innenkegelschraube bzw. einer Außenkegelmutter beseitigt.

Dauerteste unter Wechsellast haben gezeigt, daß durch diese Maßnahmen die eigentliche Funktion der Verbindungselemente verlorengeht und die Kraftübertragung nur durch den Kunststoff, den Paßstift bzw. durch die linienförmige Berührung der Kapplungsteile erfolgt. Diese Elemente verschleißen sehr schnell, da sie, um eine axiale Verschiebung der Verbindungsteile zu ermöglichen, sehr schwach dimensioniert sind und darum einer hohen Flächenpressung unterliegen.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wellenverbindung der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß nach dem Zusammenbau der mit üblichen Passungstoleranzen gefertigten Wellenteile das der Welle aufgegebene Drehmoment spielfrei in beiden Richtungen übertragen werden kann und auch ein üblicher, während des Betriebes auftretender Verschleiß die Spielfreiheit der gekoppelten Teile nicht beeinträchtigt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens ein Wellenteil bzw. eine Zone oder ein Element des Wellenteils nach Einleitung eines vorbestimmten Drehmomenets derart verformt wird, daß die Wellenteile kraft- und formschlüssig untereinander festlegbar sind und im Rahmen der Verformung det für den Spiel- ausgleich der Wellenteile benötigte Drehwinkel überschritten wird, um eine Rückfederungskraft zu erzeugen, die größer ist als das zu übertragende Drehmoment.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wellenverbindung ist mindestens eine Zone oder ein Element eines Wellenteils im Bereich des Formschlusses infolge der aufgegebenen Torsionskraft bleibend verformt. Zur Einleitung und Aufnahme der bleibenden Verformung können das Innen- oder Außenteil des Formschlusses der Wellenteile eine geschwächte Stelle besitzen, die z.B. als nach außen geöffnete Umfangsnut ausgebildet ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden beschrieben. Es zeigen:

E¹Ig. 1 eine Lenkspindel einer Sicherheitslenksäule im Längsschnitt,

Fig. 2 den oberen Teil der Lenkspindel nach der Fig. 1 in Ansicht und teilweise geschnitten,

Fig. 3 den Formschlußbereich der eine Lenkspindel anderer Bauart bildenden Wellenteile,

Fig. H- einen Schnitt nach der Linie IV - IV in Fig. 3,

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Fig.,5 einen Schnitt nach der Linie V - V in Fig. 3₅

-Fig. 6 den Formschlußbereich zweier Wellenteile einer Lenkspindel, bei der die Wellenteile mit einer Kerbverzahnung versehen sind,

Fig. 7 eine weitere Ausführungsform der Wellenverbindung im Schnitt

Fig. 8 das Außenteil der Wellenverbindung nach der Fig. 7 nach einer bleibenden Verformung des durch die umlaufende Nut geschwächten Teils,

Fig. 9 das Außenteil der Wellenverbindung nach der Fig. 7 in Ansicht.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Lenkspindel einer Sicherheitslenksäule weist Wellenteile 1, 2 auf, die im Bereich einer Zone form- und kraftschlüssig untereinander verbunden sind. Das Wellenteil 1 besitzt am unteren Ende eine Hülse 4, die außen mit einer Kerbverzahnung versehen ist. Die Hülse 4 nimmt eine Buchse 5 auf, in der ein Drehstab 6 drehbar gelagert ist, der am oberen Ende mit dem Wellenteil, z.B. über eine Madenschraube 8, verbunden ist, oder verschweißt ist.

Das untere Ende des Drehstabes 6 trägt eine Hülse 9, die außen ebenfalls mit einer Kerbverzahnung ausgestattet ist. Das Wellenteil 2 ist im Bereich der Zone 3 mit einer Innenkerbverzahnung ausgestattet.

Bei der Kopplung der Wellenteile 1 und 2 wird zunächst in Fig. die Hülse 9 in die Kerbverzahnung der Zone 3 des Wellenteils 2 eingeführt. Das Wellenteil 2 ist eingespannt, so daß der Drehstab 6 hierauf z.B. mittels eines Werkzeugs über Verzahnung 11 durch eine Torsionskraft verformt werden kann. Diese Verformung ist so stark, daß einerseits beim Einführen der verzahnten Hülse 4- in die Innenverzahnung der Zone 3 ein vollständiger Spiel- und Toieranzausfleich zwischen den einander zügeordnetenKerbzähnen

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stattfindet und überdies eine zusätzliche Torsionsvorspannung vorhanden ist, die einerseits größer ist als das über die Lenkspindel in beiden Eichtungen zu übertragende Drehmoment und andererseits eine Reibkraft ausübt, die bei axialer Bewegung der Wellenteile 1 und 2 einer vorgegebenen Ansprechschwelle entspricht.

Da der Vorspannwinkel in S¹Ig. 1 von der Zahnteilung abhängt, zeigt' S*ig. 2 eine iOrm der stufenlosen Regelbarkeit. Der Drehstab wird z.B. mittels eines Werkzeuges, das in eine Innenmehrkantaussparung 10 eingeführt wird, durch eine Torsionskraft vorgespannt. Wach der gewünschten Verformung des Drehstabes 6 wird dieser über die Madenschraube 8 gegenüber dem Wellenteil 1 festgelegt.

In dem Ausführungsbeispiel nach den 3?ig. 1 und 2 ist das Hohlwellenteil 1 mit einem Bund 11 versehen, der parallel zur Längsachse des Wellenteils verlaufende Riefen besitzt und zur Aufnahme eines Lenkrades dient.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 3 bis 5 besitzt das Wellenteil 2a eine Formschlußzone 3a, die mit einem Innensechskant ausgerüstet ist.

Das Wellenteil 1a weist am unteren Ende in Abstand voneinander angeordnete Sechskantstücke 12, 13 auf, die über ein durch eine Umfangsnut 14- eingezogenes Mittelstück 15 verbunden sind.

Zur Kopplung der Wellenteile 1a, 2a wird zunächst das Sechskantstück 13 in den mit einem Innensechskant ausgerüsteten Wellenteilabschnitt 3a eingeschoben. Hierauf wird das Mittelstück 15 durch Aufgabe eines Drehmomentes über den Drehwinkel hinaus verformt, der zum Spielausgleich der zu koppelnden Wellenteilabschnitte erforderlich ist. Unter Aufbringen einer axialen Kraft wird dann das Sechskantstück 12 in den Wellenteilabschnitt 3a eingeführt, so daß hierbei eine zusätzliche Torsionsvorspannung zwischen den Wellenteilen 1a und 2a entsteht, die größer sein muß als die in beiden Richtungen zu übertragenden Drehmomente.

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Der Formschluß zwischen den Wellenteilen 1a und 2a kann nicht nur durch mehreekförmige Abschnitte bzw. Formstücke erreicht werden, sondern auch durch Querschnitte dieser Teile, die von der runden Sonn abweichen und z.B. ovalförmig sind.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach der Fig. 6 ist das Wellenteil 1b am unteren Ende mit ringförmigen Abschnitten 16, 17 ausgerüstet, die außen eine Kerbverzahnung 18, 19 tragen. Die ringförmigen Abschnitte sind über ein Mittelstück 20 verbunden, das durch eine Umfangsnut 21 gegenüber den genannten Abschnitten eingezogen ist.

Das Wellenteil 2b besitzt im Formschlußbereich 3b eine Innenkerbverzahnung 22.

Nach dem Einführen des verzahnten Abschnittes 17 in den Formschlußteil 3b des Wellenteils 2b wird nach einer Einspannung des Wellenteils 2b dem Wellenteil 1b ein Drehmoment aufgegeben, über das das Mittelstück 20 verformt wird. Hierbei wird die Fließgrenze überschritten, so daß sich eine bleibende Verformung des Mittelstücks 20 ergibt. Im Zuge dieser Verformung werden die Kerbzähne 18 und 19 der Abschnitte 16 und 17 parallel zueinander verschoben. Diese Zahnversetzung ergibt beim Einführen des Abschnittes 16 in den Formschlußteil 3b den angestrebten Spielausgleich zwischen diesen Teilen und die erforderliche Torsionsvorspannung, damit Drehmomente in beiden Richtungen über die miteinander gekoppelten Wellenteile übertragen werden können.

Das Ausführungsbeispiel nach den Fig. 7 bis 9 unterscheidet sich von der Konstruktion nach der Fig. 6 dadurch, daß das durch eine Umfangsnut 23 geschwächte Mittelstück 24 in dem Wellenteil 2c vorgesehen ist. Im Formschlußbereich 3c besitzt das Wellental 2c zv/ei durch die Umfangsnut 23 bzw. durch das Mittelstück 24 getrennte ringförmige Abschnitte 25» 26, die mit einer Außenverzahnung versehen sind. Ferner besitzt der Formschlußbereich 3c eine Innenkerbverzahnung 27·

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Das Wellenteil 1c besitzt ein unteres. Ende 28, das mit einer Außenkerbverzahnung ausgestattet ist.

Die Außenverzahnungen der Abschnitte 25 und 26 dienen dazu, dem Wellenteil 2c ein Drehmoment aufzugeben, durch das eine bleibende Verformung des Mittelstücks 24, durch Überschreiten der i'ließgrenze, erreicht wird. Hierbei findet eine Versetzung der Innenkerbzähne des Abschnittes 25 zu denen des Abschnittes statt, wie dies in der 3?ig. 8 aufgezeigt ist. Beim Einführen des Endes 28 des Wellenteils 1c in den Formschlußbereich 3c findet eine toleranzausglexchende Verspannung der einander zugeordneten Kerbzähne unter einer zusätzlichen Torsionsvorspannung zwischen den gekoppelten Teilen statt.

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Claims

Patentansprüche

1. Wellenverbindung, vorzugsweise in einer Lenkspindel einer —-"oicherheitslenksäule, deren Teile in axialer Richtung nach Überwindung einer Ansprechschwelle teleskopartig bewegbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Wellenteil bzw. eine Zone oder ein Clement des Bellenteils (6,15»20,24) nach Einleitung eines vorbestimmten Drehmomentes derart verformt wird, daß die Wellenteile (1,2, 1a,2a, 1b,2b, 1c,2c) kraft- und formschlüssig untereinander festlegbar sind und im .Rahmen der Verformung der für den Spielausgleich der Wellenteile benötigten Drehwinkel überschritten wird', um eine Eückfederungskraft zu erzeugen, die größer ist als das zu übertragende Drehmoment.

2. Wellenverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Wellenteil im Bereich des i'ormschlusses (3j3a»3b, 3c) eine Zone oder ein Element besitzt-, die oder das bleibend infolge der aufgegebenen Torsionskraft verformt ist, und daß die einander zugeordneten Stützflächen der Wellenteile vor der Kopplung in Umfangsrichtung versetzt sind.

3. Wellenverbindung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Innen- oder Außenteil des Formschlusses der Wellenteile (la, 2a, 1b,2b, 1c,2c) eine geschwächte Stelle (15, 21, 24) zur Einleitung und Aufnahme der bleibenden Verformung besitzt.

4. Wellenverbindung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die geschwächte Stelle durch eine nach außen/geöffnete Umfangs-

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nut (14, 21, 23) bestimmt ist.

5. Wellenverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens an einem Wellenteil Kittel (10, 25, 26) für die Einleitung des zur Verformung notwendigen Drehmomentes vorhanden sind.

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6. Wellenverbindung nach.einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Torsionskraft zwischen beiden Wellenteilen (1,2} 1a,2aj 1b,2b} 1c,2c) regelbar ist.

7« Wellenverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenteile mindestens im Bereich des lOrmschlusses einen mehreckförmigen oder einen von der runden Form abweichenden, z.B. ovalförmigen Querschnitt besitzen.

8. Wellenverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die. Wellenteile im Kopplungsbereich mit einer Kerbverzahnung ausgerüstet sind.

9· Wellenverbindung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenteil im Bereich des Formschlusses zwei mit einer Außenverzahnung versehene Hülsen (4-,9) besitzt, die über einen Drehstab (6) untereinander verbunden sind.

10. Wellenverbindung nach Anspruch 9₅ dadurch gekennzeichnet, daß

der am unteren Ende eine verzahnte Hülse (9) tragende Drehstab (6) in der verzahnten Hülse (4) drehbar gelagert ist und sich durch den Innenraum des oberen mit der letztgenannten Hülse verbundenen Wellenteils (1) erstreckt und gegenüber diesem am oberen Ende (7) festgelegt ist.

11. Wellenverbindung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die verzahnten Hülsen (16,17) nti.t einem Wellenteil (1b) einstückig und durch eine Umfaagsnut (21) bzw. ein Mittelstück (20) getrennt sind.

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