CN102224348A - 滑动套筒 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种可伸缩的转向轴(1)，其具有内轴(2)和外轴(3)，所述内轴和外轴相互同轴地设置并且具有非圆形的横截面以用于传递转矩，其中在所述外轴(3)和所述内轴(2)之间设有中间空隙，在所述中间空隙内设置有滑动套筒(5)，其中所述滑动套筒(5)在至少一个面向所述内轴(2)或所述外轴(3)的表面上设置有表面结构(11)。

Description

滑动套筒
技术领域
本发明涉及一种具有权利要求1的前序部分特征的用于两个可相互套入或旋转插入的结构元件之间的滑动套筒，以及一种具有权利要求5的前序部分特征的可伸缩的转向轴，以及一种具有权利要求11特征的用于制造滑动套筒的方法。
背景技术
滑动套筒用于减少摩擦，并且/或者用于补偿例如在可相对扭转的且可伸缩的套管之间间隙和补偿在可伸缩的转向轴的外轴和内轴之间的间隙。
可伸缩的转向轴具有两个同轴的轴部分，所述两个轴部分具有非圆形的横截面并且可轴向移动，但是能够传递转矩。在转向轴中重要的是在传递转矩时无间隙，但是尽可能低摩擦也是重要的。可伸缩的转向轴在机动车中插入在转向传动机构和通常可调节的转向柱之间。转向轴应该补偿在转向传动机构和转向柱之间的距离的略微的变化，所述变化例如是由于在汽车行驶时由于车身的扭转而导致的动态负载而产生，而且允许转向传动机构在橡胶支承结构内的运动和/或转向轴的长度可调节性。
在现有技术中，由文献DE 32 23 004已知，外轴和内轴具有相应地互补的轮廓，以便在具有可伸缩性的同时允许转矩的传递。为了到达高度的无间隙性，借助工具使外轴在外形上相应地适配于内轴。在此，已知管形的内轴以及由实心材料制成的内轴。US 5,383,811示出一种塑料元件，其插入在可伸缩的轴段之间。EP 0 755 843 B1同样示出一种塑料中间件，但是其不能够传递转矩。US 5,590,565也公开了一种在两个可伸缩的管之间的塑料中间件，其同样不适于传递转矩。
在EP 0 916 564 B1中示出另一种现有技术。在这里示出具有相互配合的轴部分的非圆形的外形的可伸缩的转向轴。在两个轴部分之间设有塑料套筒，其目的是，可持久改善滑动特性。尤其是应该减少所谓的粘滑效果的趋势。该效果在微小的运动时由于在附着摩擦和滑动摩擦之间的差异导致在机动车转向机构中不允许的噪音产生。
这在如现有技术的可伸缩的转向轴中无法持久地令人满意。
由另外两篇文献已知具有减少摩擦的特性的且应该不具有粘滑的滑动支承结构。DE 41 30 688 A1示出一种用于减震器的活塞杆的滑动轴承的减少摩擦的涂层。该支承结构不是设计用于传递转矩。US2003/0156769A1示出静压轴承的不同的构造。轴承支承面设置有狭缝，通过所述狭缝，在压力的作用下能够将油压到相对置的轴承支承面之间。这些轴承也不适用于传递转矩。两种轴承在制造上是耗费的，并且需要可相对彼此运动的部件的高的表面质量。因此，这些轴承不适于可伸缩的转向轴的支承。
在文献EP 1 873 038 A1中示出最新的现有技术。在这里示出具有非圆形的横截面的可伸缩转向轴具有在可轴向移动的结构元件之间的滑动套筒。滑动套筒设置有周向的或轴向平行的槽，在所述槽内能够设置润滑剂。槽或沟作为在滑动套筒的表面内的惯常的、可见的结构成型。这意味着，在装配时必须有针对性地在这些槽中注入大量的润滑剂。这样的润滑剂储存处在机动车上原则上是存在问题的，因为在重力和在机动车中的部分的高的环境温度的影响下，这样的润滑剂能够移动。其能够移动到相应的沟的底侧，并且最终在运动中溢出滑动套筒。
发明内容
因此，本发明的目的是，提供一种滑动套筒和尤其是可伸缩的转向轴，所述转向轴具有持久改善的滑动特性。
该目的由具有权利要求1的特征的滑动套筒和具有权利要求5的特征的转向轴以及具有权利要求11的特征的方法得以实现。在从属权利要求中示出本发明的有利的改进形式。
因为内表面和/或外表面的至少一个区域在加工后通过研磨、喷砂或借助成型法设置有保留润滑剂的表面结构，所以其能够使涂覆的润滑剂持久地保留在形成的凹部内。此外，因为保留润滑剂的表面结构通过滑动套筒的长链聚合物的断链而形成，其中借助于辊压操作在铸造表层内产生断链，所以需要少量的润滑剂。相反，与设置有肉眼可见的凹槽的套筒表面相比，套筒的其余的支撑表面特别地大。
在此，也能够仅从一侧，例如仅从外侧进行压印或粗糙化。
因为在根据本发明的转向轴中使用滑动套筒，所述滑动套筒的至少一个面向轴部分的表面变粗糙，尤其是设置有压痕或凹槽，所以滑动套筒能够在该表面结构内持久地保留有润滑剂，使得持久地降低摩擦。在此，滑动套筒能够通过校准适配于内轴的外形，其中有利的是，在校准过程期间在表面产生压痕或凹槽。
因为在根据本发明的用于制造可伸缩的转向轴中，所述转向轴具有内轴和外轴，所述内轴和外轴相互同轴地设置并且具有非圆形的横截面以用于传递转矩，其中在外轴和内轴之间设有中间空隙，在所述中间空隙内设置有滑动套筒，其中滑动套筒在至少一个面向内轴或外轴的表面上设置有表面结构，其中表面结构通过借助辊或滚轮的辊压操作形成，所以产生大量的小的润滑剂储存处，所述润滑剂储存处能够使润滑剂保留得特别持久，并且所述润滑剂储存处通过特别少量的润滑剂就能够足够地被填充。
在此足够的是，辊设置有光滑的表面，并且通过压力和因此出现的变形使铸造表层局部破裂。也有利的是，辊设置有不规则的、小部分的表面结构，所述表面结构的结构元件小于500μm，并且尤其是平均小于100μm。因此，即便在弹性挠性材料的情况下也导致铸造表层的破裂。此外，因此产生具有虽然不规则地成形和设置的，但是在尺寸方面受限制的储存处的结构。
附图说明
下面借助于附图说明本发明的实施例。附图示出：
图1示出可伸缩的转向轴的侧视图；
图2示出具有套装的滑动套筒的内转向轴的立体图；
图3示出根据图1的转向轴的侧面的纵向剖视图；
图4示出根据本发明的滑动套筒的侧视图；
图5示出根据图4的滑动套筒的立体图；
图6示出用于加工具有内转向轴的根据本发明的滑动套筒的示意的横截面图；以及
图7示出转向轴的通过外部的转向轴、滑动套筒和内部的转向轴的横截面图。
具体实施方式
在图1中示出可伸缩的转向轴1的侧视图。转向轴1包括内轴2和外轴3。内轴2设置有非圆形的，在该示例中为大致苜蓿叶形的横截面。外轴3构成管形，并且具有内空的横截面，所述横截面与内转向轴的外周轮廓互补。内轴2和外轴3在端侧分别载有本身已知的用于万向节的连接件4，所述万向节用于连接转向传动机构和转向柱。在该示例中示出万向接头作为接头，在所述万向接头中在构成为叉状件的连接件4内可旋转地安装有万向节十字头的销(销十字头)，其中叉状件的支承结构相互垂直地偏置，但是可设想且可能的是，其它接头或完全不同的元件与可伸缩的轴部分连接，例如在一端直接连接用于与转向传动机构啮合的小齿轮。
图2示出内部的转向轴2的立体图。在这里，转向轴2载有滑动套筒5，所述滑动套筒在内轴2的自由端6附近套装在轴2的外轮廓上，并且在轴向方向上通过闭锁凸起7、8固定。
图3示出图1中的转向轴1的纵向剖视图。内轴2由实心材料制成。它在内部空腔8的大致3/4的长度上接合在外轴3的内轮廓中。滑动套筒5设置在内轴2和外轴3之间的重叠区域内且大致设置在中央。内轴2的自由端6与空腔9的端部具有一定距离。
图4示出滑动套筒5的侧视图。滑动套筒5在其外侧具有光滑的多个表面区域10和在这些表面区域之间的结构化的表面区域11。在图5中，以立体图可更好地看出滑动套筒5的几何构造。滑动套筒5具有大致相当于内轴2和外轴3的苜蓿叶形状的横截面。滑动套筒5构成为具有相同形状的横截面和垂直于中间轴线12定向的两个平行的端面13的构件。滑动套筒5例如能够通过挤压由热塑性材料制成。
在挤压时，同样如在注塑时，以高于软化点的较高温度将塑料材料挤压到模具内或穿过模具。在塑料与模具的接触区域内形成相当于使用的模具的内表面的光滑的层或“皮”。表明区域10的特征且以及表明图4和5中的滑动套筒5的内表面的特征的这个光滑的层，不具有适于持久地保留润滑剂的结构。因此，直接在加工后存在的应用于如现有技术的装置内的状态不适于持久地用于避免粘滑效果。
为了在图3中所示的设计结构中，——在所述设计结构中，在伸缩时滑动套筒5连同内轴2一起运动并且相对于外轴3移动——，保证持久地减少静摩擦和滑动摩擦，在滑动套筒5的外表面上设有结构化的区域11。
能够以适合的方式将结构化的区域11变粗糙。但是最好是压痕或凹槽，所述压痕或凹槽使由制造过程导致的光滑的表面破裂，并且构成具有保留润滑剂的能力的袋状构造。
在图6中示出用于套筒5的加工的示例。图6示出通过内部的转向轴2和滑动套筒5的横截面。滑动套筒5通过滚轮15压入内部的转向轴2的具有距中间轴线较小的半径的区域内。在此，滚轮15具有多个突起或钉16，所述突起或钉在平行于轴向方向的滚动过程期间穿透滑动套筒5的表面。在此，光滑的表面结构破裂并且改变。形成用于保留润滑剂所需的凹槽或压痕。滑动套筒5的位于与滚轮15的接触区域外的表面区域保持光滑，并且形成已经示出的光滑的表面区域10。
如试验表明，在套筒由长链聚合物形成的情况下长链断裂就足够使得达到良好的润滑材料吸附。通过较长的链的断裂在一定程度上在表面内形成相应的粗糙部，所述粗糙部适合作为润滑袋。在表面内的微小的变化经常就足够用于改善滑座的持久润滑。在此，接触面的通过校准到达的扩大的效果也起作用。因此，令人惊讶的是，借助于光滑的辊达到所需的表面结构，所述辊的Ra值在与滑动套筒5的接触区域内小于1。但是应该理解这种光滑的辊的使用并不一定是优选的实施形式，即便其在很多情况下导致保留润滑剂的表面结构的构成。
辊的用于制成滑动套筒的结构化最好构成为是特别小部分的且不规则的，其例如通过在辊的表面上的硬质金属或陶瓷的颗粒形成，其中平均的颗粒直径应该小于500μm。特别优选的是，平均的颗粒直径小于100μm。通过使由长链聚合物形成的铸造表层破裂，这样构成的辊在辊压表面时产生希望的表面结构。在此形成的非常精细的且不规则的压痕特别好地保留润滑剂。不需要将大量的润滑剂置于特殊的润滑剂储存处内，相反如此提供的表面通过喷射或其它涂覆设置有薄的润滑剂膜就是足够的，其中所述润滑剂膜随后积聚在表面结构内。不必担心如此保留的润滑剂在机动车工作时会溢出。
在进行表面结构化的同时，也能够在内轴2的外部进行滑动套筒的校准。有利的是，在借助结构化的辊进行辊压操作后，进行借助“光滑的”辊的第二次辊压操作。在此，除了在预先限定的区域11内构成表面结构外，还进行滑动套筒5在内轴2上的校准，并且因此扩大在滑动套筒5和内轴2之间的接触面。
在试验中证明，为了引入结构，具有Ra值在5至30的范围内和Rz值在5至50的范围内的粗糙度(Ra和Rz值根据DIN EN ISO 4288(1998-04)或“Tabellenbuch Metall”EUROPA LEHRMITTEL出版社，Haan-Gruiten，2005年第43版，第99页)的辊是特别有利的。那么，套筒具有Ra值在1至30的范围内。但是如上所述，完全能够成功地应用具有Ra＜5的粗糙度的辊。该选择依据使用的润滑剂和塑料。
可伸缩的轴向轴优选以下面的方法步骤制造：
-将滑动套筒滑动到内轴2上，其中所述滑动套筒具有非圆形的横截面轮廓，优选为类似苜蓿叶的横截面轮廓；
-在至少预先限定的区域内以预先限定的进给力和/或预先限定的进给路径辊压滑动套筒5的向外定向的表面，其中内轴2用作辊压操作的支承；
-将润滑剂涂覆在滑动套筒5的向外定向的表面的至少部分区域上；
-将外轴3滑动到滑动套筒5以及由滑动套筒包围的内轴2上。
优选在所有接触区域内进行辊压操作，所述接触区域在装配后形成在滑动套筒5的向外定向的表面和外轴的向内定向的表面之间。在此可设想且可能的是，表面区域单独按顺序地受到辊压操作，或者优选分别相对置的区域或更优选所有区域同时受到辊压操作。如果所有区域同时受到辊压操作，那么该方法是特别低成本的，并且能够最好满足附加地希望的校准功能，以用于使滑动套筒与内轴相匹配。
由于在滑动套筒5的内外轮廓和外轴或内轴的相关联的表面之间的横截面形状存在略微的形状偏差，所以形成能够平衡小的扭转间隙的弹性作用。
最后，图7示出沿着图3中的剖面线VII-VII通过图1和图3中的转向轴的横截面。外轴3与内轴2以及滑动套筒5同轴地设置。在特别的外形区域18内，外轴3具有与内轴2互补的形状。在装配状态下，在操作时传递转矩的区域与滑动套筒5的结构化的区域11形成接触。在其余区域内，优选在外轴3和滑动套筒5之间不具有接触或仅具有不明显的接触。在这里，滑动套筒5的结构化是可能的，但是不是必需的。
在本发明的改进形式中，在例如借助压入进行装配时才校准专门的外形区域18，使得形成精确的形状和接触。
在随后的操作中可能的是，转向轴1借助用于万向节的连接件4一方面抗扭地连接在转向柱上，并且另一方面与转向传动机构的输入轴连接。那么，车身运动导致万向节的彼此相向或彼此分开的轴向运动，使得内轴2相对于外轴3的伸缩运动是必需的。滑动套筒5基本上相对于内轴2不运动地固定。其因此同样进行相对于外轴3的伸缩运动。在此，结构化的区域11紧密地接触在外轴3的内表面上。设置在结构化的区域11内的凹槽或压痕或者在那里随后引入的表面粗糙度保留涂覆在那里的润滑剂，最好是以在周侧从各个方向封闭的袋的形式。以这种方式实现结构化的区域11相对于外轴3的持久的润滑，所述持久的润滑通过降低在接触区域内的附着摩擦来减少或完全消除粘滑效果。结构化的区域11的相对大的表面确保在操作时需要加载转矩的情况下的持久的无间隙性。在此，设计选择为，使得滑动套筒5使用寿命持久地经受住在操作时产生作用的力和力矩。
本发明也包括相反的情况，在所述情况下，滑动套筒在设置在其内面的区域上粗糙化。滑动套筒相应地插入到外轴3内，并且紧接着受到辊压操作。在此，在预先限定的区域11内进行粗糙化，并且将滑动套筒5校准在外轴3的内轮廓上。有利的是，滑动套筒固定成相对于外轴不轴向移动，而允许在滑动套筒5和内轴2之间的轴向移动。
对于本发明而言，不必将滑动套筒在移动方向(伸缩方向)上相对于两个轴中的一个固定，即便这是优选的。
附图标记列表
1 转向轴
2 内轴
3 外轴
4 用于万向节的连接件
5 滑动套筒
6 自由端
7 闭锁凸起
8 闭锁凸起
9 内部空腔
10 光滑的表面区域
11 结构化的表面区域
12 中间轴线
13 端面
15 滚轮
16 钉
18 外形区域

Claims (14)

1.一种用于相对于中间轴线(12)同轴地设置的能相对彼此伸缩的结构元件(2、3)的支承的滑动套筒，其中所述滑动套筒(5)由具有长链的聚合物的塑料以注塑法或挤压法制造，所述滑动套筒(5)具有内表面和外表面，所述内表面和外表面具有铸造表层，其中所述内表面和/或所述外表面的至少一个区域(11)在制造后借助加工方法设置有保留润滑剂的表面结构，其特征在于，所述保留润滑剂的表面结构通过所述滑动套筒的所述长链的聚合物的断链形成，其中借助于辊压操作在铸造表层内产生断链。
2.如权利要求1所述的滑动套筒，其特征在于，在所述结构化的表面区域(11)内的表面设置有压痕或凹槽，并且在所述压痕或凹槽之间具有光滑的表面(10)。
3.如前述权利要求中任一项所述的滑动套筒，其特征在于，所述压痕或凹槽仅设置在外侧上。
4.如前述权利要求中任一项所述的滑动套筒，其特征在于，所述压痕或凹槽设置在平行于所述中间轴线(12)延伸的条形的区域(11)内。
5.一种可伸缩的转向轴(1)，具有内轴(2)和外轴(3)，所述内轴和外轴相互同轴地设置并且具有非圆形的横截面以用于传递转矩，其中在所述外轴(3)和所述内轴(2)之间设有中间空隙，在所述中间空隙内设置有滑动套筒(5)，其特征在于，所述滑动套筒(5)在至少一个面向所述内轴(2)或所述外轴(3)的表面上设置有表面结构(11)，所述表面结构通过长链的聚合物的断链形成，所述断链借助于辊压操作引入铸造表层。
6.如前述权利要求中任一项所述的可伸缩的转向轴，其特征在于，所述滑动套筒(5)的所述结构化的表面区域(11)设置有压痕或凹槽。
7.如前述权利要求中任一项所述的可伸缩的转向轴，其特征在于，所述滑动套筒(5)通过校准与所述内轴(2)的外形相匹配。
8.如前述权利要求中任一项所述的可伸缩的转向轴，其特征在于，在校准期间在所述表面上产生所述压痕或凹槽。
9.如前述权利要求中任一项所述的可伸缩的转向轴，其特征在于，在所述滑动套筒(5)的所述表面区域(11)内的所述压痕或凹槽通过借助辊或滚轮的辊压形成。
10.如权利要求9所述的可伸缩的转向轴，其特征在于，所述辊或滚轮在它们的表面上被结构化。
11.一种用于制造可伸缩的轴向轴(1)的方法，所述转向轴具有内轴(2)和外轴(3)，所述内轴和外轴相互同轴地设置并且具有非圆形的横截面以用于传递转矩，其中在所述外轴(3)和所述内轴(2)之间设有中间空隙，在所述中间空隙内设置有滑动套筒(5)，其中所述滑动套筒(5)在至少一个面向所述内轴(2)或所述外轴(3)的表面上设置有表面结构(11)，其特征在于，所述表面结构(11)通过借助辊或滚轮(15)的辊压操作形成。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述辊设置有光滑的表面。
13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述辊设置有不规则的小部分的表面结构，所述表面结构的结构元件小于500μm。
14.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述结构元件平均小于100μm。
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