DE1931390C3 - Sicherheitslenkwelle - Google Patents

Description

ster 19 77 707 bekannten Sicherheitslenkvornchtung ^^JStakSlle vor ihrer Verformung, der eingangs beschriebenen Art wird die übertra- ««^.cheriieteten^w ^ ^^,^,

gung des Drehmomentes dadurch erreicht, daß die 00 F^g-Aj) eine _emVeriormen,

Innenlenkwelle als zylindrische Säule mit einander weHe gemaö b 1 g. ι na Querschnitte entspre-

gegenüberliegenden Abflachungen ausgebildet ist an F^if^J^ _fc ^U _{2 c} JJ _{2 d in F} i g. 2(a),

die ein diese Innenknkweite .sng «^beBend» choid_g ^den^ⁱⁿ ^_ch'_{erhdtslenkwelle nach Fig}.₂(a)

2SÄ rS}i

send um die so geformte Innenlenkwelle herum zu

gievemichtung in Form von Belastungs-Verschiebungs-Kurven des Ausführungsbeispiels,

Fig.5(a) ein weiteres Ausführungsbeispiel der Sicherheitslenkwelle im Längsschnitt,

Fig.5(b) bis 5(e) Querschnittsdarstellungen entsprechend der Linien 5 b bis 5 e in F i g. 5(a),

Fig.6 die Verbindungsstelle der Sicherheitslenkwelle nach F i g. 5 nach deren Zusammenbau vcr ihrer Verformung,

F i g. 7(a) und 7(b) Draufsicht und Endansicht des Innenrohrs der in Fig.6 gezeigten Sicherheitslenkwelle und

F i g. 8 einen Längsschnitt, der die die Stöße aufnehmenden Teile nach einer axialen Belastung der Vorrichtung gemäß F i g. 5 bis 7 zeigt.

Bei dem in den F i g. 1 bis 3 gezeigten Ausführungsbeispiel besteht die Sicherheitslenkwelle im wesentlichen aus einem oberen Innenrohr 2 und einer unteren Außenlenkwelle 3, die miteinander drehfest mit einem Lenkrad 1 und einem Lenkgetriebe 4 eines (nicht dargestellten) Fahrzeugs verbunden sind. Im vorliegenden Fall sind sowohl der obere als auch der untere Lenkwellenabschnitt (Innenrohr 2 und Außenlenkwelle 3) Rohre.

Die oberen bzw. unteren Abschnitte des Innenrohrs2 bzw. der Außenlenkwelle 3 bestehen aus Rohren mit Kreisquerschnitt, die hinreichend biege- und torsionsfest sind und mit einem leichten Scltiiebesitz ineinanderstecken (F i g. 1). Die Lenkwellenab· schnitte, die bei entsprechendem Durchmesser ineinandergefügt sind, werden durch Abflachen eines Teilbereichs 5 in einem rohrförmigen Abschnitt zu einem elliptischen Querschnitt mit entsprechenden Übergangsbereichen 6 und 7 an den beiden Enden des TeilbereichsS verformt [Fig. 2(a) bis 2(d)], die den endgültigen Zustand der Vorrichtung zeigen. Die so zusammengefügten Lenkwellenabschnitte werden außerdem über einen bestimmten Abschnitt in axialer Richtung ineinandergeschoben, so daß die Lenkwelle selbst bereits eine bestimmte Grundbelastung in axialer Richtung auszuhaken vermag, um gewöhnlichen axialen Belastungen, die kleiner sind als die Stoßbelastung bei einem Aufprall, standhalten zu können.

Der elliptische Querschnitt des deformierten Teilbereichs 5 ist so bemessen, daß die Lenkwelle die gewöhnlich beim Lenken zu übertragenden Drehmomente übertragen kann. Zugleich wird durch die allmähliche Änderung des Querschnitts in dem deformierten Ubergangsbereich 6 von einem Kreisquerschnitt in einen elliptischen erreicht, daß sich die Lenkwelle unter einer im wesentlichen konstanten Widerstandskraft verkürzen kann und dabei die beim Stoß auftretende Energie infolge der Verformung vernichtet wird.

Das maximal übertragbare Drehmoment und der Widerstand, der der axialen Verkürzung entgegengesetzt wird, sind durch Faktoren wie etwa den Grad der Deformation (des Kreisquerschnitts) im Teilbereich 5, der Wandstärke der beiden Rohre und der Länge des Verbindungsabschnitts bestimmt, wobei sich diese Parameter untereinander beeinflussen. Durch Vergrößerung oder Verkleinerung dieser Werte oder durch Verwendung eines Profils mit zwei Stufen des verformten Abschnitts (Fig. 3) könn;n die Werte des übertragbaren Drehmoments und der Widerstandskraft in axialer Richtung in beliebiger Weise beeinflußt werden.

Um die Einzelheiten noch deutlicher zu machen und damit die Nützlichkeit der Erfindung aufzuzeigen, werden folgende, aus der Praxis stammende Beispiele beschrieben, die als Erläuterung aufzufassen sind.

Anordnungen mit Stahlrohren, deren Abmessung D₁ = 33,5 mm (Wandstärke 1,6 mm) und D₂ = 30,0 mm (Wandstärke 2,6 mm) sind [F i g. 2(b)], werden einem Versuch unter nachfolgenden Bedingungen unterzogen:

Die in Fig.2(a) mit α und b bezeichneten Längen sind 70 und 10 mm. Nach dem Abflachen der Kreisrohre in einen elliptischen Querschnitt in einer Form, wie unten angegeben, werden die Wellenabschnitte noch um 10 mm in axialer Richtung ineinandergeschoben, und sie werden dann in Versuchen auf Übertragbarkeit des maximalen Drehmoments und Aufnahme eines axialen Stoßes geprüft. Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle wiedergegeben.

Probe Nr.	Außendurch messer vor der Ver formung D (mm)	Kleine Achse der Ellipse nach der Ver formung d (mm)	Maximal übertragbares Drehmoment (Nm)	Axial kraft beim Laststoß (N)
1 2 3	33,5 33,5 33,5	29 27 25	55 95 155	5000 7000

Da die maximal erforderliche Kraft zum Drehen des Lenkrades bei normalen Bedingungen etwa 150 N ist, was einem Drehmoment in der Lenkwelle von etwa 30Nm entspricht, ist das maximal übertragbare Drehmoment, das bei der Lenkwelle nach der Erfindung erreicht wird, mehrfach hoch genug, was das Ergebnis in obiger Tabelle anzeigt.

Die Axialkraft, unter der die Lenkwelle bei einem Stoß zusammendrückbar ist, wurde bei den im Versuch verwendeten Proben Nr. 1 und 3 mit 5000 bzw. 7000 N ermittelt, und die dabei gefundene Kurve der Energievernichtung ist in F i g. 4 wiedergegeben. Ein Vergleich der Energievernichtungskurve bei einer Anordnung nach der Erfindung zu bekannten Sicherheitslcnkwellen zeigt eine ausgezeichnete Wi-ksamkeit bei der Energievernichtung während der gesamten Verkürzung der Lenkwelle. Die erfindungsgemiiße Sicherhcitslenkwelle ist also für den Einsatz in Kraftfahrzeugen besonders günstig und wirksam, wenn, wie in kleinen und kompakten Kraftfahrzeugen, für ein langbauende Sicherheitslenkwclle kein Platz vorhanden ist.

Bei einem anderen vorteilhaften Ausführungsbeispiel, das in den F i g. 5 bis 8 gezeigt ist, ist die Lenkwelle 12 ebenfalls mit dem Lenkrad 1 und dem Lenkgetriebe 4 des Fahrzeugs verbunden und besteht aus einem oberen Lenkwellenabschnitt 14 und einem unteren Lcnkwellcnabschnitt 15. Der obere Lenkwellcnabsciinitl 14 setzt sich aus einem Vollwellenteil 16 und einem Innenrohr 17 zusammen, in dessen oberes Ende das untere Ende des Vollwellenteils 16 eingesetzt und mit diesem fest, etwa durch Schweißen, verbunden ist. Der untere Lenkwellenabschnitt 15 weist eine Außenlenkwelle 18 und eine Verbindungsstangc 19 auf, deren oberes Ende in das untere Ende der Außenlenkwelle 18 eingesetzt und ebenfalls etwa durch Schweißen mit diesem fest verbunden ist.

Das VoUwellenteil 16 und die Verbindungsstange 19 sind aus Rundstangenmaterial und die Innenbzw, die Außenlenkwelle 17 bzw. 18 aus Rohren mit Kreisquerschnitt gefertigt. Die Materialeigenschaften und Abmessungen dieser Teile sind so ausgewählt, daß die Lenkwelle nach ihrem Einbau die erforderliche Steifigkeit bezüglich Biege- und Torsionsbeanspruchung hat. Das Innenrohr 17 und die Außenlenkwelle 18 können an die gekuppelten Teile der Lenkwellenabschnitte 15 und 16 angefügt sein oder auch sich über deren gesamte Länge erstrecken.

Die verschiedenen Verbindungen zwischen den ineinandergefügten und aufeinander abgestimmten Teilen können in trockenem Zustand dieser Teile ausgeführt sein, oder es kann auch ein Schmiermittel wie etwa Öl oder Fett verwendet werden.

Die oberen und unteren Lenkwellenabschnitte 14 und 15 sind mit einem Schiebesitz ineinandergefügt (F i g. 6), bevor sie verformt werden, und sie werden dann durch Pressung in ihrem Querschnitt im Teilbereich 23 aus dem Kreisquerschnitt in einen elliptischen verformt, wie dies bereits im Zusammenhang mit dem vorigen Beispiel dargestellt wurde, wobei Übergangsbereiche 22 und 24 entstehen, in denen der Querschnitt allmählich von der Kreisform in die elliptische übergeht. Außerdem erhält ein oberer Endabschnitt 21 des Innenrohrs 17 zuvor wenigstens einen Längsschlitz 20, der etwas keilförmig verläuft [F i g. 7 (a)], der aber auch ein parallelwandiger Schlitz sein kann und in entsprechende Nocken der Außenlenkwelle 18 durch Preßverformung eingeformt wird, wobei Nuten 18 α entstehen.

Die Lenkeinrichtung der oben beschriebenen Ausführungsform arbeitet nun in folgender Weise. Die Lenkwelle 12 wird in der in F i g. 5 (a) gezeigten Form eingebaut und dient dazu, im Normalbetrieb das Drehmoment vom Lenkradi auf das Lenkgetriebe 4 zu übertragen. Dabei wird das Drehmoment vom Lenkrad 1 vom oberen Lenkwellenabschnitt 14 auf den unteren Lenkwellenabschnitt 15 übertragen. Diese Übertragung über die ineinandergefügten Teile ist wegen der elliptischen Form [F i g. 5 (c)] und der Nut- und Keilverbindung 18 a, 20 möglich.

Übermäßige Laststöße vom Lenkgetriebe oder vom Lenkrad werden in der Weise absorbiert, daß die ineinandergefügten Abschnitte sich ineinanderschieben und die Lenkwelle dadurch aus dem in F i g. 5 (a) gezeigten Zustand in den in F i g. 8 gezeigten verkürzt wird. Während dieser Verkürzung wird Stoßenergie verbraucht, was auf die Reibungskräfte und die plastische Verformung der Außenlenkwelle 18 aus dem elliptischen Querschnittszustand [F i g. 5 (c)] in den kreisförmigen nach F i g. 5 (d) bedingt ist, da der Übergangsbereich 22 a des Innenrohrs 17 [F i g. 5 (a)] in die Außenlenkwelle hineingeschoben wird.

Die Festigkeit des Innenrohrs 17 wird wesentlich größer gewählt als die der Außenlenkwelle 18, um eine Deformation des Übergangsbereiches 22 a während der Verkürzung nahezu vollständig auszuschalten, was zur Folge hat, daß die Widerstandskraft, die die Lenkwelle bei der Verkürzung entgegensetzt, über den gesamten Verschiebungsweg etwa konstant ist.

Die eingeformten Nuten 18 α für die Drehmomentübertragung und die Längsschlitze 20 im Innenrohr sind vorzugsweise leicht keilförmig gestaltet, so daß die Reibung während des ersten Augenblicks der Verkürzung der Lenkwelle durch diese Elemente nicht wesentlich erhöht wird.

Es kann z. B. auch der obere Lenkwellenabschnitt den unteren übergreifen. Auch können die Teilbereiche 5 bzw. 23 statt eines elliptischen auch einen anderen Querschnitt haben, der von der Kreisform abweicht. Eine weitere Variation ist die, daß mehr als zwei Rohrelemente ineinandergefügt sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

hinaus besitzt die bekannte sSrheiUleSe Abscherglieder, die ein telesko- Patentanspriiche: Ses neSnderschieben der geteilten Innenknk- piscnes in«. enteHes über eine gewisse Distanz

1. Sicherheitslenkwelle mit wenigstens zwei welle una ,^',belastung einen Grenzwert

Lenkwellenabschnitten, bestehend aus einer In- 5 ™seⁿ, _{T esamt} gesehen ist die bekannte

nenlenkwelle und einer diese über einen be- "^„eitslenksäule mithin in ihrem Aufbau aufwenstimmten Abschnitt koaxial eng umschließenden SicherhÄg? außerdem schwer, da die In-

Außenlenkwelle, welche bei überschreiten einer *8 ™d ^k^^g ^ _besteht

bestimmten Axialdruckbelastung ineinander- "^"'^Sun» lieot deshalb die Aufgabe zuschiebbar sind, wobei die Innenlenkwelle und die io Der fcrnn ^ ο _{Gestalmng ohne Einbu}ß_e Außenlenkwelle über einen Teilbereich dieses gründe duren s ^ praktischen Einsatzes die Abschnitts zur Übertragung des Lenkdrehmo- tür ^α* f¹^ _herheitsi_enksäule leichter und kompakmentes eine von der Kreisform abweichende ^^^^feer Aufwand an Teilen zu bauen fi ddch ge ^{er un}° '^e di Gtlt d

mentes eine von der Kreisf ^^^^feer Aufwand an Teil

Querschnittsform aufweisen, dadurch ge- ^{er un}° '_besonde ^e _rs wichtig ist, die Gestaltung der

kennzeichnet, daß die Innenlenkwelle.als 15 und w*s b^ _{daß die} Herstellung der

Innenrohr (2 bzw. 17) ausgebildet ist und daß die 1 eue so _e;_{nf ac}hste Weise erfolgen kann, wobei

Außeslenkwelle (3 bzw. 18) und das Innenrohr Lenksame _{üchst giinsti}ger Energieabsorp-

(2 bzw. 17) in dem Teilbereich (5 bzw. 23) ihres »^J^ _ein|_r axialen Stauchung erreicht wer-

Vbidbhnittes einen m Elhpsenform ge- Honsvenam

(2 bzw. 17) in dem Teilbereich (5 bzw. 23) ihres ^J^ _ein|_r axialen Stauchung erreicht wer-

Verbindungsabschnittes einen m Elhpsenform ge- Honsvenam

drückten Querschnitt haben, an den sich ein vom *° den soil. _{wird äß der} Erfindung dadurch

Innenende des Innenrohres (2 bzw. 17) weg all- JT**^ |_{e Innen}lenkwelle als Innenrohr ausgemählich auf Kreisquerschnitt übergehender über- gelost, aau ^ Außenlenkwelle und das In-

gangsbereich (6 bzw. 22) anschließt, während die ^b''^'f;" _dem Teilbereich ihres Verbindungsab-Außenlenkwelle (3 bzw. 18) in Verlängerung des nenrohr in dem _{orm drückten Quer}.

elliptischen Teilbereichs des Verbindungsab- *5 sch" tes ^"J^ _si(?_{h ein vom} Innenende des Inschnittes über eine bestimmte axiale Lange mit senmn na , _{hUch auf K}reisquerschnitt uber-

demselben elliptischen Querschnitt fortgesetzt ist. "^°^r Übereangsbereich anschließt, während die 2. Sicherheitslenkwelle nach Anspruch 1 da- ^f^ £ _Veriä_ng_erUng des elliptischen h kichnet daß das Innenrohr (17) ^uüenieiiKw _dbhittes über eine

2. Sicherheitslenkwelle nach Anspruch 1 da ^f^ £ _Veriä_ng_erUng des elliptischen durch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (17) ^uüenieiiKw _{v bindungsa}bschnittes über eine mit einem Ende über ein Vollwellenteil (16) der 30 ^T«"«reidis des ver^ B_{demselben elliptischen}

Lenkwelle geschoben und mit diesem starr ver- g^s™^_t^_esetzt %_t. .

bunden ist und wenigstens einen gegen sein Ende Uuersenn " »> _{t des} teleskopisch wirkenden

offenen Längsschlitz (20) aufweist und daß die ^^ntareichs übertragenden Elemente sind Außenlenkwelle (18) den geschlitzten Innenrohr- ^"^XTdnfach, nämlich zwei schließend inabschnitt übergreift und in den oder die Langs- 35 ^ ^^^d^Rohre, die für den Zweck der schlitze (20) eingeformt ist. Drehmomentübertragung in einem gewissen Teil el-

Uptisch gedrückt sind. Die Aufgabe der Energ.eab-

sorption bei einer Teleskopbewegung der raemander-

₄o sSenden Rohre infolge eines Aufpralls ubermmmt

dann der Übergangsabschnitt zwischen dem Ab-

Die Erfindung bezieht sich auf eine Sicherheit, ^^^^£SS£SSiST lenkwelle mit wenigstens zwe! Lenkwellenabschnit- ^"¹PjS Gestaltung insbesondere der Verbinten, bestehend aus einer Innenlenkwelle und einer Eine gunst.ge υ β _VollweUenteij _der diese über einen bestimmten Abschnitt koaxial eng 45 ^g ™^Cn _Teleskopbereich gemäß der Erumschließenden Außenlenkwelle welche bei Über- ^enksau.e una ^ _{werden> daß das In}_ schreiten einer bestimmten Axialdruckbelastung in- fmdung kann^ _{ein VoUwellentei}, _der einanderschiebbar sind, wöbe, die InnenlenKwe Ie f^e"™J'""„Soben und mit diesem starr verbun- und die Außenlenkwelle über einen Teilbereich die- Lenkwe Ie 8"™en _{Ende offenen} ses Abschnittes zur Übertragung des Lenkdrehmo- ₅o ^d«ⁿ-^"^Xe1?t _und daß⁸ die Außenlenkwelle mentes eine von der Kreisform abweichende Quer- ^OH^^Srabschnitt übergreift und in schnittsform aufweisen. & ,. _{χ än}„_sschlitze eingeformt ist.

Eine solche Sicherheitslenksäule muß folgende den od«°je L«^nuB g _{die Erfindu jm}