DE19824477A1 - Teleskopische Lenkwelle für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Abstract

Eine teleskopische Lenkwelle für Kraftfahrzeuge mit einem äußeren Wellenteil und mit einem inneren Wellenteil, die beide durch Kugeln drehfest miteinander verbunden und axial gegeneinander verschieblich sind, wobei die Kugeln gleichzeitig in eine am äußeren Wellenteil angebrachte innere Längsnut und in eine am inneren Wellenteil angebrachte äußere Längsnut eingreifen, soll hinsichtlich ihrer Herstellbarkeit vereinfacht werden. DOLLAR A Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen den Wellenteilen eine Linearschiebeeinheit angeordnet ist, die einen Kugelkäfig aufweist, in dem die Kugeln drehbar gelagert und relativ zueinander ortsfest angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine teleskopische Lenkwelle für Kraftfahrzeuge mit den Merkmalen des Oberbegriffes des An­ spruches 1.

Eine teleskopische Lenkwelle dieser Art ist aus der DE 41 19 451 A1 bekannt. Danach wird zwischen einem äußeren Wellenteil und einem inneren Wellenteil der Lenkwelle ein Drehmoment mit Hilfe von zwei Kugelreihen übertragen, die je­ weils umlaufend geführte Kugeln aufweisen, die gleichzeitig sowohl in eine innere Längsnut des äußeren Wellenteiles als auch in eine äußere Längsnut des inneren Wellenteiles ein­ greifen. Durch diese Anordnung ermöglichen die Kugeln bzw. die Kugelreihen neben der Drehmomentübertragung außerdem eine Führung der beiden Wellenteile ineinander bei deren axialer Verschiebung gegeneinander. Die endlos umlaufenden Kugeln je­ der Kugelreihe werden in einer inneren und einer äußeren, an ihren Enden durch kreisbogenförmige Umlenkungen miteinander verbundene Bahnen geführt, die achsparallel und in einer ge­ meinsamen Achsebene der Lenkwelle angeordnet sind. Eine der­ artige Anordnung mit endlosen Kugelreihen erfordert einen ho­ hen Herstellungsaufwand und resultiert in einem relativ großen Gewicht.

Aus der DE 38 13 422 C2 ist ebenfalls eine teleskopische Lenkwelle bekannt, bei der jedoch die Drehmomentübertragung zwischen einem äußeren Wellenteil und einem inneren Wellen­ teil mit Hilfe von als Wälzkörper wirksamen Rollen erfolgt. Bei dieser Lenkwelle weisen die Wellenteile ein polygonales, insbesondere dreieckiges, Querschnittsprofil auf, deren ebene Bereiche zwischen den Ecken außen am inneren Wellenteil sowie innen am äußeren Wellenteil paarweise Abwälz- bzw. Abrollbah­ nen für die Rollen bilden. Außerdem können die Rollen bei ei­ ner bevorzugten Ausführungsform in Käfigen geführt und gehal­ tert sein. Wellen mit polygonalem, insbesondere dreieckigem, Querschnitt sind Spezialbauteile und im Unterschied zu Wellen mit kreisförmigem Querschnitt relativ teuer in ihrer Herstel­ lung. Außerdem sind während der Herstellung hohe Anforderun­ gen an die Maßgenauigkeit und Parallelität der auszubildenden Abrollbahnen sowie an eine exakte Ausrichtung und Anordnung der Rollen relativ zueinander und relativ zu ihren Abrollbah­ nen zu stellen. Der Herstellungsaufwand für einen derartigen Aufbau einer Lenkwelle aus Spezialbauteilen ist relativ groß.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, eine teleskopische Lenkwelle der eingangs genannten Art da­ hingehend auszugestalten, daß sich ihre Herstellung verein­ facht.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch eine teleskopische Lenkwelle mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, zwischen dem inneren Wellenteil und dem äußeren Wellenteil ein zusätz­ liches, separates Bauteil, nämlich eine Linearschiebeeinheit, anzuordnen, in der die Kugeln, zweckmäßigerweise mit Hilfe eines Kugelkäfigs, drehbar gelagert und relativ zueinander ortsfest angeordnet sind. Während einer axialen Verstellbewe­ gung zwischen den Wellenteilen folgt der Kugelkäfig aufgrund der Abrollbewegungen der Kugeln in ihren Längsnuten dieser Verstellbewegung, jedoch relativ zu den Wellenteilen mit ei­ nem kleineren, in der Regel halb so großen Verstellweg.

Längsnuten, in denen Kugeln nahezu reibungsfrei abrollen kön­ nen, sind standardisiert und relativ einfach herstellbar. Au­ ßerdem lassen sich die Kugeln mit Hilfe eines Kugelkäfigs re­ lativ einfach so zueinander anordnen, daß eine reibungsarme Führung der Kugeln in den Längsnuten gewährleistet ist.

Ein weiterer, wichtiger Vorteil der erfindungsgemäßen Lenk­ welle ist darin zu sehen, daß die Linearschiebeeinheit als separates Bauteil herstellbar und als solches komplett an ei­ nem der Wellenteile montierbar ist. Durch diese Maßnahme kann die Herstellung der teleskopischen Lenkwelle erheblich ver­ einfacht werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der teleskopischen Lenkwelle kann die Linearschiebeeinheit wenigstens eine Hülse aufweisen, die an einem der beiden Wellenteile ortsfest ange­ bracht ist, wobei die Hülse die bezüglich des vorgenannten Wellenteiles ortsfesten Längsnuten aufweist. Auf diese Weise kann die direkte Anbringung der Längsnuten an dem Wellenteil, an dem die Hülse ortsfest angebracht wird, eingespart werden. Die Längsnuten lassen sich in einer solchen Hülse beispiels­ weise durch eine Biegeverformung erheblich einfacher ausbil­ den, als in einem massiven Wellenteil, bei dem zur Einbrin­ gung einer Nut eine spanabhebende Bearbeitung erforderlich ist. Darüber hinaus können Fertigungs- und Lagetoleranzen der Längsnuten durch die Hülse, zumindest teilweise, ausgeglichen werden, da die Hülse zumindest im Vergleich zu einer massiven Welle ein relativ nachgiebiges Bauteil ist. Außerdem können Herstellungstoleranzen besser eingehalten und einfacher über­ prüft werden, wenn die miteinander zusammenwirkenden Bautei­ le, hier Kugeln, Kugelkäfig und Hülse(n), zu einer separat montierbaren Baugruppe, nämlich der Linearschiebeeinheit, vorgefertigt werden.

Bei einer zweckmäßigen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lenkwelle kann die Hülse auf ihrer den Kugeln abgewandten Seite mit radialen Erhebungen versehen sein, die in korre­ spondierende Vertiefungen formschlüssig eingreifen, die in demjenigen Wellenteil ausgebildet sind, an dem die Hülse ortsfest angebracht ist. Mit Hilfe dieser miteinander zusam­ menwirkenden Vertiefungen und Erhebungen wird die ortsfeste Anbindung der Hülse an das jeweilige Wellenteil hergestellt. Beispielsweise bilden die Erhebungen und die damit korrespon­ dierenden Vertiefungen einen Klemmsitz im Sinne einer Preß- Passung, wenn die Hülse in das äußere Wellenteil eingeschoben oder auf das innere Wellenteil aufgezogen wird.

Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform sind in den die Erhebungen der Hülse enthaltenden Bereichen der Hülse auf deren, den Kugeln zugewandten Seite die Längsnuten der Hülse ausgebildet, wodurch die Hülse besonders preiswert, insbeson­ dere durch Biegeverformung, herstellbar ist.

Bei einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lenk­ welle kann die Hülse Anschlagmittel aufweisen, die mit den Kugeln oder mit dem Kugelkäfig unter Ausbildung axialer An­ schläge zusammenwirken und den Verschiebeweg des Kugelkäfigs bzw. der Kugeln entlang der Hülse begrenzen. Durch diese Maß­ nahme wird sichergestellt, daß sich die Kugeln hülsenseitig nur auf den dafür an der Hülse vorgesehenen Abrollbahnen, nämlich den Längsnuten der Hülse, bewegen, wodurch die Funk­ tionssicherheit der Linearschiebeeinheit besser gewährleistet werden kann. Außerdem wird dadurch die Handhabung der Linear­ schiebeeinheit als separates Bauteil vereinfacht, da auf die­ se Weise die Kugeln und der Kugelkäfig verliersicher an der Hülse gehaltert sind.

Vorzugsweise kann (können) bei einer Weiterbildung der erfin­ dungsgemäßen Lenkwelle die Hülse (Hülsen) den Kugelkäfig ra­ dial außen oder (und) radial innen gehäuseartig abschließen. Durch diese Maßnahme wird zusätzlich die Handhabung der Line­ arschiebeeinheit als separates Bauteil verbessert. Insbeson­ dere bewirkt die als Gehäuse ausgebildete Hülse einen Schutz der Linearschiebeeinheit vor Verunreinigungen, insbesondere während eines Transportes zwischen ihrem Herstellungsort und ihrem Einbauort. Beispielsweise können die Kugeln im derart ausgebildeten Hülsengehäuse bereits mit einer entsprechenden Schmierung ausgestattet sein, so daß auch ein derartiger Mon­ tageschritt beim Zusammenbau der erfindungsgemäßen Lenkwelle entfallen kann.

Das der Erfindung zugrundeliegende Problem wird außerdem durch eine Linearschiebeeinheit mit den Merkmalen des Anspru­ ches 7 gelöst. Die für eine teleskopische Lenkwelle durch die erfindungsgemäße Linearschiebeeinheit erzielbaren Vorteile ergeben sich insbesondere aus dem Vorgenannten.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nach­ stehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der je­ weils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombi­ nationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung nä­ her erläutert. Es zeigen, jeweils schematisch,

Fig. 1 eine geschnittene Seitenansicht entlang der Schnitt­ linie I-I in Fig. 2 auf eine erfindungsgemäße tele­ skopische Lenkwelle in einem Bereich, in dem die Wellenteile ineinandergreifen, und

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Lenkwelle in einer in Fig. 1 mit II gekennzeichneten Ebene.

Entsprechend den Fig. 1 und 2 weist die erfindungsgemäße Lenkwelle 1 ein äußeres Wellenteil 2 auf, das an einem Ende, in Fig. 1 am linken Ende, mit einem Gelenkflansch 3 ausge­ stattet ist. Das äußere Wellenteil 2 ist hohl ausgebildet und weist einen zylindrischen Querschnitt auf.

In das offene, vom Gelenkflansch 3 abgewandte, entsprechend Fig. 1 rechte Ende des äußeren Wellenteils 2 ist ein inneres Wellenteil 4 mit im wesentlichen kreisförmigem Querschnitt eingeführt. Zwischen dem inneren Wellenteil 4 und dem äußeren Wellenteil 2 ist ein zylindrischer Ringraum 5 ausgebildet.

Im Ringraum 5 ist erfindungsgemäß eine Linearschiebeeinheit 6 angeordnet. Diese Linearschiebeeinheit 6 ist auf ihrer radia­ len Außenseite mit einer gehäuseartigen, zylindrischen Hülse 7 versehen. Im Inneren der Hülse 7 weist die Linearschiebe­ einheit 6 einen Kugelkäfig 8 auf, in dem Kugeln 9 drehbar ge­ lagert sind. Gleichzeitig bewirkt der Kugelkäfig 8, daß die darin gelagerten Kugeln 9 in ihrer Relativlage zueinander un­ verändert, d. h. ortsfest zueinander gehaltert sind.

Auf der Außenseite des inneren Wellenteiles 4 sind äußere Längsnuten 10 eingebracht, in welche die Kugeln 9 eingreifen, wobei die äußeren Längsnuten 10 innere Abrollbahnen für die Kugeln 9 bilden. Korrespondierend zu den äußeren Längsnuten 10 sind auf der Innenseite der Hülse 7 innere Längsnuten 11 angebracht, in welche die Kugeln 9 eingreifen, wobei die in­ neren Längsnuten 11 äußere Abrollbahnen für die Kugeln 9 bil­ den.

Die Hülse 7 der Linearschiebeeinheit 6 ist ortsfest am äuße­ ren Wellenteil 2 angebracht, so daß auch die inneren Längsnu­ ten 11 relativ zum äußeren Wellenteil 2 ortsfest sind. Durch. den Wirkeingriff der Kugeln 9 sowohl in die äußeren Längsnu­ ten 10 als auch in die inneren Längsnuten 11 wird zum einen eine effiziente Drehmomentübertragung zwischen den Wellentei­ len 2 und 4 gewährleistet. Zum anderen wird dadurch eine Axialverstellung entsprechend dem Doppelpfeil a der beiden Wellenteile 2 und 4 gegeneinander ermöglicht.

In Fig. 1 ist eine mittlere Lage der Lenkwelle 1 wiedergege­ ben, von der aus eine Linearverstellung etwa mit demselben Verstellweg sowohl nach links als auch nach rechts durchführ­ bar ist. Hierbei ist zu beachten, daß während einer Linear­ verstellung zwischen den Wellenteilen 2 und 4 auch der Kugel­ käfig 8 einschließlich der darin gehalterten Kugeln 9 eine Axialbewegung relativ zum äußeren Wellenteil 2 und relativ zum inneren Wellenteil 4 ausführt. Überlicherweise fällt die Verstellbewegung des Kugelkäfigs 8 relativ zu den Wellentei­ len 2 und 4 etwa halb so groß aus wie die Verstellbewegung zwischen den Wellenteilen 2 und 4.

Der maximal erzielbare Verstellweg zwischen den Wellenteilen 2 und 4 wird durch den maximalen Verstellweg des Kugelkäfigs 8 definiert. Zur Begrenzung des Verstellweges des Kugelkäfigs in der Hülse 7 bzw. der Kugeln 9 in ihren inneren Längsnuten 11 sind an den axialen Enden der inneren Längsnuten 11 radial nach innen vorstehende Anschläge 12 ausgebildet, die mit den jeweils axial vorausgehenden Kugeln 9 des Kugelkäfigs 8 zu­ sammenwirken und den Verstellweg des Kugelkäfigs 8 axial be­ grenzen.

Entsprechend Fig. 2 enthält die Linearschiebeeinheit 6 beim dargestellten Ausführungsbeispiel sechs parallele Reihen von Kugeln 9, die umfangsmäßig gleichmäßig am im wesentlichen zy­ lindrischen Querschnitt des inneren Wellenteiles 4 angeordnet sind. Durch die große Anzahl von parallelen Kugelreihen kön­ nen große Drehmomente relativ verschleißfrei zwischen den Wellenteilen 2 und 4 übertragen werden.

Die im wesentlichen zylindrische Hülse 7 der Linearschiebe­ einheit 6 ist auf ihrer Außenseite mit sich axial erstrecken­ den Erhebungen 13 ausgestattet, die in korrespondierende Ver­ tiefungen 14 auf der Innenseite des äußeren Wellenteiles 2 formschlüssig eingreifen. Wie aus Fig. 2 deutlich wird, kön­ nen die Vertiefungen 14 im äußeren Wellenteil 2 mit einer re­ lativ einfachen Geometrie ausgebildet sein, wodurch sich auch ihre Herstellung dementsprechend einfach gestaltet.

Die Erhebungen 13 werden vorzugsweise derart ausgebildet, daß sich dadurch auf der Innenseite der Hülse 7 gleichzeitig die inneren Längsnuten 11 der Hülse 7 ausbilden. Auf diese Weise können die außenliegenden, axialen Erhebungen 13 quasi auto­ matisch bei der Ausformung der innenliegenden inneren Längs­ nuten 11 hergestellt werden.

Durch den Formschluß, mit dem die Erhebungen 13 der Hülse 7 in die Vertiefungen 14 des äußeren Wellenteils 2 eingreifen, ergibt sich eine hoch wirksame drehfeste Verbindung zur Über­ tragung von Drehmomenten. Um eine effektive Anbindung der Hülse 7 an das äußere Wellenteil 2 auch in Axialrichtung zu erreichen, können die Abmessungen der Hülse 7 bzw. ihrer Er­ hebungen 13 und der lichte Innendurchmesser des äußeren Wel­ lenteils 2 bzw. dessen Vertiefungen 14 derart gewählt bzw. bemessen sein, daß sich ein Preßsitz zwischen Hülse 7 und äu­ ßerem Wellenteil 2 ausbildet. Insbesondere können die genann­ ten Abmessungen zusätzlich mit dem Durchmesser des inneren Wellenteiles 4 dahingehend abgestimmt sein, daß sich die An­ pressung der Erhebungen 13 in den Vertiefungen 14 erhöht bzw. erst dann ausbildet, wenn das innere Wellenteil 4 in die be­ reits im äußeren Wellenteil 2 vormontierte Linearschiebeein­ heit 6 eingebracht wird.

Ein wichtiger Vorteil der erfindungsgemäßen teleskopischen Lenkwelle 1 ist unter anderem darin zu sehen, daß die Linear­ schiebeeinheit 6 als separates Bauteil vorgefertigt werden kann und im Rahmen eines Zusammenbaus der Lenkwelle 1 kom­ plett montierbar ist. Dabei ist es besonders zweckmäßig, wenn die Hülse 7, wie im dargestellten Ausführungsbeispiel, als Außenhülse ausgebildet ist, die eine Art Gehäuse für die Li­ nearschiebeeinheit 6 bildet, das den Kugelkäfig 8 und die darin untergebrachten Kugeln 9 umfaßt. Die auf diese Weise separat herstellbare und montierbare Linearschiebeeinheit 6 beinhaltet in der bevorzugten Ausführungsform - wie oben be­ schrieben - die inneren Ablaufbahnen, d. h. die inneren Längs­ nuten 11, der Kugeln 9 und definiert somit direkt den Ver­ stellweg des Kugelgehäuses 8 und gibt indirekt den Verstell­ weg der Wellenteile 2 und 4 gegeneinander vor. Die Linear­ schiebeeinheit 6 kann bei ihrer Montage in der Lenkwelle 1 beispielsweise bereits mit einer Schmierung für die Kugeln 9 versehen sein.

Im Unterschied zu der in den Fig. 1 und 2 dargestellten be­ vorzugten Ausführungsform kann die Linearschiebeeinheit 6 al­ ternativ oder zusätzlich zur Außenhülse 7 mit einer innenlie­ genden Hülse ausgestattet sein, die in entsprechender Weise dann die äußeren Längsnuten 10 enthält und ihrerseits orts­ fest am inneren Wellenteil 4 anbringbar ist.

Claims (7)

1. Teleskopische Lenkwelle für Kraftfahrzeuge mit einem äuße­ ren Wellenteil und mit einem inneren Wellenteil, die beide durch Kugeln drehfest miteinander verbunden und axial gegen­ einander verschieblich sind, wobei die Kugeln gleichzeitig in eine bezüglich dem äußeren Wellenteil ortsfeste innere Längs­ nut und in eine bezüglich dem inneren Wellenteil ortsfeste äußere Längsnut eingreifen, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Wellenteilen (2 und 4) eine Linearschiebe­ einheit (6) angeordnet ist, die einen Kugelkäfig (8) auf­ weist, in dem die Kugeln (9) drehbar gelagert und relativ zu­ einander ortsfest angeordnet sind.

2. Lenkwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Linearschiebeeinheit (6) wenigstens eine Hülse (7) aufweist, die an einem der beiden Wellenteile (2 oder 4) ortsfest angebracht ist, wobei die Hülse (7) die bezüglich des vorgenannten Wellenteiles (2 oder 4) ortsfesten Längsnu­ ten (10 oder 11) aufweist.

3. Lenkwelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (7) auf ihrer den Kugeln (9) abgewandten Seite mit Erhebungen (13) versehen ist, die in korrespondierende Vertiefungen (14) formschlüssig eingreifen, die in dem rela­ tiv zur Hülse (7) ortsfesten Wellenteil (2 oder 4) ausgebil­ det sind.

4. Lenkwelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebungen (13) der Hülse (7) kugelseitig die Längs­ nuten (10 oder 11) der Hülse (7) bilden.

5. Lenkwelle nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (7) Anschlagmittel (12) aufweist, die mit den Kugeln (9) und/oder dem Kugelkäfig (8) unter Ausbildung axia­ ler Anschläge zusammenwirken und den Verschiebeweg des Kugel­ käfigs (8) entlang der Hülse (7) begrenzen.

6. Lenkwelle nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse(n) (7) den Kugelkäfig (8) außen und/oder innen gehäuseartig abschließt bzw. abschließen.

7. Linearschiebeeinheit für eine teleskopische Lenkwelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche.