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Die
Erfindung betrifft eine Kopplungsvorrichtung, insbesondere für
eine Fahrzeuglenkspindel, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des
Anspruches 1.
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Die
Druckschrift offenbart eine Kopplungsvorrichtung einer Kraftfahrzeug-Lenksäule,
die eine äußere Welle, eine innere Welle und eine
zwischen den beiden Wellen angeordnete Zwischeneinheit umfasst,
wobei die Zwischeneinheit aus einem Zwischenelement mit einer elastischen
Schicht gebildet ist, und wobei die elastische Schicht mit der inneren Welle
in Verbindung steht.
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Zur
Bereitstellung einer Drehverbindung weist die Innenfläche
der äußeren Welle und die Außenfläche
des Zwischenelements jeweils einen Bereich mit einer Verzahnung
auf. Zur Übertragung der Drehbewegung wird das Zwischenelement
zumindest teilweise in die äußere Welle eingebracht,
wobei deren Abmessungen und Verzahnungen miteinander korrespondieren.
Alternativ ist auch eine Drehverbindung mittels Schweißnaht
zwischen äußerer Welle und Zwischenelement beschrieben.
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Weiterhin
erfolgt eine Drehverbindung zwischen der inneren Welle und dem Zwischenelement durch
eine korrespondierende Formgebung der Außenfläche
der Innenwelle mit der Formgebung der Innenfläche des Zwischenelements.
Beide Bauteile weisen als Form zwei diametral gegenüber
liegende Bögen auf, die an den jeweils gegenüber
liegende Endpunkten durch zwei zueinander parallel angeordneten
Geraden miteinander verbunden sind. Mithin sind die Abmessungen
der beiden Bauteile unterschiedlich voneinander gestaltet, so, dass
ein Spiel zwischen den beiden Bauteilen ermöglicht ist,
wobei diese sich bei einer Schädigung der elastischen Schicht
kontaktieren und die Übertragung des Drehmomentes weiterhin
ermöglichen.
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Ferner
weist ein Ende der Innenwelle eine Deformation auf, die mit einer
konisch erweiterten Form des Zwischenelements korrespondiert und
dadurch eine axiale Abzugssicherung bildet.
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Schließlich
offenbart die Druckschrift ein Verfahren zur Montage der Vorrichtung.
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Als
Nachteil der zuvor beschriebenen Ausführungsform kann die
hohe Anzahl an Einzelteilen und das dadurch höhere Gewicht
gesehen werden.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine gattungsgemäße
Vorrichtung konstruktiv einfacher zu gestalten.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmalskombination des Patentanspruches
1 gelöst. Erfindungsgemäß weist die Mantelaußenfläche
der Innenwelle wenigstens einen, sich axial erstreckenden abgeflachten
Außenflachbereich auf, der sich zumindest entlang eines
ersten Axialabschnitts erstreckt und dass die Mantelinnenfläche
der Außenwelle einen mit dem wenigstens einen Außenflachbereich
korrespondierenden abgeflachten Innenflachbereich aufweist.
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Durch
die erfindungsgemäße Formgebung der Wellen ist
eine Biegeabstützung und eine Begrenzung des Torsionswinkels
ermöglicht, wobei auf zusätzliche Bauteile verzichtet
werden kann. Weiterhin ist bei einem Defekt der Zwischenschicht
eine Verdrehsicherung ermöglicht.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen
Patentansprüchen.
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Vorzugsweise
weist die Mantelaußenfläche der Innenwelle im
ersten Axialabschnitt zwei abgeflachte Außenflachbereiche
auf, die insbesondere diametral gegenüber liegend angeordnet
sind. Auf diese Weise ist ein einfacher, Material sparender und symmetrischer
Aufbau der Innenwelle ermöglicht.
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Dadurch,
dass mehrere Paare von diametral gegenüber liegenden Außenflachbereiche
vorgesehen sind, denen jeweils ein Paar von korrespondierenden Innenflachbereichen
der Außenwelle zugeordnet sind kann eine einfache Übertragung
der Lenkkräfte von einer Welle zur anderen Welle ermöglicht
werden, wobei auf Grund der insbesondere einfachen geometrischen
Form keine weiteren Bauteile oder Prozessschritte, zur Herstellung
einer Kraftübertragung, nötig sind. Weiterhin
bildet diese Art der geometrischen Formgebung eine Verdrehsicherung, bei
der insbesondere eine optimierte Kraftaufteilung erzielt ist.
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Zweckmäßigerweise
ist der Außenflachbereich im ersten Axialabschnitt plan
ausgebildet. Dadurch lässt sich Material einsparen und
eine einfache Möglichkeit zur Kraftübertragung
erzielen.
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Dadurch,
dass der Innenflachbereich im ersten Axialabschnitt nicht parallel
zum Außenflachbereich angeordnet ist und ferner der Innenflachbereich im
ersten Axialabschnitt in Richtung einer Mittellängsachse
gewölbt, insbesondere konvex ausgebildet ist, kann sich
die Innenwelle bei einer Drehbewegung auf der Wölbung der
Außenwelle abrollen. Weiterhin ermöglichen der
konvexe Innenflachbereich und der korrespondierende Außenflachbereich
eine Biegeabstützung.
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Vorzugsweise
bilden im ersten Axialabschnitt in Umfangsrichtung gesehen die beiden
Endbereiche des Innenflachbereichs und die zugeordneten Endbereiche
des Außenflachbereichs einen Rotationsanschlag. Der Rotationsanschlag,
der insbesondere den Torsionswinkel – sprich die mögliche Verdrehung
der Innenwelle in der Außenwelle – begrenzt, begrenzt
ebenso die Kräfte, welche im zweiten Axialabschnitt auf
die elastische Schicht einwirken. Mithin erfolgt ein Schutz der
hier eingebrachten elastischen Schicht. Weiterhin werden, bei einem Ausfall
der elastischen Schicht, auf einfache Art und Weise Lenkkräfte übertragen.
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Vorteilhafterweise
erstrecken sich der Außenflachbereich der Innenwelle und
der Innenflachbereich der Außenwelle auch in einem zweiten
Axialabschnitt, wodurch Material und Kosten eingespart werden. Mithin
vergrößern sich die Aufstandsfläche der
Biegeabstützung und der Bereich der Kraftübertragung.
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Dadurch,
dass die Außenwelle und die Innenwelle im zweiten Axialabschnitt
drehgekoppelt sind ist eine besonders einfache Kraftübertragung von
Welle zu Welle ermöglicht.
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Vorzugsweise
ist im zweiten Axialabschnitt der Innenflachbereich parallel zum
Außenflachbereich angeordnet, wodurch im zweiten Axialabschnitt eine
ausreichend dimensionierte, elastische Schicht einbringbar ist.
Ferner ist eine primäre Drehkopplung sowie ein symmetrischer
und kostengünstiger Aufbau ermöglicht.
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Zweckmäßigerweise
sind der Innenflachbereich und der Außenflachbereich plan
ausgebildet, wodurch eine besonders einfache Kraftübertragung von
Welle zu Welle ermöglicht ist.
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Vorteilhaft
weist der zweite Axialabschnitt wenigstens eine Axialarretierung
auf, wodurch eine Abzugssicherung ermöglicht ist.
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Es
ist weiterhin von Vorteil, dass die elastische Schicht im zweiten
Axialabschnitt vorgesehen ist und insbesondere nur im zweiten Axialabschnitt vorgesehen
ist. Hierdurch ist auf eine einfache Art und Weise eine Schwingungsdämpfung,
insbesondere eine Torsionsdämpfung, ermöglicht.
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Vorzugsweise
ist die elastische Schicht im ersten Axialabschnitt dünner
ausgeführt als im zweiten Axialabschnitt, wodurch Material
eingespart und eine Schwingungsdämpfung erzielt ist.
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Im
Folgenden werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung
anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei
zeigen:
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1 einen
Längsschnitt durch eine Lenkspindel
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2 einen
Längsschnitt durch eine Lenkspindel gemäß der
Schnittlinie B1-B1 in 1,
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3 einen
Querschnitt durch eine Lenkspindel gemäß der Schnittlinie
X1-X1 in 2,
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4 einen
Querschnitt durch eine Lenkspindel gemäß der Schnittlinie
Y1-Y1 in 2,
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5 einen
Längsschnitt durch eine Sechskant-Lenkspindel
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6 einen
Längsschnitt durch eine Sechskant-Lenkspindel gemäß der
Schnittlinie B2-B2 in 5,
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7 einen
Querschnitt durch eine Sechskant-Lenkspindel gemäß der
Schnittlinie X2-X2 in 6,
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8 einen
Querschnitt durch eine Sechskant-Lenkspindel gemäß der
Schnittlinie Y2-Y2 in 6.
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Eine
in 1 dargestellte Kopplungsvorrichtung 1 weist
zwischen einer Innenwelle 2 und einer Außenwelle 3 eine
elastische Schicht 4, insbesondere ein Elastomer, auf.
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Die
im Schnittbild H-förmig dargestellte Außenwelle 3 umfasst
die Innenwelle 2 koaxial und zumindest abschnittsweise
entlang einer Mittellängsachse M, die in 1 von
der Schnittlinie B1-B1 gebildet ist. Ferner weist die Außenwelle 3 zwei
zur Mittellängsachse M radial angeordnete und sich diametral
gegenüber liegende Ausnehmungen 5 sowie eine axial
angeordnete Axialausnehmung 6 auf, wobei die Ausnehmungen 5 zur
kardanischen Anbindung einer weiteren Welle dienen.
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Gemäß 3 und 4 ist
in einem ersten Axialabschnitt A und in einem zweiten Axialabschnitt B
ein Innenflachbereich 7 durch die Mantelinnenfläche
der Außenwelle 3 gebildet, wobei der Innenflachbereich 7 im
ersten Axialabschnitt A (3) zur Mittellängsachse
M hin gewölbt, insbesondere konvex gewölbt und
im zweiten Axialabschnitt B (4) plan ausgebildet
ist. Weiterhin ist der Übergang von dem ersten Axialabschnitt
A auf den zweiten Axialabschnitt B von einem Dickensprung 15 gebildet,
wobei die Wandstärke der Mantelfläche vom ersten
zum zweiten Axialabschnitt A, B abnimmt.
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Beispielsgemäß weist
die Außenwelle 3 zwei Innenflachbereiche 7 pro
Axialabschnitt A, B auf, wobei diese jeweils diametral gegenüber
liegend angeordnet sind und wobei die Wandstärke der Mantelfläche
im ersten Axialabschnitt A höher als die Wandstärke
des zweiten Axialabschnitts B ist. Weiterhin ist auf der Außenmantelfläche
der Außenwelle 3 ein Flachbereich 10 ausgebildet,
der dem jeweiligen Innenflachbereich 7 gegenüberliegend
zugeordnet ist.
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Zur
axialen Abzugssicherung von Außenwelle 3 und Innenwelle 2 weist
die Kopplungsvorrichtung 1 eine Axialarretierung 8 auf.
Die nicht näher dargestellte Axialarretierung 8 ist
beispielsgemäß im zweiten Axialabschnitt B ausgebildet,
wobei eine Anordnung im ersten Axialabschnitt A ebenfalls denkbar
ist. Die Axialarretierung 8 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel
durch wenigstens eine radiale Rastnase mit einer korrespondierenden
Ausnehmung gebildet. Dabei greift die radiale Rastnase an der Innenwelle 2 in
eine korrespondierende Ausnehmung an der Außenwelle 3,
wobei eine umgekehrte Anordnung von Rastnase und Ausnehmung ebenso
denkbar ist. Weitere Ausführungsformen wie Verschraubung,
-nietung und/oder eine Schweißnaht zur Verbindung von Innen-
und Außenwelle 2, 3 sind ebenfalls denkbar.
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Die
von der Außenwelle 3 koaxial umfasste Mantelaußenfläche
der Innenwelle 2 weist in der ersten Ausführungsform
zwei sich axial erstreckende, diametral gegenüber liegend
angeordnete Außenflachbereiche 9 auf, die sich
zumindest über den ersten Axialabschnitt A, insbesondere über
beide Axialabschnitte A, B, erstrecken. Beispielsgemäß ist
der Außenflachbereich 9 im ersten Axialabschnitt
A und insbesondere im zweiten Axialabschnitt B plan ausgebildet.
Dadurch, dass die Außenwelle 3 die Innenwelle 2 koaxial
umfasst, bilden der Außenflachbereich 9 und der
Innenflachbereich 7 zueinander korrespondierende Flächen,
wobei im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Innenflachbereich 7 im
ersten Axialabschnitt A durch die Wölbung zur Mittellängsachse
M nicht parallel zum Außenflachbereich 9 angeordnet
ist. Mithin sind durch die gewölbte Ausführungsform
des Innenflachbereichs 7 die beiden Endbereiche 11 des
Innenflachbereichs 7 und die jeweils zugeordneten Endbereiche 11' des
Außenflachbereichs 9 zueinander beabstandet, wodurch ein
Rotationsanschlag im ersten Axialabschnitt A gebildet ist. Ferner
sind die Innen- und Außenflachbereiche 7, 9 im
zweiten Axialabschnitt B plan ausgebildet und zueinander parallel
beabstandet, wodurch eine Drehkopplung gebildet ist.
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In
einer weiteren Ausführungsform (6 bis 8)
ist es ebenfalls möglich, dass mehrere Paare diametral
gegenüber liegende Außenflachbereiche 9 vorgesehen
sind, denen jeweils ein Paar von korrespondierenden Innenflachbereiche 7 zugeordnet
sind.
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Die
sich entlang der Mittellängsachse M erstreckende Innenwelle 3 weist
an der Mantelaußenfläche einen radialen Anschlag 12 auf,
an dem in Längsrichtung die elastische Schicht 4 einenends
anliegt. Der Anschlag 12 kann umlaufend oder segmentiert
ausgebildet sein. Ferner kann der Anschlag 12 die radiale
Rastnase der Axialarretierung 8 bilden oder in einer weiteren
erfindungsgemäßen Ausführungsform die
radiale Rastnase tragen.
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Weiterhin
erstreckt sich nachfolgend an den Anschlag 12 eine Verjüngung 13 der
Mantelaußenfläche der Innenwelle 2, wobei
etwa am Ende der Verjüngung 13 eine Innenverzahnung 14 innerhalb
der Innenwelle 3 angeordnet ist, die als Schiebesitz und insbesondere
zur Teleskopierung im Crash-Fall dient.
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Im
vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die elastische Schicht 4 im
ersten und im zweiten Axialabschnitt A, B ausgebildet, wobei in
einer weiteren Ausführungsform ausschließlich
der zweite Axialbereich B die elastische Schicht 4 aufweist.
Die zwischen Außen- und Innenwelle 3, 2 und
insbesondere zwischen dem Innenflachbereich 7 und dem Außenflachbereich 9 angeordnete,
sich in Längsrichtung zwischen dem Anschlag 12 und
dem Dickensprung 15 erstreckende elastische Schicht 4 ist
im ersten Axialabschnitt A dünner ausgeführt als
im zweiten Axialabschnitt B.
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Beim Übertragen
von Lenkmomenten verdrehen sich die Innen- und die Außenwelle 2, 3 relativ zueinander,
wobei die Formgebung der Innenflachbereiche 7 und der korrespondierenden
Außenflachbereiche 9 auch bei einem Ausfall der
elastischen Schicht 4 eine Verdrehsicherheit sicher ermöglicht.
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Bei
der Relativbewegung bewegt sich im ersten Axialabschnitt A der Außenflachbereich 9 auf dem
gewölbten Innenflachbereich 7, wobei bei ausreichend
hohen Kräften die jeweils diagonal gegenüber liegenden
Endbereiche 11' der Innenwelle 2 an den zugeordneten
Endbereichen 11 der Außenwelle 3 zur
Anlage kommen und folglich einen Torsionsanschlag bilden. Mit anderen
Worten ausgedrückt, wird durch das Kontaktieren der Endbereiche 11, 11' eine Begrenzung
des Torsionswinkels ermöglicht.
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Weiterhin
erfolgt durch die gewölbte Ausführungsform der
Mantelinnenfläche der Außenwelle 3 eine
Biegeabstützung der Außenwelle 3 gegenüber der
Innenwelle 2.
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Die
zwischen der Innen- und Außenwelle 2, 3 angeordnete
elastische Schicht 4 dient im ersten Axialabschnitt A lediglich
zur Vermeidung einer Geräuschübertragung und ist
mithin nicht zwingend erforderlich. Im zweiten Axialabschnitt B
ist durch die elastische Schicht 4 eine Dämpfung
von Torsionsschwingungen ermöglicht, wobei anstelle einer
elastischen Schicht 4 ein Federpaket ebenfalls denkbar ist.
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Ferner
wird im schadensfreien Zustand der elastischen Schicht 4 und
im Normalbetrieb das Lenkmoment von einer Welle über die
elastische Schicht 4 auf die andere Welle übertragen,
wobei die Drehkopplung im zweiten Axialabschnitt B erfolgt und der
erste Axialabschnitt A den Torsionswinkel begrenzt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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