CN111201178B - 用于生产具有轴向可移动部件的单元的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于在两个部件(61、62)之间产生轴向可移动连接的方法，塑料材料被作为滑动材料布置在所述两个部件之间，所述方法包括以下特征：a)提供待联结的所述两个部件(61、62)，或者所述两个部件中的至少一个部件在其面向另一部件的表面上包括塑料涂层，或者在部件(61、62)之间设置有塑料套筒(63)；b)借助轴向方向上的压挤力将部件(61、62)联结以形成一单元，该单元可选地具有塑料套筒(63)；c)将该单元夹持在一装置(40、41)中，所述两个管状部件(61、62)可以在该装置(40、41)中安装并且承受轴向方向上的移动力(p1、p2)；d)从一侧将超声波焊极(35)压挤抵靠相应的外部件(62)，并且将该部件(62)支承在对应的保持件(36)上；e)将超声信号以与单元的部件中的一个部件的共振频率接近的频率注入到超声波焊极(35)中，并将管状部件(61、62)沿轴向方向来回移动，直到移动力或移动速度达到期望的标称值；以及f)终止超声信号并将单元从装置(40、41)移除。

Description

用于生产具有轴向可移动部件的单元的方法

技术领域

本发明涉及用于在两个管状部件之间产生轴向可移动连接的方法、以及机动车辆转向系统。

背景技术

用于相互可移动的部件、特别是管状部件比如可伸缩地插入彼此中的同轴可伸缩管的滑动连接被用于各种技术领域。该滑动连接通常应当是低摩擦、无游隙且在机械方面坚固的。这种可伸缩连接被用于各种地方，特别是用于机动车辆转向系统。一方面，在转向柱自身中具有内套管和外套管的可伸缩组合件，该可伸缩组合件环绕转向轴并且是可伸缩的，以允许转向柱的轴向移位。通常，塑料套筒被安装在由金属制成的两个相互滑动的部件之间。这些连接的制造中的问题和费用在于：塑料件不能直接作为部件安装，并且不能在没有进一步的处理步骤的情况下满足在轴向移位运动期间无游隙和限定摩擦的要求。

DE 10 2004 051 670 A1中提出了一种用于产生转向柱组件的滑动连接的方法，其中，套筒设置在外套管与内套管之间，该套筒具有特殊构型的肋。在此必须维持较窄的公差范围以便产生良好的滑动能力，这导致较高的成本。

DE 10 2008 005 256 B4中提出了一种转向柱的滑动连接，其中，套筒设置在内管与外管之间，该套筒借助对热的应用在局部点位(point)处设置有接触表面，以便产生无游隙的滑动连接。该方法是昂贵的。

发明内容

因此，本发明提出要解决的问题是提供一种这样的方法，利用该方法可以缩短过程时间、需要更少的能量消耗、并且可以取得更好的结果。该问题由本发明的方法来解决。本发明的另一问题是发明一种具有相互滑动的部件的装置，在该装置中实现更好地免于游隙并且更精确地维持给定的摩擦力或滑动力。该问题由本发明的装置来解决。

问题被解决具体是因为在用于在两个部件之间产生轴向可移动连接的方法中提供了以下特征，而在所述两个部件之间布置塑料作为滑动材料：

a)提供待联结的所述两个管状部件，其中，或者所述两个管状部件中的至少一个部件在面向另一管状部件的表面上具有塑料涂层，或者在管状部件之间设置有塑料套筒，

b)借助轴向方向上的压挤力将管状部件联结以形成一单元，该单元可选地具有塑料套筒，

c)将该单元夹持在一装置中，所述两个管状部件可以在该装置中被夹持并且承受轴向方向上的移位力，

d)从一侧将超声波焊极压挤抵靠相应的外管状部件，并且将该部件支撑抵靠对应的保持件，

e)将超声信号以与单元的部件中的一个部件的共振频率接近的频率注入到超声波焊极中并将管状部件沿轴向方向来回移动，直到移位力或移位速度达到期望的目标值，

f)终止超声信号并将单元从装置移除。

这使得对位于部件的移位区域中的塑料套筒或滑动套筒或塑料涂层进行更快速且最终更精确的校准成为可能。

单元的部件具体地为外管状部件或内管状部件或塑料套筒，如果该塑料套筒作为单独的部件而存在的话。

两个部件、尤其是两个筒形部件之间的这种轴向可移动连接的问题在于要产生这样的移位能力：该移位能力具有部件之间的最小的可能移位力并同时具有部件之间的微小的游隙。在这种连接的设计中，建立了产生所述两个部件相对于彼此的移位所需要的最大可容许力。然后，该力构成用于期望移位力的目标值。也可以提供成以与下述值相对应的值来建立用于期望移位力的目标值：低于在设计中建立的用于移位力的最大可容许值的5％、优选地10％。

用于移位速度的期望目标值通过在实验中对用于移位力的期望目标值达到高于最大可容许移位力的给定移位力时的速度进行查明来确定。然后因此建立了用于该速度的目标值。有利地，终端停止点(end stop)可以设置在5％的目标值处、且更优选地在10％的目标值处。

优选地，在该方法中，超声信号被以位于20kHz至35kHz的范围中的频率注入到超声波焊极中，该频率在此尽可能接近于部件——内管或外管或如果存在的塑料套筒——中的一个部件的共振频率。术语“在共振频率附近”应当在这方面理解。共振频率的+/-20％的偏差应当包括于该术语内。优选地，所使用的频率与所述共振频率中的一个共振频率之间的差距小于+/-15％。更优选的为比与所述共振频率中的一个共振频率相差+/-10％更接近的值。

于是，从超声波焊极至塑料的能量传递是特别有效的。

可以提供的是，共振频率在步骤a)之前的模拟中确定，使得该频率可以提前保存为用于超声波焊极的致动的参数。

在过程的进程期间对注入到超声波焊极中的超声信号的频率进行改变会是有利的。

优选地，部件是轴向可伸缩机动车辆转向系统的内套管和外套管。

如果在步骤d)中两个超声波焊极压挤抵靠外部件，则可以进行更密集的或以其他方式参数化的能量注入。特别地，所述两个超声波焊极可以被注入不同频率的超声信号。

此外，已经发现，还可以有利地使用多于两个超声波焊极，以便进一步增加能量注入。随过程时间的不同频率或不同频率变化可以运用在每个超声波焊极处。然而，内套管和/或外套管的共振频率优选地是可致动的。频率变化可以相应地发生在频率跃变或变级(stage)中。

也可以为每个超声波焊极单独设定超声功率。也可以提供变化。因此，对于达3s的较短启动时间，可以提供高功率，并且然后对于其余的过程时间提供低功率。有利地，低功率比高功率低1/3。

为了实现产生轴向可移动连接的方法，可以利用气缸来完成两个部件的相互移位。可以有利地通过注入的压力来完成被夹持的单元的力引导运动。还可以针对不同的运动速度对力进行有利地调节，并且可以测量移位速度。

在具有根据上文所描述的方法中的一个方法生产的可伸缩套管单元的机动车辆转向系统中，在制造过程中实现了更短的可能循环时间和更少的能量耗费。此外，该机动车辆转向系统结果在鲁棒性、免于游隙和免于噪声方面具有更好的质量。

附图说明

下面将借助于附图对本发明的示例性实施方式进行描述。示出有：

图1：示意性地表示的机动车辆转向系统；

图2：套管单元；

图3至图4：以立体表示示出的套管；

图5：以横截面示出的图2至图4的套管；

图6：在塑料套筒的校准期间的图2至图5的套管；

图7：在塑料套筒的校准期间的图2至图5的套管；以及

图8：以纵向截面示出的在塑料套筒的校准期间的图7的套管。

具体实施方式

图1以示意性表示示出了机动车辆转向系统1，该机动车辆转向系统1具有方向盘2，该方向盘2在旋转方向上固定至上转向轴3。上转向轴3以高度可调节且轴向可移动的方式安装在支架4中。通过万向节5，上转向轴3可以回转，但是该上转向轴3在旋转方向上固定至下转向轴6。最后，下转向轴6通过第二万向节7连接至小齿轮8，该小齿轮8与齿条10的齿条段9接合。

因此，方向盘2的旋转运动导致齿条10的移位并且以已知的方式导致机动车辆的转向轮11的回转，由此产生转向运动和行进方向的改变。

图2至图5示出了可伸缩套管单元60的示例。可伸缩套管单元60包括图1中的上文已经描述的上转向轴3。上转向轴3以围绕上转向轴3的纵向轴线73可旋转的方式安装在内套管61和外套管62中。为了转向柱的轴向移位，内套管61适于能够沿与纵向轴线73的纵向方向对应的轴向方向相对于外套管62移位。在内套管61与外套管62之间设置有滑动套筒63，该滑动套筒63在图3中单独示出。如图4和图5中可以看到的，滑动套筒63位于内套管61与外套管62之间。内套管61和外套管62在技术角度上不是轴，特别是因为内套管61和外套管62在所描绘的示例中具有圆环形横截面并且不能传递任何扭矩。即便如此，对于这两个套管部件在滑动套筒63的区域中的坐置而言，在运动中无游隙但却顺滑则是有利的。为此目的，根据本发明的方法用于对位于内套管61与外套管62之间的滑动套筒63进行校准。这在图5和图6中图示。超声波焊极(sonotrode)35被安置在外套管62的外部上，外套管62支撑抵靠相对地安置的砧座36。然后，超声波焊极35由控制单元66以与外套管62的共振频率对应的给定频率或频率变化的电压来致动。该振动能量又导致滑动套筒63变热。

图6图示了在过程期间内套管61如何在外套管62被夹持于夹爪41之间的同时被夹持在夹爪40之间。在滑动套筒63被加热的同时，内套管61沿双箭头42的方向来回移动。为此所需的移位力F利用力传感器65来检测。移位力F随着沿双箭头42的方向的往复运动的数量而减小。一达到或低于(undershot)给定的阈值，滑动套筒63的校准就结束。过程控制由控制及评估单元68进行。然后，将如此准备的套管单元60从夹爪40和41移除，将砧座36和超声波焊极35移除，并且可以将该套管安装在根据图1的支架中。

图7和图8图示了替代性的过程控制。替代力传感器65的使用或与力传感器65的使用相结合，可以设置速度传感器67，该速度传感器67也可以设计为位移传感器，速度在控制及评估装置68中来确定。图8以纵向截面图示了校准过程。超声波焊极35和砧座36各自安置在外套管62的表面上。内套管61插入在塑料套筒63和外套管62中。这两个套管现在被夹爪40和41抓紧。夹爪41保持静止，而夹爪40可以通过气缸的活塞69而屈于运动。控制及评估单元68进行过程控制。超声波焊极35由控制单元66致动，以便将超声振动传递至外套管62。这样，外套管62被置于机械振动中。由于外套管62自身相对自由地振动，因而振动能很大程度地传递至塑料套筒63，由此，塑料套筒63以高频率变形。塑料套筒63在此过程中变得受热。同时，内套管61借助夹爪40和41通过在双箭头42的方向上的相对运动而沿轴向方向来回移动。为此，压力p1和p2交替地增大和减小，使得活塞69来回移动。因此，活塞69机械地联接至夹爪40。受热的塑料套筒63变得适应于内套管61的和外套管62的两个互相面对的表面。该适应过程可以通过借助距离传感器或速度传感器67对夹爪40移动的速度进行检测来监测。优选地，借助超声对塑料套筒30的加热以及沿双箭头42的方向的移动一直持续到当移位速度的最大值超过给定的最小目标值时的时间。然后，该适应过程完成。

在将超声波焊极35的激励关闭后，塑料套筒63迅速冷却，这是由于两个套管件61和62自身基本上没有被超声激励加热，并且因此所述两个套管件61和62相比于塑料套筒63是冷的。这提高了如此校准的塑料套筒63的尺寸稳定性。此外，外套管62和内套管部件61在此过程期间在其尺寸方面实际上没有经历热变化。这提高了塑料套筒63的校准过程的可实现的精确度。

由于待加热的塑料套筒63的质量较小，因此所描述的过程的加热和冷却时间较短，使得可以实现较短的循环时间。此外，仅在表面处加热塑料套筒就足够达到该塑料套筒可以被容易地模制的点。因此，上文所描述的过程的顺序提供了以下部分可选的过程步骤作为示例性实施方式：

-提供待联结的两个管状部件，其中，

-或者所述两个管状部件中的至少一个部件在面向另一轴部件的表面上具有塑料涂层，

-或者设置有用于管状部件之间的对接的塑料套筒，

-将管状部件联结，可选地，塑料套筒介于管状部件之间，

-其中，由于滑动配合以过大尺寸设计，因此管状部件和可选的塑料套筒构造成使得仅通过克服压挤力就可以发生联结，

-将单元夹持在一装置中，所述两个管状部件可以在该装置中被夹持并且承受轴向方向上的移位力。该装置优选地配备成使得可以测量移位力。

-从一侧将超声波焊极压挤抵靠相应的外轴部件，并且将内部件支撑抵靠对应的保持件(砧座)，

-将超声信号注入到超声波焊极中并将管状部件沿轴向方向来回移动，直到移位力达到期望的目标值。替代性地，该方法可以执行成使得管状部件以恒定的力相对于彼此移动并且对移位速度进行测量。然后，该过程在达到特定的移位速度时结束。

-在该过程结束后，将该轴作为成品部件从装置移除并安装在别处。

Claims (8)

1.一种用于在两个管状部件之间产生轴向可移动连接的方法，在所述两个管状部件之间布置塑料作为滑动材料，所述方法具有以下特征：

a)提供待联结的所述两个管状部件，其中，或者所述两个管状部件中的至少一个部件在面向另一管状部件的表面上具有塑料涂层，或者在所述管状部件之间设置有塑料套筒，

b)借助轴向方向上的压挤力将所述管状部件联结以形成一单元，所述单元具有所述塑料涂层或所述塑料套筒，

c)将所述单元夹持在一装置中，所述两个管状部件能够在所述装置中被夹持并且承受所述轴向方向上的移位力，

d)从一侧将超声波焊极压挤抵靠相应的外管状部件，并且将该部件支撑抵靠对应的保持件，

e)将超声信号以与所述单元的所述部件中的一个部件的共振频率接近的频率注入到所述超声波焊极中，在所述塑料涂层或所述塑料套筒被加热的同时，将内管状部件沿所述轴向方向来回移动并检测所述移位力或移位速度，直到所述移位力或移位速度达到期望的目标值，

f)终止所述超声信号并将所述单元从所述装置移除。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，注入到所述超声波焊极中的所述超声信号的频率位于20kHz至35kHz的范围中。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，注入到所述超声波焊极中的所述超声信号的频率在过程的进程期间是变化的。

4.根据权利要求1-3中的任一项所述的方法，其特征在于，所述共振频率在步骤a)之前的模拟中确定。

5.根据权利要求1-3中的任一项所述的方法，其特征在于，所述部件为轴向可伸缩机动车辆转向系统的内套管和外套管。

6.根据权利要求1-3中的任一项所述的方法，其特征在于，在步骤d)中，两个超声波焊极压挤抵靠所述外管状部件。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述两个超声波焊极被注入不同频率的超声信号。

8.一种机动车辆转向系统，所述机动车辆转向系统具有可伸缩套管单元(60)，所述可伸缩套管单元(60)由根据权利要求1-7中的任一项所述的方法生产。

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