DE2027441C3 - Lenkwelle eines Fahrzeuges - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Lenkwelle eines Fahrzeugs nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Eine derartige Lenkwelle ist aus der US-PS 22 72 900 bekannt.

Bei der durch diese Druckschrift bekanntgewordenen Lenkwelle ist die elastische Kupplung dazu geeignet, normale, dem Fahrgestell mitgeteilte Erschütterungen zu dämpfen. Starke axiale Stöße, die als heftige Axialkräfte, z. B. beim Stoß der Brust des Fahrers anläßlich eines Unfalles, auf das Lenkrad ausgeübt werden, können nicht wirksam gedämpft werden.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, diese bekannte Lenkwelle dahingehend zu verbessern, daß nicht nur in beiden Richtungen axial zur Lenksäule wirkende normale Erschütterungen und kleine Stöße gedämpft werden können, sondern auch die bei Unfällen auftretende Stoßenergie großer Stoßkräfte im Kupplungssystem absorbiert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Kupplung weist insbesondere folgende Vorteile auf:

— Bei einem Unfall kann das Lenkrad nachgeben, und die Sicherheitsgurte können voll wirksam werden.

— Es kann eine beträchtliche Energie absorbiert und so die von dem Fahrer ausgehaltene Stoßkraft verringert werden.

— Die Anordnung kann wie üblich die Aufgabe einer Kupplung zur Übertragung des Torsionsmoments auf den Lenkmechanismus erfüllen.

Aus der DT-PS 6 40 431 ist bereits ein Reibungsstoßdämpfer, insbesondere für Kraftfahrzeuge, bekanntgeworden, mit dem Stoßbelastungen in axialer Richtung gedämpft werden können. Bei diesem Reibungsstoßdämpfer sind zwar bereits zwei zylinderförmige Glieder vorgesehen, zwischen denen vorgepreßte plastische Kissen angeordnet und unter Reibschluß beweglich sind. Auf Grund seines Aufbaues können bei diesem Stoßdämpfer jedoch keine Torsionsmomente zum Zweck der Lenkung eines Fahrzeuges von der Kupplung auf eine Lenkvorrichtung übertragen werden.

ίο Die am Lenkrad ausgeübten Drehmomente müssen vielmehr bei Verwendung dieses bekannten Stoßdämpfers in bekannter Weise über eine torsionsbeanspruchte Lenkwelle mittels Zahn- und Schneckenradgetriebe auf die Räder übertragen werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und im folgenden erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine schematiche Seitenansicht einer Lenkwelle mit einer elastischen Kupplung,

Fig.2 und 3 im Querschnitt bzw. Axialschnitt die Teile der elastischen Kupplung vor der Anbringung an der Lenkwelle,

Fig.4 und 5 in gleicher Darstellung die an der Lenkwelle angebrachte elastische Kupplung,

F i g. 6 eine der Darstellung der F i g. 5 entsprechende Teilansicht einer Ausführungsform,

F i g. 7 die Arbeitsweise der elastischen Kupplung.
Zur Erleichterung des Verständnisses ist in F i g. 1 sehr schematisch ein Lenkrad 1 dargestellt, welches mit dem Lenkgetriebe 3 durch eine Kupplung A verbunden ist, welche gleichzeitig den elastischen Antrieb und die Sicherheit bei einem Unfall gewährleistet.

Anders ausgedrückt, die Kupplung A, welche z. B. an ihrer Basis an einer Muffe 4 angebracht ist, soll der Lenkwelle 2, 9 gestatten, sich bei einem Unfall unter Ausübung von Dämpfungskräften axial in das Innere der Muffe 4 zu verschieben.

Diese Dämpfungskräfte entstehen unter der Wirkung von in der Kupplung A enthaltenen elastischen Kissen 12 in zwei Schritten, nämlich einem ersten Schritt, während dem die Kissen 12, welche in an sich bekannter Weise normalerweise zur Übertragung des von dem Lenkrad ausgeübten Moments auf den Lenkmechanismus dienen können, hier eine Dämpfungskraft entwikkein, insbesondere durch Arbeiten des Gummis auf Abscherung, und einem zweiten Schritt, während dem die Lenkwelle 2, 9 zwischen zylinderförmigen Gliedern verschoben wird, wobei unter der Wirkung der Spannung der elastischen Kissen 12 eine Reibungskraft entwickelt wird.

Die diese Arbeitsweise ermöglichende elastische Kupplung A besitzt z. B. zwei Glieder 5 und 10, nämlich (F i g. 2 und 3) ein äußeres im wesentlichen zylinderförmiges Glied 5, das mittels eines Flansches 6 an der Muffe 4 befestigt ist (insbesondere durch gegenüber in dem Glied 5 ausgebildeten zurückspringenden Abschnitten 8 angeordnete Befestigungsbolzen), und ein inneres Glied 10, das sich an der Lenkwelle 2 an deren unterem Teil 9 abstützt. Dieses Glied 10 wird durch zwei Halbzylinder gebildet, welche vor der Anbringung an der Lenkwelle 2 mit Randleisten 11 durch die elastischen Kissen 12 der Kupplung A gegeneinandergedrückt werden, die an den einander gegenüberliegenden Flächen der beiden Glieder 5 und 10 haften.

Diese Kissen 12 können Hohlräume 13, 14 enthalten, um insbesondere in der weiter unten angegebenen Weise die Erzeugung einer Druckvorspannung zu ermöglichen.

Die Anordnung des inneren Gliedes 10, an der Lenlcwelle 2, 9 erfolgt derart, daß einerseits der Drehantrieb stets sicher erfolgen kann, und daß andererseits die Berührung auf verhältnismäßig breiten Flächen erfolgt, um in dem zweiten ob^n genannten Arbeitsschritt die Reibungskraft möglichst groß zu machen.

So hat, wie insbesondere in F i g. 4 und 5 dargestellt, die Lenkwelle 2, 9 in der Verlängerung die Form von zwei Halbzylindern mit seitlichen Randleisten 15, welche zwischen die entsprechenden Randleisten 11 der Kupplung A treten sollen.

Anders ausgedrückt, bei der Anbringung der Kupplung A an der Lenkwelle 2, 9 sollen sich die beiden Halbzylinder des Gliedes 10 unter Zusammendrückung der elastischen Kissen 12 auseinanderspreizen. Den aus Gummi bestehenden elastischen Kissen 12 wird daher insbesondere infolge des Vorhandenseins der Hohlräume 13,14 eine Druckvorspannung erteilt.

Diese Hohlräume 13, 14 ermöglichen jedenfalls eine größere Nachgiebigkeit und erleichtern verschiedene gegenseitige Bewegungen der Glieder 5 und 10, und zwar gleichzeitig Torsionsbewegungen, Radialbewegungen und Kegelbewegungen.

Die beiden Teile der Lenkwelle 2, 9 sind aneinander durch beliebige geeignete Mittel befestigt, z. B. Schweißpunkte 16.

Ferner sind zur Festlegung der Anfangsstellung der Lenkwelle 2, 9 gegenüber der Kupplung A, an der Lenkwelle wenigstens zwei Ausbauchungen 17, 18 vorgesehen, welche voneinander um eine Strecke entfernt sind, welche der Höhe h der Kupplung A, d. h. dem mittleren Glied 10 angepaßt ist, dessen Randleisten ggf. zu einem weiter unten angegebenen Zweck bei 19 abgerundet sein können.

Ferner können an den Randleisten 15 der Lenkwelle 2,9 weitere Ausbauchungen 20 vorgesehen werden. Der Abstand zwischen den Ausbauchungen 17 und 20 ist vorzugsweise etwas kleiner als h.

Bei einer derartigen Anordnung hängt die Druckvorspannung der elastischen Kissen 12 offenbar von der Dicke der Randleisten 15 der Lenkwelle ab, die so eingestellt werden kann, daß für diese Druckvorspannung der günstigste Wert erhalten wird, welcher einerseits einer guten Torsionselastizität für den Drehantrieb des Lenkmechanismus und andererseits der gewünschten Dämpfung für die Sicherheit bei einem Stoß entspricht.

F i g. 6 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher zur Vergrößerung der Druckvorspannung die Randleisten 11 einer jeden Hälfte der Lenkwelle 2,9 auseinandergespreizt sind.

Eine derartige Anordnung, insbesondere gemäß der Ausführungsform der F i g. 1 bis 5, arbeitet folgendermaßen.

Bei der normalen Benutzung des Lenkrades, d. h. für Drehbewegungen der Lenkwelle 2,9 um ihre Achse x-x', wird das von dem Fahrer auf das Lenkrad ausgeübte Moment auf das Lenkgetriebe 3 durch die Lenkwelle 2, 9, die elastischen Kissen 12, das zylinderförmige Glied 5 und die Muffe 4 übertragen. Infolge des Vorhandenseins der elastischen Kissen 12 erfolgt die Übertragung des Moments also mit einer gewissen Nachgiebigkeit, jedoch auch mit einer mit dem Torsionswinkel wachsenden Steifigkeit und in voller Sicherheit infolge der Zusammendrückung der elastischen Kissen 12 zwischen den beiden Gliedern 5 und 10, wobei außerdem das Vorhandensein der zurückspringenden Abschnitte 8 zu berücksichtigen ist.

Wenn Axialkräfte (in Richtung x-x') an dem Lenkrad angreifen, können zwei Fälle unterschieden werden:
a) Für verhältnismäßig kleine Kräfte, wie sie ständig am Lenkrad auftreten, z. B. wenn der Fahrer eine» Druck oder einen Zug auf das Lenkrad ausübt, um sich richtig hinzusetzen oder auszusteigen, ist die Kupplung so eingestellt, daß dann diese Kräfte nur ίο leichte Abscherverformungen der elastischen Kissen 12 zur Folge haben, wobei das innere Glied 10 bei den Bewegungen des Lenkrades und der Lenkwelle 2, 9 durch die Ausbauchungen 17, 18 mitgenommen wird;

b) bei heftigen Axialkräften, z. B. bei dem Stoß der Brust des Fahrers bei einem Unfall, wird auf die Lenkwelle 2,9 eine Schubkraft in der Richtung des Pfeils /ausgeübt

Unter diesen Bedingungen tritt zunächst eine Abscherverformung der elastischen Kissen 12 auf, wenn jedoch die angelegte Kraft F einen bestimmten Höchstwert Fm erreicht, tritt die Ausbauchung 17 zwischen die Randleisten 11 des inneren Gliedes und spreizt diese unter einer gewissen Zusammendrückung des Gummis auseinander (wobei dieses Eintreten durch die obenerwähnten Abrundungen 19 erleichtert wird). Von diesem Augenblick an bleibt die Abscherverformung des elastischen Gliedes konstant, der Hub kann jedoch durch Bewegung der Ausbauchung 17 zwischen den Randleisten il unter Reibung weitergehen. Wenn der mögliche Hub genügend lang ist, treten die Ausbauchungen 20 ein, bevor die vorhergehende Ausbauchung 17 an dem anderen Ende ausgetreten ist, so daß ständig eine maximale Reibung gewährleistet ist. Die Einstellung der Kupplung A erfolgt so, daß die größte Kraft Fm einerseits genügend klein ist, um nicht für den Fahrer gefährlich zu sein, und andererseits genügend groß, um eine unzeitige unnötige Gleitbewegung bei einer normalen Betätigung des Lenkrades zu verhindern, sowie auch genügend groß, um möglichst viel Energie zu absorbieren. Diese in dem Schaubild der F i g. 7 durch die schraffierte Fläche dargestellte Energie ist die Summe der bei der elastischen Verformung und der Verschiebung mit Reibung aufgewandten Energie. Sie ist für eine zulässige größte Kraft Fm um so größer, je größer der zulässige Hub vor dem Anschlagen ist.

Anders ausgedrückt, die größte Kraft Fm, welche jedenfalls erheblich kleiner als die bei einer starren Montage auftretende Kraft ist, kann außerdem um so tiefer eingestellt werden, je größer der zur Absorbierung der Stoßenergie verfügbare Hub ist.

Selbstverständlich können beliebige Mittel vorgesehen werden, um die Reibflächen während des zweiten Arbeitsschrittes zu vergrößern. So kann, wie gestrichelt in Fig.6 dargestellt, die Ausbauchung 17 bei 21 verbreitert sein. Es liegt dann nicht mehr eine verhältnismäßig kleine, auf den Vorsprung der Ausbauchung 17 beschränkte Berührungsfläche vor, sondern die Berührung erfolgt auf der ganzen Ausdehnung der fto Fläche 21, wodurch die Dämpfungswirkung gesteigert wird.

Zweckmäßig können zu dem gleichen Zweck

Reibflächen oder Reibschuhe aus einem geeigneten Werkstoff zwischen einer Reibfläche der Lenkwelle 2,9 und den entsprechenden Randleisten 11 angeordnet werden.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Lenkwelle eines Fahrzeugs mit einer die Lenkwelle mit einem Lenkgetriebe verbindenden elastischen Kupplung, die mindestens ein unter Reibschluß an Gummimassen liegendes zylinderförmiges Glied hat, das mit der Lenkwelle verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (A) zwei ineinanderliegende, koaxial zur Lenkwellenrichtung sich erstreckende, im wesentlichen zylinderförmige Glieder (5,10) mit dazwischenliegenden elastischen Kissen (12) aufweist, wobei das äußere Glied (5) mit einer zum Lenkgetriebe (3) führenden Muffe (4) und das innere Glied (10) mit Reibungsschluß mit der Lenkwelle (2, 9) verbunden ist und daß das innere Glied (10) aus zwei halbzylindrischen Teilen mit in axialer Richtung radial abstehenden Randleisten (11) besteht, die sich an in axialer Richtung radial abstehende Randleisten (15) der aus zwei gleich ausgebildeten Halbzylindern bestehenden Lenkwelle zwischen in Unifangsrichtung sich erstreckenden Aufbauchungen (17, 18, 20) der Randleisten (15) anlegen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Randleisten (15) der Halbzylinder der Lenkwelle (9) unter Druckvorspannung der Kissen (12) zwischen den Randleisten (11) liegen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Begünstigung der Druckvorspannung der Kissen (12) Hohlräume (13, 14) in diesen vorgesehen sind.