DE1814609A1

DE1814609A1 - Axial einfahrbare Lenksaeule

Info

Publication number: DE1814609A1
Application number: DE19681814609
Authority: DE
Inventors: Runkle Dean Edward
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1967-12-14
Filing date: 1968-12-13
Publication date: 1969-07-10
Also published as: ES361442A1; FR1595060A; GB1217055A; SE333882B

Description

Axial einfahrbare Lenksäule

Die Erfindung betrifft eine axial einfahrbare Lenksäule mit zwei teleskopartig ineinander angeordneten Wellen.

Nach einem früheren Vorschlag der Anmelderin (deutsche Patentanmeldung P 15 o5 619.6) wird bei einer spielfreien, axial beweglichen Fahrzeug-Lenksäule das Torsionsspiel der beiden polygonal ausgebildeten Wellen dadurch ausgeschaltet, daß mehrere vorgespannte Bauteile in einer der Wellen angeordnet werden, die verschiedene Seitenflächen der anderen Welle an einer außermittigen Stelle der als Anschlagfläche dienenden Seitenfläche berühren, so daß die beiden Wellen dauernd miteinander in Reibeingriff stehen. Bei den vorgeschlagenen Ausführungsbeispielen wurde die Vorspannung auf die betreffenden vorzuspannenden Bauteile mittels einer Schraubenfeder oder eines Blocks aus Gummi bzw. anderen elästomeren Materials ausgeübt. Hierbei ist es jedoch häufig schwierig, die gewünschte Vorspannung zu erzielen und diese Vor-

— 1 —

909828/1193

18Ufif)9

spannung unter allen Betriebsbedingungen aufrechtzuerhalten.

Bei der erfindungsgemäßen Lenksäule soll das Torsionsspiel zwischen den beiden teleskopartig angeordneten Wellen ebenfalls ausgeschaltet werden, jedoch auf zuverlässiger? und genauer vorherbestimmbare Weise. Dabei wird ausgegangen von einer axial einfahrbaren Lenksäule mit zwei relativ zueinander axial bewegbaren Wellen, von denen die innere einen polygonalen Querschnitt und die äußere eine entsprechend f;eforrrte Bohrung zur Aufnahme der inneren Welle auf v/eist, mindestens einem Spannelement, das in einem in einer der Wellen gebildeten, radial verlaufenden Schlitz angeordnet ist, an einer als Anlageflache dienenden Seitenfläche der zweiten Welle anlieft und eine I'Iittellinie aufweist, die mit Abstand zur Mittellinie der Anlagefläcne verläuft, eine.a Abstützkörper, der mit einer der Wellen wirkungsmäMg verbunden lot und mit dem Spanneleinent in Berührung steht. 30 daß sich daa Spannelement bei einer Relativbewegung zwischen dem Abstützkörper und dem Spannelement in Richtung der anderen Welle radial verschiebt. Die Lenksäule ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß das Spannelement aus einem Keil besteht, der zwei sich gegenüberliegende Flächen aufweist, daß die eine der beiden Flächen einen primären und einen sekundären drehmomentübertragenden Rand aufweist, die mit der Anlagefläche der zweiten Welle in Berührung stehen, daß der primäre drehmomentübertragende Rand von der Mittellinie der Anlagefläche einen größeren Abstand als der zweite drehmomentübertragende Rand hat, und daß der Abstützkörper eine abgeschrägte Fläche aufweist, die in einer Querebene bezüglich einer der Keilflächen schräg verläuft, so daß sich die Kraft,

909828/1193

ßAD ORIGINAL

18U609

die bei einer Axialbewegung des Abstützkörpers auf den Keil ausge übt wird, hauptsächlich über den primären drehmomentübertragenden Hand überträgt.

Bei der erfindungsgemäßen Lenksäule sind elastische Mittel wie beispielsweise Schraubenfedern, Gummiblöcke und dergleichen, die unmittelbar auf die vorzuspannenden Teile wirken, nicht erforderlich. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lenksäule besteht darin, daß nach Einbau der Lenksäule die Vorspannung der drehmomentübertragenden Verbindung in beliebiger Weise geändert werden kann und der eingestellte Wert im Betrieb erhalten bleibt.

Bei einer vorteilhaften Ausfülirungsform der Erfindung verläuft der primäre drehmomentübertragende Rand im wesentlichen parallel zur Mittellinie der Anschlagfläche, während der sekundäre drehmomentübertragende Rand bezüglich dieser Mittellinie schräg verläuft.

Anhand der Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäß ausgebildet« Lenksäule,

Pig. 2 einen Querschnitt längs der Linie 2-2 der B¹Ig. 1,

Fig. 3 einen Querschnitt längs der Linie 3-3 der Pig. I, wobei die Hülse und die Mutter weggelassen sind,

909828/1193—

8AD ORlGiNAL

18UROPl

Pig. k eine der Pig. 2 entsprechende Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels,

Fig. 5 ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung

.■3»

Fig. 6 einen Querschnitt längs der Linie 6-6 der Fig. 5,

Fig. 7 eine der Fig. 5 entsprechende Ansicht eines vierten Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig. 8 einen Querschnitt längs der Linie 8-8 der Fig. 7.

Zunächst wird auf die Figuren 1 und 2 Bezug genommen. Eine Welle 12 mit sechseckigem Querschnitt ist in einer entsprechend geformten Bohrung 14 einer Welle 16 angeordnet. Die eine der Wellen ist mit dem Lenkrad (nicht gezeigt) eines Fahrzeugs verbunden, während die andere Welle mit dem Lenkgetriebe (nicht gezeigt) des Fahrzeugs in Verbindung steht. Da die Wellen 12 und 16 teleskopartig angeordnet sind, kann das Lenkrad dadurch axial verstellt werden, daß am Lenkrad gezogen oder auf das Lenkrad gedrückt wird. Im Fall eines Unfalls wird die Verletzungsgefahr für den Fahrer dadurch verringert, daß die Lenksäule nachgibt.

Da es aus Fertigungsgründen unwirtschaftlich ist, die Teleskopwellen 12 und 16 spielfrei ineinander anzuordnen, ist ein Kupplungsmechanismus 18 vorgesehen, der eine Relativdrehung und einen dauernden Reibungseingriff der beiden Wellen bewirkt. Der Kupplungsmechanismus weist zwei axial verlaufende Schlitze 2oi die

- 4 - . 909828/1193

8AO OBIQlNAL

18UB09

in der äußeren Welle 16 gebildet sind, auf. In jedem der Schlitze ist ein gleitbarer Keil 22 von entsprechender Form angeordnet. Einer der Keile liegt an der Seitenfläche 24 der Welle 12, an einer außermittigen Stelle, an, während der andere Keil mitjder gegenüberliegenden Seitenfläche 26 der Welle 12, ebenfalls an einer außermittigen Stelle, in Berührung steht. Eine Hülse 28, die teleskopartig über die innere und äußere Welle 12, 16 geschoben ist, vielst zwei abgeschrägte Flächen 3o auf, von denen die eine den einen Keil und die andere den anderen Keil berührt, wodurch die Keile bei einer Axialbewegung der Hülse relativ zur äußeren Welle vorgespannt und radial nach innen bewegt werden können. Solch eine Vorspannung der Keile erzeugt ein Drehmoment d.h. zwei gleich große parallele Kräfte, die^ in entgegengesetzter Richtung wirken und die innere Welle relativ zur äußeren Welle zu drehen suchen. Die Hülse 28 wird durch Schultern 32, die sich an die Keile anlegen können, an einer Drehung relativ zu den Wellen gehindert. Eine Mutter 3¹», die am Ende der äußeren Welle 16 mittels eines Flansches 36 anliegt, ist mit der Hülse durch ein Gewinde 38 verbunden,.so daß sich bei einer Drehbewegung der Mutter die Hülse axial zur äußeren Welle bewegt.

Aus dem Vorstehenden dürfte klar sein, daß die von den Keilen ausgeübte Spannung einfach durch Drehen der Mutter 3²I beliebig eingestellt werden kann. Bei einer Drehung der Mutter in der einen Richtung bewegen sich die Hülse und die. abgeschrägte Fläche in einer axialen Richtung, in der sich die von den Keilen ausgeübte. Spannung erhöht, während sich die Hülee und die abgeschrägte Fläche· bei einer Drehung der Mutter in der entgegengesetzten

' - 5 - 909828/1191

6 18U609

Richtung in die entgegengesetzte axiale Richtung bewegen, in der sich die auf die Keile ausgeübte .Vorspannung verringert.

Aus den verschiedenen Figuren, insbesondere Fig. 2 geht hervor, daß der Keil eine axial geneigt verlaufende erste Fläche 4o, die die abgeschrägte Fläche 30 der Hülse 28 berührt, und eine zweite Fläche 42, die die als Anlagefläche dienende Seitenfläche der inneren Welle 12 berührt, aufweist. Die zweite Fläche 42 besitzt einen ersten drehmomentübertragenden Rand 44 und einen zweiten drehmomentübertragenden Rand 46, wobei der erste Hand 44 einen größeren Abstand von der flittellinie der Anlageflache 24 als der zweite Rand 46 hat. Damit sich die Kraft, die auf den Keil ausgeüb wird, auf den primären drehmomentübertragenden Rand 44 konzentriert 1st die abgeschrägte Fläche 3o in einer Querebene bezüglich der ei einen oder beider Flächen 4o, 42 des Keils unter einem Winkel angeordnet (siehe Fig. 2). Ob der Querschnitt des Keils trapezförmig (Fig. 2) oder rechteckig (Fig. 4) ist, 1st unwesentlich, wenn nur die abgeschrägte Fläche 30 bezüglich der ersten und/oder zweiten Fläche Ho bzw. 42 des Keils unter einem Winkel "a¹' angeordnet ist.

Damit die Kraft im wesentlichen gleichförmig an dem primären drehmomentübertragenden Rand 44 des Keils angreift unu damit das gewünschte Drehmoment erzeugt wird, ist der primäre drehmomentübertragende Rand derart angeordnet, daß er im wesentlichen parallel zur flittellinie der Anlagefläche der inneren Welle verläuft. Der zweite drehmomentübertragende Rand 46 des Keils verläuft dagegen schräg zur Ilittellinie der Anlagefläche,

- 6 - 909828/1193

BAD

-.„. ·Η,ί

18U609

so daß der Keil zur abgeschrägten Fläche der Hülse und zur Anlagefläche der inneren Welle immer richtig ausgerichtet ist. Jeder Keil ijeist an seinen axial gegenüberliegenden Enden überstehende bänder 44 und 46 auf; Zweck dieser Ränder ist es, die Gegenfläche für die abgeschrägte Fläche der Hülse zu vergrößern und die auf die innere Welle ausgeübte Kraft zu begrenzen. Falls gewünscht₃ kann die Fläche 42 des Keils, die mit der Seitenfläche der inneren Welle in Berührung steht, mit einem reibungsarmen i'aterial wie beispielsweise Teflon überzogen werden.

Es wird nun auf die Fign. 5 und 6 Bezug genommen. Eine Welle 112 mit sechseckigem Querschnitt ist innerhalb einer entsprechend ausgebildeten sechseckigen Bohrung 114 einer Welle 116 angeordnet.

ine der Wellen ist mit dem Lenkrad des Fahrzeugs und die andere welle mit dem Lenkgetriebe verbunden.

in Kupplungsmechanismus 118 dient dazu, eine Relativdrehung und somit einen beständigen Reibungseingriff zwischen den beiden Weller sicherzustellen. Der Kupplungsmechanismus weist einen axial verlaufenden Schlitz 12o auf, der in der äußeren Welle 116 gebildet ist. Im Schlitz ist ein Keil 122 von entsprechender Form angeordnet der an der Seitenfläche 124 der Welle 112 außermittig anliegt.

ine Halterungshülse 128, die über die innere und die äußere felle 112 bzw. 116 teleskopartig darübergeschoben ist, weist eine innere Fläche 13o auf, die abgeschrägt ist und mit dem Keil in Berührung steht. Die Halterungshülse und der Keil sind derart angeordnet, daß bei einer axialen Relativbewegung zwischen den eiden Bauteilen eine Kraft auf den Keil ausgeübt wird, so daß er

909828/1193

BAD ORIGINAL

18U609

sich radial nach innen zur inneren Welle 112 hin bewegt. Eine unter Vorspannung stehende Feder 132, die zwischen der Halterungshülse 128 und dem Keil 122 angeordnet ist, drückt dLe Halterungshülse und den Keil in entgegengesetzte Richtungen und steuert somit die Kraft, die vom Keil radial nach innen gegen die innere Welle ausgeübt wird. Die Feder 132 liegt an einer bewegbaren Platte 134 an, deren axiale Stellung von einer Einstellschraube 136 bestimmt wird. Durch die Stellschraube läßt sich die Vorspannung der Feder auf einen gewünschten Wert einstellen. Bei einer Drehung der Einstellschraube in der einen Richtung bewegt sie sich in einer axialen Richtung, in der sich die auf den Keil ausgeübte Kraft vergrößert, während bei einer Drehung der Einstellschraube in der anderen Richtung die Einstellschraube sich in der entgegengesetzten axialen Richtung bewegt, in der sich die vom Keil ausgeübte Kraft verringert. Die Einstellschraube könnte jedoch auch weggelassen werden, so daß die Feder 132 eine konstante Vorspannung hätte. Die durch die Vorspannung auf den Keil ausgeübten Kräfte bewirken eine Relativdrehung zwischen der inneren und äußeren Welle, so daß zwischen den beiden Wellen kein Spiel vorhanden ist.

Wie in PIg. 6 zu sehen 1st, besitzt der Keil eine erste axial geneigte Fläche l4o, die mit der abgeschrägten Innenfläche 13o der Halterungshülse 128 in Berührung steht, und eine zweite Fläche 142, die mit der Seitenfläche 124 der inneren Welle 112 in Berührung steht. Die zweite Fläche 142 weist einen ersten drehmomentübertragenden Rand 144 und einen zweiten drehmomentübertragenden Rand 146 auf: der erste Rand 144 hat von der Mittel-

18U6Q9

linie der Seitenfläche 124 einen größeren Abstand als der zweite Rand 146. Die axial schräg verlaufende Fläche 13o schließt, in einer Querebene, mit der entsprechenden Fläche des Keils einen Winkel "a" ein, damit sich die auf den Keil ausgeübte Kraft im weaentliehen über den primären drehmomentübertragenden Rand 144 übertrügt.

In den Fign. 7 und 0 sind Bauteile, die den in den Fign. 5 und gezeigten entsprechen, mit entsprechenden Bezugsziffern, jedoch um Einhundert erhöht, bezeichnet. In diesem Fall ist die Halterungshülse 228 derart geformt, daß sie durch einen einfachen Ziehvorgang aus Metall oder Kunststoff hergestellt werden kann. Die innere Fläche 23o verläuft im wesentlichen parallel zur Mittellinie der Seitenfläche 224 der inneren Welle 212. In diesem Fall sind zwischen der inneren Fläche 23o der Halterungshülse und der Seitenfläche 224 der inneren Welle 212 zwei Keile 222a und 222b angeordnet, wobei der erste Keil 222a mit der inneren Welle und der zweite Keil 222b mit" dem ersten Keil und der Innenfläche der Halterungshülse in Eingriff .stehen. Die sich berührenden Flächen 231 der beiden Keile verlaufen schräg (Fig. 7). Innerhalb der Halter.ungsb.ulse ist eine Feder 232 angeordnet, und zwar im wesentlichen in der gleichen Art und Weise wie in Fig. 5, abgesehen davon, daß sie an dem zweiten Keil 222b anliegt. Bei einer relativen Axialbewegung zwischen der Halterungshülse und dem zweiten Keil bewegt sich der erste Kell radial nach innen zur " inneren Welle. Die Vorspannung der Feder 232 kann wiederum durch die Einstellschraube 236 eingestellt werden.

909828/1193

Λϋ 18U609

Es versteht sich von selbst, daß die Wellen nicht notwendigerweise sechseckig sein müssen, wie auch andere Abwandlungen der Erfindung möglich sind.

- Io -

909828/1193

Claims

Patentansprüche

1. Axial einfahrbare Lenksäule mit zwei relativ zueinander axial bewegbaren Wellen, von denen die innere einen polygonalen Querschnitt und die äußere eine entsprechend geformte Bohrung zur Aufnahme der inneren Welle aufweist, mindestens einem Spannelement, das in einem in einer der Wellen gebildeten, radial verlaufenden Schlitz angeordnet ist, an einer als Anlagefläche dienenden Seitenfläche der zweiten Welle anliegt und eine Mittellinie aufweist," die mit Abstand zur Mittellinie der Anlageflächff verläuft, einem Abstützkörper, der mit einer der Wellen wirlcung3mäßig verbunden ist und mit dem Spannelement in Berührung steht, so daß sieh das Spannelement bei einer Relativbewegung zwischen dem Abstütz-körper und dem Spannelement in Richtung der anderen Welle radial verschiebt, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannelement (22; 122; 222a,222b) aus einem Keil besteht, der zwei sich gegenüberliegende Flächen (4o, 42) aufweist, daß eine (42) der beiden Flächen einen primären und einen sekundären drehmomentübertragenden Rand

■ - ¹ -- 909828/1193

JL

18U609

(44, 46) aufweist, flie mit der Anlagefläche der zweiten Welle in Berührung stehen, daß der primäre drehmomentübertragende Rand (44) von der Mittellinie der Anlagefläche einen größeren Abstand als der isweite drehmomentübertragende Rand hat, und daß der Abetütrkörper eine abgeschrägte Fläche aufweist, die ' in einer Querebene bezüglich einer der Keilflächen schräg verläuft, so daß sich die Kraft, die bei einer axialen Bewegung des AbstütEkörpers auf den Keil ausgeübt wird, hauptsächlich über den primären drehmomentübertragenden Rand überträgt.

2. Lenksäule naeh Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitz (2oj 12o) in der äußeren Welle (16; 116) gebildet ist

•und der Keil (22; 122) an einer Seitenfläche der Inneren Welle (12; 112) anliegt.

3. Lenksäule nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenneelehnet, daß der primäre drehmomentttbertrmgende Rand (44; 144) im wesentlichen parallel «ur Mittellinie der Anlagefläche (12; 112) veiaäuft.

4. Lenksäule nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite drehmoffleKttiberti-ajgenae Sand (46; 1*6) bwüflich der Mittellinie der AnXag**Üch· (12; 112/

5. Lenksäule nach einem der vorhergehenden Aniprüoii·, dadurch gekennzeichnet, £aß' omr Kell (22} vSmrn (44, 46) aufweist, aev

8AD ORIGINAL.

18U6Q9

des Abstützkörpers und der äußeren Welle angeordnet 1st, um die Qegenflache für die abgeschrägte Fläche zu vergrößern und die auf die innere Welle (12) übertragbare Kraft zu begrenzen.

6. Lenksäule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Fläche (12) des Keila (22), die mit der Anlagefläche der zweiten Welle (12) in Berührung steht, mit einem reibungsarmen Material überzogen 1st.

7. Lenksäule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß der Abstützkörper aus einer Hülse (28) besteht, die teleskopartig über die innere und äußere Welle ge schoben ist, wobei die abgeschrägte Fläche (3o), auf d@s» Ιηκ©κ« fläche der Hülse gebildet ist, daß die Hülse drehfest, jedoch axial verschiebbar zur äußeren Welle angeordnet ist, daß über die äußere und die innere Welle eine Mutter (34) teleekopartig geschoben 1st, die zum Verändern der vom Keil auf die Innere Welle ausgeübten Kraft dient, wozu die Mutter wirkungsmäßig mit der Hülse,verbunden 1st, äo daß sich die Hülse bei einer Drehbewegung der Mutter relativ zur ÄußerenWelle axial verschiebt. * ■ ·

8. Lenksäule nach einem der Ansprüohe 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Abatüt!körper aus einer Haltorungshülae (128; 228) besteht, die teleskopartig über die innere und äußere Welle (112, 116 j 212, 216) gesbhoben ist und an deren . Innenfläche (13oj 23o) die abgeschrägte Fläche, d,ie mit dem, . Kell in Berührung steht,"gebildet ist, und daß »wischen der

- ■ '■ . - "- " 909828/1193 J

Halterungshülse und dem Keil eine vorgespannte Feder (132; 232) angeordnet ist, die die Halterungshülse und den Keil in entgegengesetzte axiale Richtungen drückt.

9. Lenksäule nach Anspruch 0, dadurch gekennzeichnet, daß in der Halterungshülse eine Platte (13²O, die an der Feder (132) anliegt, und eine Einstellvorrichtung (I36), mit der zur Vorspannung der Feder die Platte axial bewegbar i3t, vorgesehen sind«

10. Lenksäule nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß fwei Kelle (222a, 222b) vorgesehen sind, von denen der erste Kell (222a) an der Inneren Welle (212) anliegt und der zweite Keil (222b) zwischen dem ersten Kell und der Innenfläche (23o der HalterungahÜlse (228) angeordnet ist, daß die sich berührenden Flächen (231) der beiden Kelle schräg verlaufen, und da£ die Innenfläche (23q) der HalterungshUlse (228) Im wteentliehen parallel aur Mittellinie der Anlagefliehe. (212) verläuft, die mit dem ersten Keil (222a) in Berührung steht.

11. Lenksäule nach Anspruch lo, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder zwischen der Halterungshülse (228) und dem zweiten Keil (222b) angeordnet ist.

- 4 -909828/1193

Leerseite