DE10352915B4

DE10352915B4 - Teleskoplenkwelle mit Toleranzblech für den Crashfall

Info

Publication number: DE10352915B4
Application number: DE2003152915
Authority: DE
Inventors: Ludger Uphaus; Burkhard Spohr
Original assignee: ZF Lenksysteme Nacam GmbH
Current assignee: Robert Bosch Automotive Steering Bremen GmbH
Priority date: 2003-11-11
Filing date: 2003-11-11
Publication date: 2010-09-16
Anticipated expiration: 2023-11-12
Also published as: DE10352915A1

Abstract

Teleskoplenkwelle für den Lenkstrang eines Kraftfahrzeuges, mit
– einem äußeren Wellenstück (7) und
– einem darin in einer Passung eingebrachten inneren Wellenstück (6),
wobei zwischen einer Innenwand des äußeren Wellenstückes (7) und dem inneren Wellenstückes (6) ein Zwischenraum gebildet ist,
wobei das in dem Zwischenraum ein am inneren Wellenstück (6) befestigtes Toleranzblech (11a, 11b, 12a, 12b, 13a, 13b, 14a, 14b, 15a, 15b) derart angeordnet ist, dass es das innere Wellenstück (6) mit dem äußeren Wellenstück (7) verdrehfest und axial verspannt,
dadurch gekennzeichnet, dass das äußere Wellenstück (7) im Bereich des dem inneren Wellenstück (6) abgewandten Randbereiches zwischenraumseitig zumindest eine innere Abstufung (21) aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Teleskoplenkwelle für einen Lenkstrang, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Im Fahrzeugbau werden Kraftfahrzeug-Lenksäuleneinheiten in Personenkraftwagen und Lastkraftwagen eingebaut. Häufig sind heutige Lenksäulen teleskopierbar und kippbar, so dass elektrisch oder manuell eine Längsverstellung und eine Neigungsverstellung der Lenksäule vorgenommen werden kann. Dazu ist der Lenkstrang in einem Axialgehäuse (auch als Mantelrohr bezeichnet) integriert welches wiederum in einem Gehäuse drehfest gelagert ist. Der Lenkstrang besteht aus das Lenkmoment übertragenden Teilen, vom Lenkrad bis zum Lenkgetriebe und befindet sich im Vorderwagenbereich.
Ein derartiges bekanntes Lenksystem ist in 1 vereinfacht dargestellt. Ein Lenkrad 1 ist über den oberen Teil des Lenkstranges, der in eine Lenksäule 2 geführt wird, mit einem oberen Kreuzgelenk 3 verbunden. Die Verbindung zwischen dem oberen Kreuzgelenk 3 und einem unteren Kreuzgelenk 4, welches letztendlich mit einem Lenkgetriebe 5 verbunden ist, stellt den unteren Teil des Lenkstranges dar und wird generell als Lenkwelle bezeichnet. Derartige Lenkwellen sind heute so konstruiert, dass sie im Falle eines Auffahrunfalls (engl.: Crash) die Vorderwagenintrusion (Verschieben bzw. Eindringen von Teilen des Vorderwagens in die Fahrgastzelle) aufnehmen und den Fahrer entsprechend schützen. Die Crashfähigkeit solcher Lenkwellen kann technisch auf verschiedenartige Weise realisiert werden.
So gibt es Lenkwellen die als Wellrohr-Systeme (ähnlich Faltenbalg) ausgebildet sind. Dabei sind beide Kreuzgelenke über einen mehr oder weniger steifes (metallisches) Wellrohr verbunden. Bei einem Crash wird das Wellrohr entsprechend gestaucht wobei ein Teil der kinetischen Energie in Verformungsarbeit umgesetzt wird insbesondere wenn das Wellrohr mehrere Wellen besitzt.
Der Nachteil solcher Wellrohrsysteme ist das undefinierte Verformungsverhalten (das Wellrohr kann in beliebige Richtungen knicken), daraus resultiert eine große Crashkraftstreuung sowie ein hoher Platzbedarf. Die Dimensionierung von Wellrohrsystemen wird durch den Kompromiß zwischen einer notwendig hohen Lenkmoment-Übertragung und einem geringen Deformations-auslösenden Kraftniveau bestimmt.
Andere Lenkwellen stellen sogenannte Kollaps-Systeme dar, die im Crashfall auskuppeln, d. h. der Lenkstrang selbst wird im Falle eines Crashs komplett getrennt. Dabei bewegen sich die Lenkwellenenden unkontrolliert im Vorderwagenbereich (Motorraum) und/oder in der Fahrgastzelle, wodurch ein unbeabsichtigtes Anstoßen an umgebenden Bauteilen bzw. dem Fahrer nicht vollständig ausgeschlossen werden kann.
Ferner gibt es Lenkwellensysteme die einfach teleskopierend oder zur Crashwegerhöhung mehrfachteleskopierend ausgebildet sind und als Teleskoplenkwellen oder Schiebesysteme/Schiebeverband bezeichnet werden. Derartige Schiebesysteme bzw. Teleskoplenkwellen bestehen in der Regel aus ineinandergreifenden Profilen (einem äußeren Profilrohr und einer in das äußere Profilrohr einschiebbaren inneren Profilwelle) die beim Crash unter hohem Kraftaufwand zusammengeschoben werden. Die aufzuwendende Kraft besteht in der Überwindung reibschlüssiger Verbindungen und/oder in der Zerstörung formschlüssiger Verbindungen. Reibschlüssige Verbindungen zwischen Profilrohren werden üblicherweise dadurch hergestellt, dass Kunststoffelemente (Ringe) in den Profilrohrzwischenraum unter Vorspannung eingebracht werden bzw. Kunststoff im heißen Zustand unter hohem Druck eingespritzt wird. Formschlüssige Verbindungsbereiche werden dadurch erzielt dass in inneren und/oder äußeren Profilrohren Aussparungen sind, die den heißen hochviskosen Kunststoff aufnehmen und im erkalteten Zustand unter hohem Kraftaufwand abgeschert werden müssen. Derartige Schiebesysteme haben zum einen den Nachteil, dass beide Verbindungstypen (Reibschluß und Formschluß) herstellungsspezifischen Prozeßschwankungen unterliegen und zu entsprechend starken Crashkraftschwankungen führen. Zum andern können solche (kunststoffbasierenden) Systeme in Hochtemperaturbereichen (Motornähe) und in Bereichen hoher Temperaturschwankungen (Abgasanlagen, Auspuff) nicht eingesetzt werden.
Es gibt zwar auch Schiebesysteme die mit Wälzkörpern (Kugeln oder Zylinderrollen usw.) arbeiten und daher entsprechend temperaturunempfindlich sind, solche Systeme erfordern jedoch hochpräzise und damit teure Bauteile. Üblicherweise übernehmen derart kostenintensive Schiebesysteme noch zusätzliche Funktionen wie z. B. die Verstellung der Lenksäulenposition (Längenverstellung, Neigung der Lenksäule), den Ausgleich von Einbautoleranzen sowie die notwendige Längenverstellung des Lenkstranges im Rahmen der Montage (Montagehub).
In der DE 33 39 926 A1 wird eine Teleskoplenkwelle für den Lenkstrang eines Kraftfahrzeuges offenbart, welche ein äußeres Wellenstück mit einem darin in einer Passung eingebrachten inneren Wellenstück aufweist, wobei zwischen einer Innenwand des äußeren Wellenstücks und dem inneren Wellstück ein Zwischenraum in Form einer in das innere Wellenstück eingebrachten Nut gebildet ist. In diesem als Nut ausgebildeten Zwischenraum ist ein Toleranzblech eingelegt, welches über eine Federzunge, die in eine Bohrung des äußeren Wellenstücks eingreift, das innere Wellenstück gegenüber dem äußeren Wellenstück axial sichert.
Bei einer Verschiebung des inneren Wellenstückes in das äußere Wellenstück im Falle eines Fahrzeugcrashs wird das Toleranzblech vom inneren Wellenstück mitgenommen und kann sich in besonders nachteiliger Weise in dem Zwischenraum auffalten und dort verklemmen. Dies führt zu einem Anstieg der erforderlichen Kraft für die teleskopartige Bewegung von innerem zu äußerem Wellenstück und kann zu einer Blockade der beiden Wellenstücke führen, was bei einer andauernden anliegenden Crashkraft eine Verschiebung der Teleskoplenksäule bzw. Lenksäule in den Fahrgastraum zur Folge hat und somit ein erhebliches Sicherheitsrisiko für den Fahrer darstellt.
Die DE 100 19 249 A1 stellt eine weitere Teleskoplenkwelle für den Lenkstrang eines Kraftfahrzeuges dar und weist auch ein äußeres Wellenstück mit einem darin eingebrachten inneren Wellenstück auf. Zwischen inneren und äußeren Wellenstück ist ein Toleranzblech mit Laschen angeordnet, um die Toleranzen zwischen innerem und äußerem Wellenstück aufzunehmen sowie eine Widerstandskraft gegenüber dem teleskopartigen Zusammenschieben der beiden Wellenstücke aufzubringen.
Auf Grund der dreieckigen Ausbildung der beiden Wellenstücke und der Anordnung des Toleranzbleches auf allen drei Seiten zwischen dem inneren und äußeren Wellenstück werden in nachteiliger Weise sämtliche Drehmomente über das Toleranzblech mit den darin ggf. angeordneten Erhebungen und/oder Vorsprüngen übertragen. Dies bedeutet eine Beeinträchtigung der Funktionssicherheit des Toleranzbleches, da das Toleranzblech unter der Drehmomentlast einem Verschleiß und ggf. einer Verformung unterliegt. Somit ist die Teleskopierbarkeit der Lenkwelle im Crashfall nicht sichergestellt, was wiederum in erheblichem Maße ein Sicherheitsrisiko für den Fahrer darstellt.
Die DE 1 505 684 A offenbart ebenso eine Teleskoplenkwelle für den Lenkstrang eines Kraftfahrzeuges mit einem äußeren Wellenstück und einem darin in einer Passung eingebrachten inneren Wellenstück. Zwischen einer Innenwand des äußeren Wellenstückes und dem inneren Wellenstücke ist ein Zwischenraum gebildet. Dabei ist in dem Zwischenraum ein am inneren Wellenstück befestigtes Toleranzblech angeordnet, so dass es das innere Wellenstück mit dem äußeren Wellenstück verdrehfest und axial verspannt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine crashabsorbierende Teleskoplenkwelle für den Lenkstrang eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen, die gegenüber derzeitigen einfachen Teleskoplenkwellen weiter verbessert ist indem sie unter anderem universell – unabhängig von der Einbauposition – eingesetzt werden kann und ein Minimum an Komplexität aufweist, so dass eine kostengünstigere Fertigung erfolgen kann.
Die oben genannte Aufgabe wird durch eine Teleskoplenkwelle gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche bilden den zentralen Gedanken der Erfindung in besonders vorteilhafter Weise weiter.
Beansprucht wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Teleskoplenkwelle für den Lenkstrang eines Kraftfahrzeuges, mit einem äußeren Wellenstück und einem darin in einer Passung eingebrachten inneren Wellenstück in der Weise, dass zwischen einer Innenwand des äußeren Wellenstückes und dem inneren Wellenstückes ein Zwischenraum gebildet ist, in dem ein am inneren Wellenstück befestigtes Toleranzblech derart angeordnet ist, dass es aufgrund seiner Form das innere Wellenstück mit dem äußeren Wellenstück verdrehfest und axial verspannt. Dabei weist das äußere Wellenstück im Bereich des dem inneren Wellenstück abgewandten Randbereiches zwischenraumseitig erfindungsgemäß zumindest eine innere Abstufung auf.
Eine derartige Teleskoplenkwelle ermöglicht ein deterministisches Crashverhalten wodurch insbesondere die Verletzungsgefahr des Fahrers bei einem Auffahrunfall minimiert wird. Die ausschließlich metallische Ausführung des Toleranzbleches erlaubt auch den Einbau der Teleskoplenkwelle in Hochtemperaturbereichen, beispielsweise in Motornähe oder im Abgasanlagenbereich. Ferner können durch die (Teil-) Verformung des Toleranzbleches bei dessen Einbau in die Teleskoplenkwelle grobe Fertigungstoleranzen der beteiligten Bauteile (inneres und äußeres Wellenstück) kompensiert werden.
Erfindungsgemäß wird der Zwischenraum in den das Toleranzblech eingebaut wird durch eine Ausnehmung des äußeren Wellenstückes gebildet.
In einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Teleskoplenkwelle stellt das Toleranzblech einen Blechstreifen dar, in dessen mittleren Bereich ein wellenförmiges Profil eingeprägt ist.
In einer besonders vorteilhaften (weil verdrehfesten) Ausgestaltung der Teleskoplenkwelle weisen das innere Wellenstück und das äußere Wellenstück ein Zweiflachprofil derart auf, dass eine Fläche des Zweiflachprofils die Gegenseite der Ausnehmung darstellt.
Im Falle dass die Ausnehmung in zumindest zwei Bereichen eine unterschiedliche Größe besitzt ist es vorteilhaft wenn die Wellen des Toleranzblechs dem Zwischenraum bzw. der Ausnehmung entsprechend angepaßt sind und somit in den zumindest zwei verschiedenen Bereichen unterschiedliche Amplituden aufweisen. Bei einer solchen Ausführung der Teleskoplenkwelle kann die Crashkraft auf kürzerem Wege abgebaut werden.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführung ist das Toleranzblech ein Blechstreifen in den im mittleren Bereich ein wellenförmiges Profil eingeprägt ist und dem ein Blechstreifen ohne Profil überlagert ist. Dadurch kann ein unerwünschtes Einschneiden des Toleranzblechprofils in das äußere Wellenstück im eingeprägten Bereich vermieden werden.
Um eine elektrochemische Korrosion zwischen innerem und äußerem Wellenstück bei entsprechender Werkstoffpaarung zu verhindern ist das Toleranzblech in einer vierten Ausführungsform ein Blechmantel in den im mittleren Bereich ausnehmungsseitig ein wellenförmiges Profil eingeprägt ist und der das innere Wellenstück derart umschließt, dass inneres und äußeres Wellenstück keinen Kontakt zueinander haben. Durch eine solche Ausgestaltung des Toleranzblechs ist jede beliebige Werkstoffpaarung zwischen innerem Wellenstück und äußerem Wellenstück möglich.
Um das Kraftniveau der Teleskoplenkwelle zu erhöhen ist das Toleranzblech in einer fünften Ausführungsform ein Blechstreifen in den im mittleren Bereich ein wellenförmiges Profil eingeprägt ist und dem ein Blechstreifen ohne Profil überlagert ist, wobei der überlagerte Blechstreifen kragenförmig an der Stirnseite des äußeren Wellenstücks anliegt und im Bereich der Ausnehmung zumindest eine Perforation aufweist. Auf diese Weise wird der Normalkraft des Toleranzbleches die Abreißkraft im Bereich der Perforation überlagert und das Kraftniveau entsprechend erhöht.
Vorteilhafterweise weist bei nichtperforiertem Toleranzblech das äußere Wellenstück an der dem inneren Wellenstück zugewandten Seite im Bereich der Ausnehmung eine Verstemmung auf, die als solche eine Auszugssicherung darstellt.
Vorteilhafterweise ist das Toleranzblech durch Verstemmen eines dem inneren Wellenstückes zugehörigen Zapfens an der im Inneren des äußeren Wellenstückes befindlichen Stirnseite des inneren Wellenstückes befestigt.
In einer weiteren Ausgestaltung der Teleskoplenkwelle läßt sich erfindungsgemäß die Verspannung beider Wellenstücke durch das Toleranzblech variieren. Dazu besteht das innere Wellenstück aus einem festen und einem beweglichen Keil, wobei der feste Keil mit einer Vorspannungseinstellschraube gegen den im Schaftbereich mit Spiel behafteten beweglichen Keil derart verschraubt ist, dass sich beide Keile an einer Keilfläche großflächig berühren und bei Drehung der Vorspannungseinstellschraube gegenseitig entlang der Keilfläche verschieben können, so dass über die Verschiebung der beiden Keile parallel entlang der Keilfläche das Spaltmaß der Ausnehmung variiert werden kann.
Der Erfindung wird nunmehr anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren der Zeichnungen erläutert.
1 zeigt in einer vereinfachten teilgeschnittenen Seitenansicht eine teleskopier- und kippbare Lenksäule mit einer Teleskoplenkwelle zwischen zwei Kreuzgelenken,
2a zeigt in einer teilgeschnittenen Seitenansicht das äußere Wellenstück welches das innere Wellenstück enthält und erfindungsgemäß mit diesem über ein Toleranzblech verspannt ist,
2b zeigt einen Querschnitt der erfindungsgemäßen Teleskoplenkwelle auf Höhe eines Toleranzblechwellenmaximums,
2c zeigt einen Querschnitt der erfindungsgemäßen Teleskoplenkwelle auf Höhe eines Toleranzblechwellenminimums,
3a zeigt in einer vereinfachten teilgeschnittenen Seitenansicht die mittels Toleranzblech verspannte Teleskoplenkwelle mit einer zweiten inneren Abstufung im äußeren Wellenstück,
3b zeigt einen Querschnitt der erfindungsgemäßen eine zweite innere Abstufung aufweisende Teleskoplenkwelle auf Höhe eines Toleranzblechwellenminimums,
4a zeigt in einer vereinfachten teilgeschnittenen Seitenansicht die mittels Toleranzblech verspannte Teleskoplenkwelle mit einem zweiteiligen inneren Wellenstück und einer Vorspannungseinstellschraube durch welche die Verspannung des Toleranzblechs justiert werden kann,
4b zeigt einen Querschnitt der erfindungsgemäßen Teleskoplenkwelle auf Höhe eines Toleranzblechwellenminimums derart, dass die Schnittlinie der die beiden Teile des inneren Wellenstückes trennenden Keilfläche auf Höhe der Vorspannungseinstellschraube zu liegen kommt,
4c zeigt einen Querschnitt der erfindungsgemäßen Teleskoplenkwelle auf Höhe eines Toleranzblechwellenminimums derart, dass die Schnittlinie der die beiden Teile des inneren Wellenstückes trennenden Keilfläche unterhalb der Vorspannungseinstellschraube zu liegen kommt,
5a zeigt in einer vereinfachten teilgeschnittenen Seitenansicht die mittels Toleranzblech verspannte Teleskoplenkwelle mit einer ungeprägten Toleranzblechauflage zwischen geprägtem Toleranzblech und äußerem Wellenstück,
5b zeigt einen Querschnitt der erfindungsgemäßen Teleskoplenkwelle auf Höhe eines Toleranzblechwellenminimums mit der ungeprägten Toleranzblechauflage zwischen geprägtem Toleranzblech und äußerem Wellenstück,
6a zeigt in einer vereinfachten teilgeschnittenen Seitenansicht die mittels Toleranzblech verspannte Teleskoplenkwelle mit ausnehmungsgegenseitigem ungeprägtem Toleranzblech,
6b zeigt einen Querschnitt der erfindungsgemäßen Teleskoplenkwelle auf Höhe eines Toleranzblechwellenminimums mit dem ausnehmungsgegenseitigen ungeprägten Toleranzblech,
7a zeigt in einer vereinfachten teilgeschnittenen Seitenansicht die mittels Toleranzblech verspannte Teleskoplenkwelle mit einer ungeprägten perforierten Toleranzblechauflage zwischen geprägtem Toleranzblech und äußerem Wellenstück,
7b zeigt in einem vergrößerten Ausschnitt den Bereich um die Perforierung,
8a zeigt perspektivisch das erfindungsgemäße Toleranzblech in der einfachsten Ausführung,
8b zeigt perspektivisch das erfindungsgemäße Toleranzblech in der einfachsten Ausführung mit einem Schnitt auf Höhe eines Toleranzblechwellenminimums.
1 zeigt eine allgemeine Darstellung einer Lenksäule, bei der eine erfindungsgemäße Teleskoplenkwelle eingesetzt sein kann (Einzelheit A.x). In den folgenden Figuren sind verschiedene Ausführungsbeispiele der Teleskoplenkwelle als Einzelheiten A.1, A.2, A.3 usw. dargestellt und erläutert.
2a zeigt in Form der Einzelheit A.1 als teilgeschnittene Seitenansicht den mittleren Abschnitt der erfindungsgemäßen Teleskoplenkwelle. Das äußere Wellenstück 7 ist im Schnittbild dargestellt, während das innere Wellenstück 6 sowie das erfindungsgemäße Toleranzblech 11a, 11b in nichtgeschnittener Seitenansicht abgebildet sind. Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Teleskoplenkwelle wird der ungeprägte Teil des erfindungsgemäßen abgewinkelten Toleranzbleches durch Verstemmen eines dem inneren Wellenstück zugehörigen Zapfens 19 so an die Stirnseite des inneren Wellenstückes 6 befestigt, dass der geprägte Teil 11b des Toleranzbleches auf der abgeflachten Oberseite des inneren Wellenstückes aufliegt. In diesem so verbundenen Zustand wird das innere Wellenstück 6 mit dem Toleranzblech 11a, 11b in das Innere des äußeren Wellenstückes 7 so eingepreßt, dass das untere Profil des Toleranzbleches in Form von unteren Toleranzblechwellenstücken 11b unter geringfügiger plastischer Verformung das innere Wellenstück 6 mit dem äußeren Wellenstück 7 verspannt. Zur Aufnahme des geprägten Abschnittes des Toleranzbleches 11b weist das äußere Wellenstück 7 eine Ausnehmung 25 auf. Die Ausnehmung 25 verläuft längs des äußeren Wellenstücks 7 und zwar gegenüber der abgeflachten Oberseite des inneren Wellenstückes 6. Die Ausnehmung 25 ist U-förmig, so dass die abgeflachte Oberseite des inneren Wellenstückes 6 mit der Oberfläche der Ausnehmung einen länglichen Quader bzw. im transversalen Querschnitt ein Rechteck bildet. Das mit dem Toleranzblech 11a, 11b verprägte innere Wellenstück 6 wird soweit in das äußere Wellenstück 7 eingebracht bis die Stirnseite des inneren Wellenstücks 6 mit einer ersten inneren Abstufung 21 vorzugsweise im Bereich der Ausnehmung 25 bündig ist. Durch Verstemmen des äußeren Wellenstückes 7 im Bereich 23 der Ausnehmung 25 im montierten (eingeführten) Zustand wird auf einfache Weise eine Auszugssicherung ohne zusätzliche Bauteile erzeugt.
Das erfindungsgemäße Toleranzblech – wie es gemäß 2a eingebaut ist – ist perspektivisch in 8a dargestellt. Während der abgewinkelte (vertikale) Teil, der an die Stirnseite des inneren Wellenstücks befestigt wird, eine glatte Fläche darstellt, weist der horizontale Teil gleichmäßige keil- bzw. wellenförmige Einprägungen auf, wobei jedoch beide Längsseiten des Toleranzbleches als Toleranzblechoberseite 11a einen glatten Rand bilden. Die Toleranzblechoberseite (der glatte Rand) 11a sowie die auf gleicher Höhe befindlichen oberen Toleranzblechwellenstücke pressen sich im eingebauten Zustand im Bereich der Ausnehmung 25 gegen die Innenseite des äußeren Wellenstücks 7. Die unteren Toleranzblechwellenstücke 11b pressen sich gegen die Oberseite des inneren Wellenstückes 6.
8b zeigt (ohne abgewinkelten Teil) in einem perspektivischen Vollschnitt das Profil des Toleranzbleches auf Höhe eines unteren Toleranzblechwellenstückes 11b. In dieser Ansicht stellt sich die Toleranzblechoberseite 11a als Kragen dar, wie es auch in 2c (Schnitt C-C) ersichtlich ist. 2b zeigt einen Querschnitt (Schnitt B-B) des eingebauten Toleranzbleches in Höhe eines oberen Toleranzblechwellenstückes welches mit der Toleranzblechoberseite auf gleicher Ebene ist.
Wie in beiden Schnitten B-B und C-C der 2b und 2c und in sämtlichen weiteren Schnitten der nachfolgenden Figuren (3 bis 6) ersichtlich ist, weisen beide Wellenstücke (inneres Wellenstück 6 sowie äußeres Wellenstück 7) ein Zweiflachprofil auf, d. h. Ober- und Unterseite des inneren Wellenstückes 6 sind abgeflacht und in eine entsprechende Kontur des äußeren Wellenstückes 7 zusammen mit dem erfindungsgemäßen Toleranzblech spielfrei eingepasst. Ein solches Profil garantiert eine hohe Drehmomentübertragbarkeit beider Wellenstücke 6, 7 die bei lenkmomentübertragenden Teilen (eines Lenkstranges) unbedingt erforderlich ist. Die Lenkmomentübertragung erfolgt über die Normalkraft (Vorspannkraft) des erfindungsgemäßen Toleranzbleches 11a, 11b die die beiden Wellenstücke 6, 7 aneinander presst. Gleichzeitig dient das durch die Montage eingepreßte Toleranzblech 11a, 11b und damit die Normalkraft mit der es gegen die Flächen der Wellenstücke 6, 7 gepreßt wird dazu, im Falle eines Crashs durch teleskopisches Zusammenschieben beider Wellenstücke 6, 7 unter kontrollierter Reibungskraft (Crashkraft) die Lenkwellenintrusion in die Fahrgastzelle zu verhindern.
Die auftretende Crashkraft ist abhängig von dem Reibfaktor und von der Normalkraft des Toleranzbleches 11a, 11b. Die Normalkraft wiederum ist von den Maßen der Ausnehmung 25 abhängig in die das Toleranzblech 11a, 11b zusammen mit dem inneren Wellenstück 6 bei der Montage gepreßt wird. Durch die erste innere Abstufung 21 des äußeren Wellenstückes 7 kann die Crashkraft während des Teleskopierens schnell und definiert abgebaut werden, weil das Toleranzblech vom inneren Wellenstück 6 aus dem engeren Bereich herausgezogen wird. Ein derartiger (Crash-) Kraft-Weg-Verlauf ist im unteren Bereich der 2a dargestellt: Die (Crash-)Kraft F_Crash wird ab dem Moment ab dem das innere Wellenstück 6 mit dem Toleranzblech 11a in die erste innere Abstufung 21 signifikant eingebracht worden ist über den Weg S₁, der in etwa der Länge des Toleranzbleches entspricht, gleichmäßig abgebaut.
Eine spezielle Ausführung der erfindungsgemäßen Teleskoplenkwelle (Einzelheit A.2, 3a) lässt einen Crashkraftabbau schon nach weitaus kürzerem Crashweg S₂ zu. In der erfindungsgemäßen Ausführung gemäß 3a weist das äußere Wellenstück vor der ersten inneren Abstufung 21 eine zweite innere Abstufung 22 auf. Das Toleranzblech 12a, 12b besitzt entsprechend der zweiten inneren Abstufung 22 unterschiedliche Wellenhöhen. Der Querschnitt der Teleskoplenkwelle in dieser Ausführung in Höhe eines großen Toleranzblechwellenstückes 12b ist im Schnitt D-D von 3b dargestellt. Der entsprechende Kraft-Weg-Verlauf beim (Crash-)Kraftabbau einer derart modifizierten Teleskoplenkwelle ist im unteren Bereich von 3a dargestellt.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Teleskoplenkwelle besteht das innere Wellenstück – gemäß Einzelheit A.3, 4a – aus zwei Keilstücken (einem festen Keil 17 und einem beweglichen Keil 18) die sich an einer ebenen Keilfläche 24 flächig berühren. Mittels einer selbstsichernden relativ zum inneren Wellenstück stirnseitig angeordneten Vorspannungseinstellschraube 20 kann auch noch nach der Montage der erfindungsgemäßen Teleskoplenkwelle mit Toleranzblech die Höhe des Toleranzblech-aufnehmenden Spaltes, verstellt bzw. justiert werden. Die Vorspannungsverstellschraube 20 ist in einem Gewinde des festen Keiles 17 eingeschraubt. Der bewegliche Keil 18 besitzt einen gewindelosen Schaft in dem die Vorspannungseinstellschraube 20 mit Spiel geführt ist. Beim Verschrauben der Vorspannungseinstellschraube 20 mit dem festen Keil 17 werden beide Keile 17, 18 an der Keilfläche aneinandergepreßt und transversal derart verschoben, dass die Ausnehmung 25 verkleinert und damit die Verspannung des Toleranzbleches größer wird. Der axiale Verlauf der Keilfläche 24 ist anhand der in 4b und 4c dargestellten Schnitte E-E und F-F deutlich zu sehen. Wie anhand von 4a zu erkennen ist werden beim Drehen der Vorspannungseinstellschraube 20 beide Keile 17, 18 axial (an der Keilfläche) gegeneinander verschoben wodurch sich das gesamte innere Wellenstück 17, 18 verkleinert bzw. verbreitert. Dadurch lassen sich mit gleichen Bauteilen unterschiedliche Anforderungen (beispielsweise bzgl. des Kundens) hinsichtlich der Crashkraft bzw. des Crashkraft-Weg-Verlaufes realisieren. Ferner können größere Fertigungstoleranzen sämtlicher am System beteiligten Einzelteile zugelassen werden, weil solche mittels der Vorspannungseinstellschraube 20 und Keile 17, 18 ausgeglichen werden können.
Da das erfindungsgemäße Toleranzblech im eingebauten Zustand hohe Verspannkräfte auszuhalten hat und dabei eine nur geringe Deformation erfahren soll ist das erfindungsgemäße Toleranzblech in der Regel aus hochfesten, federnden Stahl gefertigt. Die zu kombinierenden Wellenstücke insbesondere das äußere Wellenstück 7 jedoch bestehen oft aus leichten Materialien wie beispielsweise Aluminium. Diese haben oft eine geringere Oberflächenhärte als das erfindungsgemäße Toleranzblech. Um zu Vermeiden dass die oberen Toleranzblechwellenstücke aufgrund ihrer geringen Kontaktfläche in das äußere Wellenstück eingedrückt werden, wird in einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung über das geprägte Toleranzblech 13a, 13b gemäß Einzelheit A.4, 5a – ein ungeprägter Toleranzblechlappen 13c gelegt. Auf diese Weise wird die Verspannung auf den gesamten Toleranzblechlappen 13c verteilt wodurch die Flächenpressung auf das Aluminium sehr viel geringer ist und eine Beschädigung des Wellenstückes vermieden wird. In 5b ist ein Querschnitt G-G auf Höhe eines unteren Toleranzblechwellenstückes dargestellt und zeigt wie sich die Toleranzblechwellenstücke über den Blechstreifen (Toleranzblechlappen 13c) abstützen und so die Kombination von Bauteilen unterschiedlicher Oberflächenhärte ermöglichen. Der Toleranzblechlappen 13c kann – wie in 5a dargestellt – aus fertigungstechnischen Gründen Bestandteil des Toleranzbleches 13a, 13b sein oder aber ein eigenes Bauteil darstellen.
Die erfindungsgemäße Teleskoplenkwelle ist in der Regel im Motorraum eingebaut und dementsprechend hoher Feuchtigkeit ausgesetzt. Deshalb kann es sein dass eine erhöhte Korrosion der Teleskoplenkwelle auftritt, falls (aus Leichtbau- oder anderen Gründen) deren Bestandteile aus Materialien bestehen die zueinander ein elektrochemisches Potential aufweisen. Um dennoch eine gewünschte Werkstoffpaarung vornehmen zu können ist es in einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung möglich, das Toleranzblech als elektrochemischen Isolator zu benutzen indem beim Einsatz elektrochemisch bedenklicher Materialien – gemäß der Einzelheit A.5, 6a – das Toleranzblech einen Teil des inneren Wellenstücks derart umhüllt so dass äußeres und inneres Wellenstück keinerlei Kontakt haben und isoliert sind.
Ferner kann es sein, dass das bereits mehrfach erwähnte Kraftniveau (Auslösekraft bzgl. des teleskopischen Eindringens bei einem Crash) der bisher beschriebenen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Teleskoplenkwelle mit verspanntem Toleranzblech zu gering ist. Ein wesentlich höheres Kraftniveau läßt sich aber erfindungsgemäß dadurch erzielen, dass beispielsweise wie in 7a dargestellt ein zusätzlicher Toleranzblechlappen 15c über das eigentliche Toleranzblech 15a, 15b gelegt wird der an der Stirnseite des äußeren Wellenstückes 7 kragenförmig umgelegt wird und – gemäß 7b, Einzelheit Z – an einer oder mehreren Stellen im Bereich der Ausnehmung 25 eine Perforation 16 aufweist. Die Perforation 16 dient als Sollbruchstelle die je nach Beschaffenheit eine mehr oder weniger starke Losbrechkraft zusätzlich zu der Überwindung der Reibkraft des Toleranzbleches erfordert um ein Teleskopieren der Teleskoplenkwelle einzuleiten.
Weitere Vorteile einer Teleskoplenkwelle gemäß der vorliegenden Erfindung wie sie oben in ihren unterschiedlichen Ausgestaltungen beschrieben wurde gegenüber herkömmlichen Teleskoplenkwellen lassen sich wie folgt Zusammenfassen:
Der erfindungsgemäße Einsatz des Toleranzbleches liefert ein deterministisches Teleskopieren im Crashfall wodurch eine exakte Bauraumkalkulation für die Teleskoplenkwelle bzw. sogar für den gesamten Lenkstrang ermöglicht wird. Das Kraftniveau der erfindungsgemäßen Teleskoplenkwelle kann genau bestimmt werden.
Wegen der wenigen Einzelteile und des einfachen Aufbaues des Systems ist ein prozeßsicherer Großserieneinsatz möglich. Im Gegensatz zu den bisher bekannten Crashfähigen Lenkwellensystemen lassen sich die Crashkräfte bereits im Produktionsbetrieb (gegebenenfalls auf einem Prüfstand) ermitteln bzw. aufzeichnen. Aus diesem Grunde sind zum Überprüfen der Funktionsfähigkeit bzw. der Produktqualität keine zerstörerischen Prüfungen mehr erforderlich, was eine erhebliche Kostenersparnis mit sich bringt.
Da alle Bauteile der erfindungsgemäßen Teleskoplenkwelle metallisch ausgeführt sind, ist im Gegensatz zu Systemen mit Kunststoffkomponenten ein Einsatz auch in Bereichen mit hoher Umgebungstemperatur möglich ohne Einschränkung der Funktionsfähigkeit.

1: Lenkrad
2: Lenksäule
3: Oberes Kreuzgelenk
4: Unteres Kreuzgelenk
5: Lenkgetriebe
6: Inneres Wellenstück
7: Äußeres Wellenstück
8: Langloch zur Längsverstellung
9: Langloch zur Neigungsverstellung
10: Drehpunkt der Lenksäule
11a: Toleranzblechoberseite
11b: Unteres Toleranzblechwellenstück
12a: Toleranzblechoberseite der zweiten inneren Abstufung
12b: Unteres Toleranzblechwellenstück der zweiten inneren Abstufung
13a: Toleranzblechoberseite bei Toleranzblechauflage
13b: Unteres Toleranzblechwellenstück bei Toleranzblechauflage
13c: Ungeprägte Toleranzblechauflage
14a: Ausnehmungsseitige Toleranzblechoberseite
14b: Ausnehmungsseitiges unteres Toleranzblechwellenstück
14c: Ausnehmungsgegenseitiges ungeprägtes Toleranzblechgegenstück
15a: Toleranzblechoberseite bei Perforation
15b: Unteres Toleranzblechwellenstück bei Perforation
15c: Ungeprägte Toleranzblechauflage mit Perforation
15d: Toleranzblech an der Stirnseite des äußeren Wellenstückes
16: Perforation
17: fester Keil (Hinterer Keil des inneren Wellenstücks)
18: beweglicher Keil (Schraubenkopfseitiger Keil)
19: verstemmter Zapfen
20: Vorspannungseinstellschraube
21: Erste innere Abstufung
22: Zweite innere Abstufung
23: Verstemmung
24: Keilfläche
25: Ausnehmung

Claims

Teleskoplenkwelle für den Lenkstrang eines Kraftfahrzeuges, mit – einem äußeren Wellenstück (7) und – einem darin in einer Passung eingebrachten inneren Wellenstück (6), wobei zwischen einer Innenwand des äußeren Wellenstückes (7) und dem inneren Wellenstückes (6) ein Zwischenraum gebildet ist, wobei das in dem Zwischenraum ein am inneren Wellenstück (6) befestigtes Toleranzblech (11a, 11b, 12a, 12b, 13a, 13b, 14a, 14b, 15a, 15b) derart angeordnet ist, dass es das innere Wellenstück (6) mit dem äußeren Wellenstück (7) verdrehfest und axial verspannt, dadurch gekennzeichnet, dass das äußere Wellenstück (7) im Bereich des dem inneren Wellenstück (6) abgewandten Randbereiches zwischenraumseitig zumindest eine innere Abstufung (21) aufweist.
Teleskoplenkwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenraum durch eine Ausnehmung (25) des äußeren Wellenstückes (7) gebildet ist.
Teleskoplenkwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Toleranzblech ein Blechstreifen ist in den im mittleren Bereich ein wellenförmiges Profil eingeprägt ist.
Teleskoplenkwelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenraum in zumindest zwei Bereichen eine unterschiedliche Größe besitzt und die Wellen des wellenförmigen Profils des Toleranzblechs (12a, 12b) dem Zwischenraum entsprechend angepaßt sind und somit in den zumindest zwei verschiedenen Bereichen unterschiedliche Amplituden aufweisen.
Teleskoplenkwelle nach einem der Ansprüche 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem Blechstreifen des Toleranzblechs (13a, 13b) ein Blechstreifen ohne Profil (13c) überlagert ist.
Teleskoplenkwelle nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Toleranzblech (14a, 14b) das innere Wellenstück (6) derart umschließt, dass inneres und äußeres Wellenstück (6, 7) keinen Kontakt zueinander haben.
Teleskoplenkwelle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass jede beliebige Werkstoffpaarung zwischen innerem Wellenstück (6) und äußerem Wellenstück (7) möglich ist.
Teleskoplenkwelle nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass dem Toleranzblech (15a, 15b) ein Blechstreifen ohne Profil (15c) überlagert ist, wobei der überlagerte Blechstreifen (15c) kragenförmig an der Stirnseite des äußeren Wellenstücks (7) anliegt und im Bereich des Zwischenraumes zumindest eine Perforation (16) aufweist.
Teleskoplenkwelle nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei nichtperforiertem Toleranzblech das äußere Wellenstück (7) an der dem inneren Wellenstück (6) zugewandten Seite im Bereich des Zwischenraumes eine Verstemmung (23) aufweist.
Teleskoplenkwelle nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Toleranzblech durch einen dem inneren Wellenstück zugehörigen verstemmten Zapfen (19) an der im Inneren des äußeren Wellenstückes (7) befindlichen Stirnseite des inneren Wellenstückes (6) befestigt ist.
Teleskoplenkwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das innere Wellenstück aus einem festen Keil (17) und einem beweglichen Keil (18) besteht und der feste Keil (17) mit einer Vorspannungseinstellschraube (20) gegen den im Schaftbereich mit Spiel behafteten beweglichen Keil (18) derart verschraubt ist, dass sich beide Keile (17, 18) an einer Keilfläche (24) großflächig berühren und bei Drehung der Vorspannungseinstellschraube (20) gegenseitig entlang der Keilfläche (24) verschieben können, so dass über die Verschiebung der beiden Keile (17, 18) entlang der Keilfläche (24) das Spaltmaß des Zwischenraumes (25) variiert werden kann.
Teleskoplenkwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das innere Wellenstück (6) und das äußere Wellenstück (7) ein Zweiflachprofil derart aufweisen, dass eine Fläche des Zweiflachprofils die Gegenseite des Zwischenraumes darstellt.