DE19913693A1 - Welle-Nabe-Verbindung mit Schraubkörper - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Welle-Nabe-Verbindung und insbesondere ein Drehschieberventil für Servolenkungen, mit einem im wesentlichen rotationssymmetrischen Drehschieber (1), der eine mittige axiale Bohrung (2) aufweist, sowie mit einem Drehstab (7), der koaxial in der Bohrung (2) angeordnet ist, wobei der Drehstab (7) im Bereich eines ersten Endes (9) drehfest mit dem Drehschieber (1) verbunden und im Bereich eines zweiten Endes um die gemeinsame Achse drehbar in dem Drehschieber (1) gelagert ist, wobei der Drehstab (7) weiter im Bereich des ersten Endes (9) eine mittige koaxiale Bohrung (11) aufweist und im Bereich des ersten Endes (9) ein zum Innenaufweiten in radialer Richtung wirkendes Expanderelement (17, 20) angeordnet ist. Eine zuverlässige und kostengünstige Montage ist möglich, weil die Bohrung (11) ein Innengewinde (12) trägt, in das eine Schraube (17) zur Erzeugung der drehfesten Verbindung mittels Innenaufweiten eingeschraubt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Welle-Nabe-Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Welle-Nabe-Verbindungen sind in verschiedenen formschlüs­ sigen und reibschlüssigen Ausführungsformen bekannt. So weisen beispielsweise Drehschieberventile für Servolen­ kungen bei Kraftfahrzeugen eine derartige Verbindung auf. Diese Ventile enthalten üblicherweise unter anderem eine Steuerbüchse, in der drehbar der Drehschieber mit seinen Steuernuten angeordnet ist. In den Drehschieber wiederum ist ein Drehstab eingesetzt, der an dem lenksäulenseiti­ gen Ende des Drehschiebers drehfest in einer Welle-Nabe- Verbindung mit diesem verbunden und an dem gegenüberlie­ genden Ende in einem Nadellager drehbar gelagert ist. Die gesamte Anordnung ist in etwa rotationssymmetrisch um die gemeinsame Drehachse. Der Drehstab erlaubt ein gewisses Verdrehen zwischen der Lenksäule, genauer gesagt der Lenkspindel und dem Antriebsritzel des Lenkgetriebes. Da der Drehschieber nur an dem eingangsseitigen Ende des Drehstabes drehfest befestigt ist, bewirkt diese Verdre­ hung eine Lageänderung der Steuernuten des Drehschiebers gegenüber der Steuerbüchse und damit ein hydraulisches Steuersignal, das letztendlich zur Betätigung der Servo­ unterstützung führt.

Die Befestigung des Drehstabes in dem Drehschieber er­ folgt üblicherweise in einem Schaftabschnitt des Drehsta­ bes. In der Nähe dieses Bereichs wird eine radiale, den Drehschieber und den Drehstab mittig durchsetzende Boh­ rung eingebracht und die beiden Bauelemente durch diese Durchgangsbohrung hindurch miteinander verstiftet. Das Einbringen dieser Durchgangsbohrung durch die beiden Bau­ elemente hindurch ist in der Praxis nicht problemlos, weil das zu verwendende Material recht hart ist. Außerdem müssen während des Bohrvorgangs entstehende Späne sowie die dabei entstehende Wärme abgeführt werden. Schließlich ist die erzielte Verbindung nicht dicht gegenüber dem in­ nerhalb des Drehschiebers und um den Federabschnitt des Drehstabes herum befindlichen Fluid. Es muß also für eine zusätzliche Abdichtung, beispielsweise in Gestalt eines O-Rings, Sorge getragen werden.

Die der vorliegenden Erfindung am nächsten kommende Ver­ bindungstechnik für Drehschieberventile von Servolenkun­ gen ist aus der US-Patentschrift 5,431,379 bekannt und sieht vor, daß der Schaftabschnitt des Drehstabes mit ei­ ner koaxialen Sackbohrung versehen wird, in die dann in der Befestigungsposition eine Kugel eingepreßt oder ein­ geschlagen wird. Die Kugel weist einen geringfügig größe­ ren Durchmesser auf als der Innendurchmesser der Sackboh­ rung, so daß der Schaftabschnitt des Drehstabes erweitert und damit in der Bohrung des Drehschiebers befestigt wird. Diese Befestigungstechnik führt zu erheblichen Axialkräften auf den Drehstab, dessen Federabschnitt hierdurch beeinträchtigt werden kann. Es ergeben sich Nachteile für die Präzision, mit der beispielsweise die kräftefreie hydraulische Mittellage des Ventils justiert werden kann. Außerdem kann sich eine unsymmetrische Kenn­ linie des Ventils ergeben.

Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Welle-Nabe-Verbindung mit einer Verbindungstechnik zu schaffen, die spanlos und im wesentlichen ohne Axialkräf­ te zusammenzufügen und besonders preisgünstig ist, insbe­ sondere ein Drehschieberventil für Servolenkungen zu schaffen, das bei hoher Präzision einfacher zu fertigen ist. Es ist außerdem Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein entsprechendes Verfahren zur Fertigung eines Dreh­ schieberventils bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird von einer Verbindung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und insbesondere von einem Drehschieber­ ventil mit den Merkmalen des Anspruchs 2 sowie von einem Fertigungsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8 ge­ löst.

Weil die Bohrung ein Innengewinde trägt, das eine Schrau­ be zur Erzeugung der drehfesten Verbindung mittels Innen­ aufweiten eingeschraubt ist, kann ohne spanende Bearbei­ tung im einjustierten Zustand und ohne Ausübung einer Axialkraft auf den Federabschnitt des Drehstabes die drehfeste Verbindung erzielt werden. Die Bearbeitung so­ wie die erforderlichen Bauelemente sind zudem sehr preis­ wert.

Hierbei ist es von Vorteil, wenn die Bohrung des Drehsta­ bes ausgehend von dem Innengewinde einen sich verjüngen­ den Querschnitt aufweist. Eine im wesentlichen zylindri­ sche Schraube weitet dann im Bereich des sich verjüngen­ den Querschnitts den Drehstab selbsttätig auf, so daß die drehfeste Verbindung erzielt wird. Ein von der Schraube verdrängbares oder komprimierbares Element läßt sich ein­ fügen, wenn die Bohrung des Drehstabes eine Sackbohrung ist. Hierbei wird eine gute Verbindung bei geringem auf­ zuwendenden Drehmoment erreicht, wenn in der Bohrung des Drehstabes ein Quetschkörper, insbesondere in Form einer Kugel, einliegt, der mittels der Schraube gegen den sich verjüngenden Bohrungsabschnitt oder Bohrungsrund gedrängt ist. Für kompakte Abmessungen und eine sichere und zuver­ lässige Handhabung ist von Vorteil, wenn die Schraube ein Gewindestift, vorzugsweise mit Innensechskantantrieb oder dergleichen ist.

Der Federabschnitt des Drehstabes kann vollkommen frei von Montagekräften gehalten werden, wenn der Drehstab im Bereich des ersten Endes aus dem Drehschieber herausragt und durch eine geeignete Vorrichtung fixiert wird. Hier­ bei können in dem herausragenden Bereich Flächen zum An­ satz eines Werkzeugs vorgesehen sein. Die Flächen können dabei beispielsweise ein paralleles Zweiflach bilden.

Ein Verfahren zur Herstellung eines Drehschieberventils nach einem der Ansprüche 1 bis 6 sieht vor, daß zur fe­ sten Einstellung der relativen Winkelstellung des Dreh­ stabes zum Drehschieber diese Winkelstellung zunächst ausgerichtet wird, dann das erste Ende des Drehstabes in dieser Position zu dem Drehschieber fixiert wird und schließlich die Schraube in die Bohrung des Drehstabes eingeschraubt wird, bis eine drehfeste Verbindung des Drehstabes mit dem Drehschieber erreicht ist. Hierbei ist von Vorteil, wenn das Einschrauben bis zu einem vorher festgelegten Drehmoment erfolgt, so daß die Verformung und damit die Haltekraft reproduzierbar werden. Besonders vorteilhaft wird das vorliegende Verfahren, wenn das Drehschieberventil vor dem Einschrauben pneumatisch oder hydraulisch auf eine Mittellage justiert wird. Da eine spanende Bearbeitung bei der Fixierung nicht erforderlich ist, entfallen auch die bei dieser Einstellung erforder­ lichen Reinigungs- und Abdichtmaßnahmen. Eine besonders einfache Anwendung des Verfahrens ergibt sich, wenn die aus dem an der Schraube eingeleiteten Drehmoment resul­ tierende Reaktionskraft auf den Drehstab über die Stirn­ seite oder das freie Ende des Drehstabes abgestützt wird. Schließlich kann die erwähnte Mittellage des Drehschie­ berventils besonders präzise justiert werden, wenn die erzeugte Verbindung reibschlüssig ist.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegen­ den Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zei­ gen:

Fig. 1: den Verbindungsbereich eines Drehschiebers mit einem Drehstab in einem Querschnitt, wobei die Verbindungsstelle eine sich verjüngende Bohrung aufweist; sowie

Fig. 2: eine Darstellung gemäß Fig. 1 mit einer in der Bohrung einliegenden Kugel.

In der Fig. 1 ist das lenksäulenseitige Ende eines Dreh­ schieberventiles für Zahnstangenlenkungen in einem Quer­ schnitt von der Seite dargestellt. Ein Drehschieber 1 weist eine innere axiale Bohrung 2 auf, die von einem Schaft 3 sowie einer Verzahnung 4 begrenzt ist. Der Lenk­ säule zugewandt schließt an die Verzahnung 4 eine ring­ förmige Stirnfläche 5 an. Die Bohrung 2 enthält einen Drehstab 7 mit einem Federabschnitt 8 und einem Schaftab­ schnitt 9. Der Schaftabschnitt 9 sitzt zunächst verdreh­ bar in dem der Verzahnung 4 benachbarten Abschnitt der Bohrung 2.

Der Schaftabschnitt 9 trägt wiederum eine innere, konzen­ trisch zu dem Schaft angeordnete Sackbohrung 11, die mit einem Gewinde 12 versehen ist. Die Sackbohrung 11 ver­ jüngt sich zu ihrem Bohrungsgrund hin in einem Bereich 13. In dem nicht von der Sackbohrung 11 durchsetzten Be­ reich des Schaftes 9 ist eine umlaufende Ringnut 14 mit einem dort einliegenden O-Ring 15 vorgesehen, der den Spalt zwischen dem Schaftabschnitt 9 und dem Drehschieber 1 abdichtet. Der Schaftabschnitt 9 ragt bei diesem Aus­ führungsbeispiel um einen gewissen Betrag über die Stirn­ fläche 5 aus der Bohrung 2 des Drehschiebers 1 heraus und bildet dort einen Ansatz 16. Der Ansatz 16 wiederum trägt zwei laterale, planparallele Flächen zum Ansatz eines Haltewerkzeugs. In die Sackbohrung 11 ist von der Stirn­ seite des Drehstabes 7 her eine Stiftschraube 17 einge­ schraubt.

Bei der Fertigung des Drehschieberventils gemäß Fig. 1 wird zunächst der Drehstab 7 in die Bohrung 2 des Dreh­ schiebers 1 bis zu seiner vorgesehenen Axialposition ein­ gesetzt. Sodann wird auf einem Prüfstand mit Hydraulik­ flüssigkeit oder Druckluft die sogenannte Balance des Drehschieberventils eingestellt. Hierbei wird die endgül­ tige relative Winkelposition des Drehstabes 7 zu dem Drehschieber 1 ermittelt. Im Überstand 16 wird dann der Drehstab mit einem Schraubenschlüssel oder einem ähnlich geeigneten Werkzeug ergriffen und die Stiftschraube 17 in das Gewinde 12 und damit in die Sackbohrung 11 hinein ge­ schraubt. Sie trifft dort auf den konisch sich verjüngen­ den Bereich 12 und drängt diesen Bereich des Schaftab­ schnitts 9 radial nach außen. Die Expansion in radialer Richtung fixiert dann durch Reibschluß den Drehstab 7 so­ wohl in Umfangsrichtung als auch in Axialrichtung in dem Drehschieber 1.

In der Fig. 2 ist eine andere Ausführungsform der vor­ liegenden Erfindung veranschaulicht. Gleiche Bauelemente tragen gleiche Bezugsziffern.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 ist die Bohrung 11 des Drehstabes 7 in ihrem konisch verjüngtem Bereich ver­ längert und enthält dort eine Kugel 20, deren Außendurch­ messer geringfügig unter dem Durchmesser der Kernlochboh­ rung des Innengewindes 12 liegt. Die Stiftschraube 17 ist an ihrem dem Bohrungsgrund zugewandten Ende mit einem Ke­ gelstumpf 21 versehen.

Beim Erzeugen der Pressverbindung zwischen dem Drehschie­ ber 1 und dem Drehstab 7 wird auch bei diesem Ausfüh­ rungsbeispiel der Drehstab über die Flächen 16 in seiner Winkelposition gehalten und sodann die Stiftschraube 17 in die Bohrung 11 hinein geschraubt. Die Kugel 20 preßt dabei mit ihrer glatten Oberfläche die Außenwand des sich verjüngenden Bohrungsabschnittes nach außen gegen die In­ nenwandung der Bohrung 2 des Drehschiebers 1. Die dabei auftretenden Betätigungsmomente an der Stiftschraube 2 sind gegenüber dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ge­ ringer, da das aufzubringende Drehmoment lediglich durch die Reibung der Stiftschraube 17 an der Kugel 20 sowie durch die Reibung in den Gewindegängen entsteht, während bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 die Reibung in den Gewindegängen und die Reibung des bohrungsseitigen Endes der Stiftschraube 17 an der Wandung der Bohrung 11 zu überwinden ist.

Verschiedenen technische Ausführungsformen der vorliegen­ den Erfindung sind möglich. So kann beispielsweise auf den Überstand des Drehstabes über die Stirnfläche 5 des Drehschiebers hinaus verzichtet werden, wenn die Stift­ schraube 17 einen gemessen am Drehstab 7 relativ kleinen Durchmesser erhält. Die sich dann ergebende breitere ringförmige Stirnfläche des Drehstabs 7 kann mit achsparallelen Bohrungen versehen werden, in die ein Stirnlochschlüssel zur Abstützung des Drehmoments einge­ setzt werden kann. Die Stiftschraube 17 selbst wird mit einem geeigneten innenverzahnten Antrieb versehen. Dies kann ein Innensechskant sein, aber z. B. auch die unter der Bezeichnung TORX oder TACL bekannten Antriebe können verwendet werden.

Bei der Anwendung der vorliegenden Erfindung ergeben sich mehrere Vorteile. Zum einen sind die verwendeten Bauteile in Form der Stiftschraube 17 oder der Kugel 20 preiswerte Standardbauelemente. Weiterhin kann auf die Nut 14 und den O-Ring 15 verzichtet werden, da die entstehende Pressverbindung fluiddicht ist. Die bei einem Verstiften der beiden Bauelemente miteinander erforderliche Reini­ gung nach der zerspanenden Bearbeitung entfällt. Schließ­ lich ist die Belastung des Drehstabes in axialer Richtung sehr gering, während die Fixierung der relativen Winkel­ position des Drehstabes 7 zu dem Drehschieber 1 mit hoher Präzision erfolgen kann. Das Presselement in Gestalt der Stiftschraube 17 verbleibt in der Fügeposition, so daß eine spätere Lockerung der Pressverbindung nicht zu be­ fürchten ist. Diese Punkte wirken sich im späteren Be­ trieb zugunsten der Präzision und der Zuverlässigkeit der Servolenkung aus.

Claims (12)

1. Welle-Nabe-Verbindung mit einer im wesentlichen rota­ tionssymmetrischen Nabe, die eine mittige axiale Boh­ rung (2) aufweist, sowie mit einer Welle (7), die koaxial in der Bohrung (2) angeordnet ist, wobei die Welle (7) im Bereich eines ersten Endes (9) drehfest mit der Nabe verbunden ist, wobei die Welle weiter im Bereich des ersten Endes (9) eine mittige koaxiale Bohrung (11) aufweist und im Bereich des ersten Endes (9) ein zum Innenaufweiten in radialer Richtung wir­ kendes Expanderelement (17, 20) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (11) ein Innengewinde (12) trägt, in das ein Schraubelement (17) zur Erzeugung der drehfesten Verbindung mittels Innenaufweiten eingeschraubt ist.

2. Drehschieberventil für Servolenkungen, mit einem im wesentlichen rotationssymmetrischen Drehschieber (1), der eine mittige axiale Bohrung (2) aufweist, sowie mit einem Drehstab (7), der koaxial in der Bohrung (2) angeordnet ist, wobei der Drehstab (7) im Bereich eines ersten Endes (9) drehfest mit dem Drehschieber (1) verbunden und im Bereich eines zweiten Endes um die gemeinsame Achse drehbar in dem Drehschieber (1) gelagert ist, wobei der Drehstab (7) weiter im Be­ reich des ersten Endes (9) eine mittige koaxiale Boh­ rung (11) aufweist und im Bereich des ersten Endes (9) ein zum Innenaufweiten in radialer Richtung wir­ kendes Expanderelement (17, 20) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (11) ein Innengewinde (12) trägt, in das eine Schraube (17) zur Erzeugung der drehfesten Ver­ bindung mittels Innenaufweiten eingeschraubt ist.

3. Verbindung nach Anspruch 1 oder Drehschieberventil nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Bohrung (11) der Welle oder des Drehstabes (7) ausgehend von dem Innengewin­ de (12) einen sich verjüngenden Querschnitt aufweist.

4. Verbindung oder Drehschieberventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Bohrung (11) der Welle oder des Drehstabs (7) eine Sackbohrung ist.

5. Verbindung oder Drehschieberventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in der Bohrung (11) der Welle oder des Drehstabes (7) ein Quetschkörper, insbesondere in Form einer Kugel (20), einliegt, der mittels der Schraube (17) gegen den sich verjüngenden Bohrungsabschnitt (13) oder Bohrungsgrund gedrängt ist.

6. Verbindung oder Drehschieberventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Schraube (17) ein Gewindestift ist, vorzugsweise mit Innensechskantan­ trieb.

7. Verbindung oder Drehschieberventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Drehstab (7) im Bereich des ersten Endes (9) aus dem Drehschieber (1) heraus ragt und daß in dem herausragenden Bereich Flächen (16) zum Ansatz eines Werkzeug vorgesehen sind.

8. Verfahren zur Herstellung einer Verbindung oder eines Drehschieberventils für Servolenkungen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zur festen Einstellung der relativen Winkelstellung des Drehstabes (7) zum Drehschieber (1) der Drehstab (7) zunächst in seiner Winkelstellung ausgerichtet wird, dann das erste Ende (9) in dieser Position fixiert wird und schließlich die Schraube (17) in die Bohrung (11) des Drehstabes (7) eingeschraubt wird, bis eine drehfeste Verbindung des Drehstabs (7) mit dem Drehschieber (1) erreicht ist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Einschrauben bis zu einem festgelegten Drehmoment erfolgt.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Einschrauben vorgesehen ist, das Drehschie­ berventil pneumatisch oder hydraulisch auf eine Mit­ tellage zu justieren.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Drehmoment resultierende Reaktionskraft über die Stirnseite des Drehstabs (7) abgestützt wird.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die drehfeste Verbindung reibschlüssig ist.