DE2108913C3

DE2108913C3 - Stange oder Welle, insbesondere Lenkwelle für Kraftfahrzeuge, und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE2108913C3
Application number: DE2108913A
Authority: DE
Inventors: Keith Clarkson Frankston Victoria Reeves (Australien)
Original assignee: General Motors Holdens Pty Ltd
Current assignee: General Motors Holdens Pty Ltd
Priority date: 1970-02-23
Filing date: 1971-02-12
Publication date: 1975-05-28
Also published as: FR2078950A5; DE2108913B2; JPS519975B1; DE2108913A1; GB1276639A; US3698259A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Stange oder Welle, insbesondere Lenkwelle für Kraftfahrzeuge, aus teleskopartig ineinander passenden Teilen, die bei Überschreiten einer vorgegebenen axialen Belastung verkürzbar ist, wobei der innere Teil an seiner Außenfläche über einen Teil seiner Länge mit über den Umfang in Abstand voneinander angeordneten, im wesentlichen achsparallel verlaufenden Kanten versehen ist, die mit Berührungsflächen an der benachbarten Innenfläche des äußeren Teils unter Bildung einer Reibungskraft zusammenarbeiten.

Eine derart ausgebildete Lenkwelle ist beispielsweise durch die US-PS 3 434 369 bekannt. Bei dieser hat der innere Teil einen vieleckigen Querschnitt und der äußere Teil hat einen Abschnitt mit einem entsprechenden Innenquerschnitt, jedoch größerer Weite. In dem inneren Teil sind im Bereich zweier Kanten dieses Ab-Schnitts Kugeln eingesetzt, die die beiden Teile bis zu einer vorgegebenen axialen Belastung in axialer Richtung festlegen. Bei einer Torsionsdrehung des inneren Teils zum äußeren Teil kommen in einem zweiten, in gleicher Weise ausgebildeten Abschnitt, der axialen Abstand von dem ersterwähnten Abschnitt hat, die Kanten des inneren Teils gegen die inneren Seitenflächen des anderen Teils zur Anlage. Innerhalb der Drehrichtung erfolgt diese Anlage auf verschiedenen Seiten der zugeordneten Kante am äußeren Teil, so daß eine ichlupffreie Drehmomentübertragung nicht gegeben

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Stange oder Welle der eingangs erwähnten Art so auszugestalten, daß unter Beibehaltung der Möglichkeit einer schlupffreien Drehmomentübertragung ein größerer Energieverzehr beim Zusammenschieben erzielt wird, wobei die Kraft zum Zusammenschieben im wesentlichen konstant bleibt.

Die^ce Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Berührungsflächen am äußeren Teil durch über den Umfang verteilte im wesentlichen achsparallele Nuten an der Innenfläche des äußeren Teils über dessen Länge gebildet sind und zwischen den Berührungsflächen in Umfangsrichtung radiale Hohlräume zwischen beiden Teilen liegen, und daß der äußere und innere Teil mit Festsitz gepaßt sind.

Die effindungsgemäße Gestaltung hat neben der Lösung der gestellten Aufgabe den weiteren Vorteil, daß durch die Energieabsorption eine bleibende Verformung der Teile nicht eintritt, so daß eine Wiederverwendung nach Zurückziehen des eingeschobenen Teils ohne weiteres möglich ist. Ebenso kann die Einbaulänge ohne Beeinflussung der für den Zusammenstoßfall vorgegebene Eigenschaften durch Relativverschiebung der Teile zueinander einjustiert werden.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 und 3 beschrieben.

Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur Herstellung einer Stange oder Welle der erfindungsgemäßen Art.

Dieses Verfahren besteht darin, daß bei einem Zusammenschieben des inneren Teils und des ursprünglich zylindnschen äußeren Teils mit einer die vorgegebene axiale Belastung überschreitenden Kraft die Kanten des inneren Teils unter Überschreiten der Elastizitätsgrenze des Werkstoffs des äußeren Teils unter Bildung von Spannungen in dessen zwischen den Kanten liegenden Bereichen die Nuten im äußeren Teil dadurch formen, daß die Teile bis zum Erreichen der vorgegebenen kürzesten Länge der Stange oder Welle ineinandergeschoben und danach bis auf die vorgegebene Einbauiänge auseinandergezogen werden. Die Herstellung ist demnach einfach und billig, da eine übermäßig enge Tolerierung bei der Herstellung der Teile nicht erforderlich ist und ferner besondere Werkzeuge zur Verformung des äußeren Teils nicht benötigt werden.

Die Erfindung ist besonders nützlich für Lenkwellen von Kraftfahrzeugen, kann jedoch in einem weiten Anwendungsgebiet eingesetzt werden, wenn ein gesteuertes Zusammenschieben einer Stange unter axialer Überlast erforderlich ist. Beispielsweise können die Tragstangen von Stoßstangen von Kraftfahrzeugen in dieser Weise ausgebildet sein, um einen Teil der Zusammenstoßenergie ohne zusätzliche Werkstoffverformung aufzunehmen, wobei das Zusammenschieben der Tragstangen zweckmäßig schon bei verhältnismäßig geringer Auffahrgeschwindigkeit, beispielsweise von 8 km/h, erfolgen kann.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Er-

findung in Form einer Lenkwelle für Kraftfahrzeuge dargestellt In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine perspektivische unterbrochene Darstellung eines Teils der Lenkwelle,

F i g. 2 eine perspektivische unterbrochene, zum Teil geschnittene Darstellung des zugeordneten zweiten Teils der Lenkwelle,

F i g. 3 eine zum Teil geschnittene Seitenansicht der ineinandergesteckten Lenkwellenteile in größerem Maßstabe und

Fig.4 ein Querschnitt nach der Linie IVlV in Fig. 3.

Die Lenkwelle eines Kraftfahrzeugs besteht im wesentlichen aus zwei Teilen, nämlich einem zylindrischen äußeren Teil 2 und einem stangenförmigen inneren Teil 3, welch letzteres teleskopartig in den äußeren Teil paßt Die beiden Teile sind erfindungsgemäß so ausgebildet, daß sie durch Reibungsschluß in axialer Richtung festgelegt sind, jedoch zueinander verschieblich sind, wenn die axiale Belastung einen vorgesehenen Wert übersteigt. Hierbei ist es gleichgültig, ob diese axiale Belastung durch einen kräftigen Aufprall des Fahrers gegen das am Ende des inneren Teils befestigte Handlenkrad erfolgt oder beim Zusammenstoß durch eine axiale Kraft über das mit dem äußeren Lenkwellenteil verbundene Lenkgetriebe ausgeübt wird.

Der innere Teil 3 ist an seinem unteren Ende mit mehreren über den Umfang verteilten Kanten 4 versehen, die sich parallel zur Achse der Lenkwelle erstrekken. Die den inneren Teil 3 aufnehmende Innenfläche 5 des äußeren Teils 2 ist im wesentlichen zylindrisch ausgebildet, so daß die Reibberührung zwischen beiden Teilen nur im Bereich der Kanten 4 erfolgt.

Die Kanten 4 erstrecken sich nicht über die gesamte Länge des inneren Teils 3, so daß eine Berührung zwisehen beiden Teilen nur in diesem Bereich erfolgt, während der Rest des inneren Teils 3 Abstand vom äußeren Teil 2 hat.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Kanten 4 am unteren Ende des inneren Teils 3 dadurch gebildet, daß ein regelmäßiges Vieleck, z. B. ein Sechseck, als Querschnitt gewählt wird, dessen zwischen den Kanten 4 liegende ebene Flächen 7 im zusammengebauten Zustand der beiden Teile Hohlräume zwischen den Kanten ergeben. Selbstverständlich kann an Stelle der ebenen Flächen 7 auch eine andere Form gewählt werden, sofern nur der Abstand von dem anderen Teil gewährleistet ist.

In der zylindrischen Innenwand 5 des äußeren Teils 2 befinden sich den Kantenbereichen des inneren Teils 3 entsprechende Nuten, die sich parallel zur Lenkwellenachse über die gesamte nutzbare Länge des äußeren Teils erstrecken. Die Berührungsflächen dieser Nuten mit den Kantenbereichen des inneren Teils stellen die die Reibungskraft bestimmende Berührungsfläche zwisehen beiden Teilen dar.

Beim Ausführungsbeispiel, bei dem der Querschnitt des unteren Endes 6 des inneren Teils 3 ein regelmäßiges Sechseck ist, ist zweckmäßig der Umkreis dieses Sechsecks größer als der Innendurchmesser der Wandung 5 des äußeren Teils 2, während der Inkreis des Sechsecks kleiner als dieser Durchmesser ist. Hierdurch wird zwischen den beiden Teilen beim Ineinanderschieben ein Festsitz erzielt, wobei dieser im Bereich der Kanten 4 ein Maß von 0,5 bis 1,3 mm aufweist.

Der äußere Teil 2 wird zweckmäßig aus einem Stahlrohr oder einem anderen Metall geeigneter Elastizitätsgrenze gewählt Für den inneren Teil 3 ist eine Stahlstange geeignet, die vorzugsweise aus härterem Werkstoff besteht als der äußere Teil 2.

An der unteren Stirnfläche hat der innere Teil 3 zweckmäßig eine Abschrägung 9, um das Ineinanderschieben der beiden Teile zu erleichtern. Die Lenkwelle nach der Erfindung wird in folgender Weise hergestellt

Nachdem an dem inneren Teil 3 die Kanten 4 gebildet worden ist wird der innere Tril 3 in den äußeren Teil 2 eingetrieben, wobei durch die Kantenbereiche des inneren Teils Nuten 8 entsprechender Form in der Innenwand 5 des äußeren Teils 2 gebildet werden. Der innere Teil wird so weit in den äußeren Teil 2 eingetrieben, daß er die Stelle erreicht, die er auch beim Betrieb beim Zusammenschieben der beiden Teile infolge einer übermäßigen axialen Belastung erreicht. Diese Stellung der beiden Teile zueinander ist in F i g. 3 in gestrichelten Linien dargestellt. Nach der Bildung der Nuten 8 wird der innere Teil 3 wieder zurückgezogen, bis er die die normale Einbaulänge der Lenkwelle bestimmende Lage erreicht, in der eine Überlappung beider Teile gegeben ist.

Bei der Bildung der Nuten 8 durch die Kanten 4 wird der Werkstoff des rohrförmigen äußeren Teils 2 in diesem Bereich über die Elastizitätsgrenze beansprucht. Die Berührung zwischen beiden Teilen erfolgt über mehrere, über den Umfang verteilte voneinander getrennte Zonen, wobei zwischen diesen Zonen Restspannungen iin äußeren Teil 2 erhalten bleiben, die eine radial nach innen gerichtete Druckkraft auf den inneren Teil ausübt, so daß diese federnd zusammengehalten werden. Durch die in die Nuten 8 eingreifenden Kanten 4 ist auch eine spielfreie Drehmomentübertragung in beiden Drehrichtungen erzielt. Die axiale Kraft, die während des Betriebes erforderlich wäre, um ein Zusammenschieben der beiden Teile ineinander zu bewirken, ist geringer als die bei der Erstmontage aufzuwendende axiale Kraft, wobei erstere durch die erwähnten Restspannungen im äußeren Teil gegeben sind, so daß durch eine entsprechende Wahl der Werkstoffe, der Abmessungen der Teile, der Oberflächengüte ihrer Bearbeitung und gegebenenfalls Schmiermittel, diese Kraft einstellbar ist. Da, wie erwähnt, die Kanten nur über einen Teil des inneren Teils 3 vorgesehen sind, ergibt sich während des Zusammenschiebens eine konstante Reibungsfläche zwischen den beiden Teilen und der Lenkwelle, wodurch auch ein konstanter Energieverzehr je Längeneinheit beim Zusammenschieben erzielt wird.

Wenn auch bei der bevorzugten Ausführungsform die Kanten an dem inneren Teil 3 vorgesehen sind, so ist die Erfindung auf dieses Ausführungsbeispiel nicht beschränkt, vielmehr können Kanten in Form von Rippen an der Innenfläche des äußeren Teils vorgesehen werden, die in entsprechender Weise mit dem zylindrischen Innenteil zusammenarbeiten.

Für den Einbau der Lenkwelle in die Lenkanlage sind an den Teilen 2 und 3 an den freien Enden Befestigungsmittel 11 vorgesehen, die zweckmäßig leicht einsetzbar ausgebildet sind. Ferner ist es zweckmäßig, wenn die Lenkwelle zwischen ihren Enden durch eine Stütze od. dgl. mit der Spritzwand des Kraftfahrzeuges oder einer anderen Verankerung am Fahrzeug verbunden ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Stange oder Welle, insbesondere Lenkwelle für Kraftfahrzeuge, aus zwei teleskopartig ineinander S passenden Teilen, die bei Überschreiten einer vorgegebenen axialen Belastung verkürzbar ist, wobei der innere Teil an seiner Außenfläche über einen Teil seiner Länge mit über den Umfang in Abstand voneinander angeordneten, im wesentlichen achsparallel verlaufenden Kanten versehen ist, die mit Berührungsflächen an der benachbarten Innenfläche des äußeren Teils unter Bildung einer Reibungskraft zusammenarbeiten, dadurch gekennzeichnet, daß die Berührungsflächen am äußeren Teil durch über den Umfang verteilte im wesentlichen achsparallele Nuten (8) an der Innenfläche (5) des äußeren Teils (2) über dessen Länge gebildet sind und zwischen den Berührungsflächen in Umfangsrichtung radiale Hohlräume zwischen beiden Teilen liegen, und daß der äußere und innere Teil mit Festsitz gepaßt sind.

2. Stange oder Welle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Berührungsflächen zwischen den Kanten des inneren Teils und den Nuten im äußeren Teil 0,1 bis 1,3 mm breit sind.

3. Stange oder Welle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Teil (3) aus einem härteren Werkstoff als der äußere Teil (2) besteht

4. Verfahren zum Herstellen einer Stange oder Welle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Zusammenschieben des inneren Teils und des ursprünglich zylindrischen äußeren Teils mit einer die vorgegebene axiale Belastung überschreitenden Kraft die Kanten des inneren Teils unter Überschreiten der Elastizitätsgrenze des Werkstoffs des äußeren Teils unter Bildung von Spannungen in dessen zwischen den Kanten liegenden Bereichen die Nuten im äußeren Teil dadurch formen, daß die Teile bis zum Erreichen der vorgegebenen kürzesten Läng» der Stange oder Welle ineinandergeschoben und danach bis auf die vorgegebene Einbaulänge auseinandergezogen werden.

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