DE2108913A1 - Bei Überschreiten einer vorgegebenen axialen Belastung unter Energieverzehr verkurz bare Stange oder Welle, insbesondere Lenkwelle fur Kraftfahrzeuge - Google Patents
Bei Überschreiten einer vorgegebenen axialen Belastung unter Energieverzehr verkurz bare Stange oder Welle, insbesondere Lenkwelle fur KraftfahrzeugeInfo
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Description
Putintr-Λ'·.'' St
! Tel. 8044205
Boüvar»I;ee 9
W/Vh-2716 f 2· Feb. 1971
General Motors-Holden*a PTX. Limited, 241 Salmon Street,
Port Melbourne, Yictoria/Australien
Sei Überschreiten einer vorgegebenen axialen Belastung unter Energieverzehr verkürzbare
Stange oder Welle, insbesondere Lenkwelle für Kraftfahrzeuge
Die Erfindung bezieht sich auf eine bei Überschreiten einer vorgegebenen axialen Belastung unter Energie-
i
verzehr verkürzbare Stange oder Welle aus zwei teleakopartig Ί
ineinander passenden !Teilen, insbesondere Lenkwelle für Kraftfahrzeuge·
Derartige verkürzbare Stangen oder Wellen sind \ für verschiedene Zwecke bekannt· Beispielsweise sind bei Sicher-;
heitslenksäulen die beiden teleekopartig ineinander passenden
i Lenkwellenteile normalerweise durch an Ort und Stelle gebildet· j
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Abscherstifte aas Kunststoff in axialer Richtung festgelegt,
bis sie bei überschreiten der vorgegebenen axialen Belastung
abscheren und das Zusammenschieben der Lenkwellenteile gestatten. Ein Energieverzehr tritt hierbei praktisch nicht ein,
so dass ein besonderer Sauteil in die Lenksäule eingegliedert wird, der das gesteuerte Zusammenschieben der Lenksäule unter
Energieverzehr im Falle eines Zueammenstosses des Fahrzeugs
ermöglicht.
Nachteilig ist, dass dieser energieverzehrende Bauteil im falle eines Zusamnenstoeses bleibend verformt oder
zerstört wird. Ausserdem ist ein konstanterSnergieverzebr
je Längeneinheit des Zusammenschiebens nicht gegeben. Sie an
der Lenkwelle nötigen Abseberstifte sind zudem anfällig und können beim !Transport oder der Montage der Lenkwelle beschädigt
werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verkürzbare Stange oder Welle der eingangs erwähnten Art so
weiter auszugestalten, dass sie beim Zusammenschieben selbst den Energieverzehr bewirkt, wobei ein konstante·Energieverzehr je Längeneinheit ermöglicht ist, und dass sie durch
einfacheren Aufbau in billiger Weise herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst,
dass der eine Teil der verkürzbaren Stange oder Welle über
den umfang mit Abstand voneinander verteilt· im wesentlichen
«3-tf
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achsparallele Kanten aufweist, die unter Bildung von Hohlräume» zwischen beiden Seilen in entsprechende im wesentlichen ''
achsparallele Hüten in der benachbarten Fläohe des anderen |
fells mit einem Torgegebenen Feste*tz eingreifen» durch den
eine Reibungskraft in den Berührungsberelohen gegeben ist»
die die beiden Seile unterhalb der Torgegebenen axialen Be- '■
lastung in axialer Richtung festlegt und bei überschreiten
der Torgegebenen Belastung ein gegenseitiges Yerschiebeη der ™
Biese Lb'Bung hat den weiteren Vorteil, dass beim
Zusammenschieben infolge zu hoher axialer Belastung die Seile ;
der Stange oder ifsXle Eicht verformt werden, so dass sie nach
Zurückziehen des eingeschobenen Seils erneut verwendet werden -können. Ebenso kann die Einbaulänge der Stange oder Welle durch
Verschieben beider Seile zueinander eiejustiert werden, ohne \
die für den Zusammenstossfall vorgesehenen Eigenschaften zu
ändern, ferner ist Ia Falle einer Welle, beispielsweise einer ^
Lenkwelle für ein Kraftfahrzeug, eine Drehmomentübertragung in beiden Drebrichtungen gewährleistet. ;
Nach eine« weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kanten an den Aussenfläohen des inneren
Seils über einen feil seiner Länge gebildet sind und dl« Hüten
sich In der Innenfläche des äusseren Seils über dessen Länge j.
j erstrecken· Durch diese Massnahme wird der gleiohm&sslg· Sner- !
gleverzehr je Längeneinheit gewährleistet, da stets gleiche
i -4-
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Berührungsflächen zwischen beiden Pläoben bestehen·
Sei einer bevorzugten Aueführungeform der Erfindung
sind die Kanten und Hüten durch Verwenden einee äusseren
Teils mit einer zylindrischen Innenwand und eines inneren Teile,
dessen Querschnitt ein Vieleck ist, gebildet, Zweckmässig ist der Querschnitt des inneren Teils ein gleichseitiges Vielecke
Durch diese Maesnahmen ist eine einfache Herstellung der Teile der Stange oder Welle ermöglicht»
!fach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der
Durchmesser des Umkreises des vieleekigen Querschnitts des inneren Teils grosser und der Durchmesser dessen Inkreises
kleiner als der Durchmesser der zylindrischen Innenwand des äuseeren Teils. !Ferner ist vorgesehen, dass beide Teile aus
Metall bestehen und der Werkstoff des äusseren Teils im Bertibrungsbereich
durch die Erstmontage über die Elastizitätsgrenze hinaus beansprucht ist, während zwischen den Berührungsbereioben
restliche Spannungen verbleiben, die eine radial naoh innen gerichtete
Druckkraft auf den inneren Teil bewirken· Zweckmässig besteht der Innere Teil aus einem härteren Werkstoff als der
äuesere Teil, dessen Werkstoff eine, die Reibungekraft in den Berührungsbereichen bestimmende vorgegebene Elastizitätsgrenze
aufweist. Durch diese Massnahmen kann die Reibungskraft in den Berührungsbereichen der beiden Teile auf die vorgegebene
axiale Belastung abgestimmt werden.
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Die Erfindung bezieht slob ferner auf ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen verkürzbarβη Stange '
oder Welle aus zwei teleskopartig ineinander passenden Teilen. Dieses Verfahren besteht darin, dass an dem inneren Teil
mindestens in dem mit dem äusseren Seil bei Betriebsstellung überlappenden Bereich über den Umfang mit Abstand voneinander
verteilte im wesentlichen achsparallele Kanten gebildet werden, ,
der innere Seil dann In die zylindrische Bohrung des äusseren
Seils unter Bildung von den Kanten entsprechenden im wesentlichen achsparallelen Nuten bis zu einer Stelle eingetrieben
wird, die der innere Seil bei einem vollständigen Zusammenschieben der Stange oder Welle bei Überschreiten der vorgegebenen axialen Belastung erreicht, und dann bis in die der
normalen Länge der Stange oder Welle entsprechende Lage zurückgezogen wird»
Seile und die Werkstoffe so gewählt, dass bei der Bildung der "
Nuten in den Berührungsbereichen beider Seile der Werkstoff des äusseren Seils über die Elastizitätsgrenze beansprucht wird,
aber zwischen den Berührungsberelohen genügend Restspannungen
verbleiben, die eine radial nach innen gerichtete Druckkraft gegen den inneren Seil bewirken« \
Dieses Verfahren 1st einfach und daher billig, da
besondere Werkzeuge zur Verformung des äuaeeren Stils nicht
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I - 6 -
j erforderlich sind. Perner kaaa der vorgegebene Festeitζ und
( damit die Reibungskraft zwischen dea Berübrungsbereiehen. beider
I !Feile mit grlsser Genauigkeit in einfacher Weise eingehalten
werden, da weder eine erhöhte Präzision in der fertigung der
: Teile noch ein Toleranz berücksichtigendes Aussuchen passender
!Teile erforderlich ist. ferner gestattet das erfindungsgemässe
j Verfahren die Terwendung τοη Metallen yerhältnismässig weiter
: Toleranzen»
I Die Erfindung ist besonders nützlich für Eenkwellen
{ τοη Kraftfahrzeugen, kann jedoch in einem weiten Anwendiings-I
gebiet eingesetzt werden, wenn ein gesteuertes Zusammenschieben
j einer Stange unter axialer Oberlast erforderlich ist· Beispielsweise
können die Tragstangen τοη Stoßstangen τοη Kraftfahrzeugen
in dieser Weise ausgebildet sein, um einen Teil der i Zusammenstossenergie ohne MaterialTerformung aufzunehmen,
j wobei das Zusammenschieben der Tragstangen zweckmässig schon
bei Terhältnismässig geringer Auffahrgescbwindigkeit, beispiels-,
weise τοη 8 km/h erfolgen kann·
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der
; Erfindung in form einer Lenkwelle für Kraftfahrzeuge dargestellt.
: Es zeigen
Pig· 1 eine perspektiTisohe unterbrochene Barstellung
eines Teil· der lenkwelle,
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! f. *„
Fig. 2 eine perspektivische unterbrochene, zum feil [ ~P~-
geschnittene Darstellung des zugeordneten
zweiten !Teils der Lankwelle,
Pig. 3 eine zum Seil geschnittene Seitenansicht der
ineinander gesteckten Lenkwellenteile la ;
grösserem Maßstabe und >
i Pig. 4 ein Querschnitt nach der Linie IY-IT Ib . , Ί|
i *Ig. 3.
; Die Lenkwelle eines Kraftfahrzeuge besteht im
■ wesentlichem aus zwei Seilen, nämlich einem zylindrischen äusse-
; ren !Dell 2 und eiass stangenförmigeη inneren Teil 3, welch
letzteres teleskopartig in den äusseren !Dell passt. Die beiden
: Teile sind erfiaduagsgeiaäss so ausgebildet, dass sie durch Rei-
\ bungsschluss in axialer Richtung festgelegt sind, jedoch zuein-';
ander verschieblich sind, wenn die axiale Belastung einen vor- ; gegebenen ¥ert übersteigt. Hierbei ist es gleichgültig, ob diese |
\ axiale Belastung durch einen kräftigen Aufprall des Wahrere
' gegen das am Ende des inneren Teils befestigte Handlenkrad erfolgt oder beim Zusammenstoss durch eine axiale Kraft über
das mit dem äusseren Lenkwellenteil verb-undene Lenkgetriebe ausgeübt wird.
Der Innere Seil 3 ist an seinem unteren Ende mit ! »ehreren über den Umfang verteilten Kanten 4 versehen, die sich
' parallel zur Achse der Lenkwelle erstrecken, Sie den inneren
i I '
1 I
i ι
i -β- . ; s,
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' Teil 3 aufnehmende Innenfläche 5 des äusseren Teils 2 ist im
wesentlichen zylindrisch ausgebildet, so dass die Reibberübrung zwischen beiden Teilen nur im Bereich der Kanten 4 erfolgt.
Die Kanten 4 erstrecken sich nicht über die gesamte Länge des inneren Teils 3, so dass eine Berührung zwischen
: beiden Teilen nur in diesem Bereich erfolgt, während der Rest
; des inneren Teils 3 Abstand vom äusseren Teil 2 hat.
Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Kanten 4 am unteren Ende des inneren Teils 3 dadurch
gebildet, dass ein regelmässiges Vieleck, z.B. ein Sechseck, als Querschnitt gewählt wird, dessen zwischen den Kanten 4
liegende ebene Flächen 7 im zusammengebauten Zustand der beiden Teile Hohlräume zwischen den Kanten ergeben. Selbstverständlich
kann anstelle der ebenen Flächen 7 auch eine andere Form ge- : wählt werden, sofern nur der Abstand von den anderen Teil ge-
; währleistet ist.
j In der zylindrischen Innenwand 5 &·β äuseeren Teile 2
befinden sich den Kantenbereichen des inneren Seils 3 entspre-
' chende Nuten, die sich parallel zur Lenkwellenachee über die
gesamte nutzbare länge des äusseren Teils erstrecken. Sie Berührungsflächen
dieser Nuten mit den Kantenbereichen des inneren Teils stellen die die Reibungskraft bestimmende Berührungsfläche
zwischen beiden Teilen dar.
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M Q ■»
Beim AuafUhrungsbeispiel, bei dem der Querschnitt
j des unteren Endes 6 des inneren Seils 3 ein regelmässiges Sechs-
! eck ist, ist zweckmässig der Umkreis dieses Sechsecks grosser als der Innendurchmesser der Wandung 5 des äusseren Seils 2,
■ während der Inkreis des Sechsecks kleiner als dieser Durchmesser
I ist. Hierdurch wird zwischen den beiden Seilen beim Ineinander-
; schieben ein Pestsitz erzielt, wobei dieser im Bereich der Kan-
[ ten 4 ein Mass von 0,5 bis 1,3 mm aufweist.
Der aussere Seil 2 wird zweckmässig aus einem
Stahlrohr oder einem anderen Metall geeigneter Elastizitätsgrenze gewählt. FUr den inneren Seil 3 ist eine Stablstange
geeignet, die vorzugsweise aus härterem Werkstoff besteht als der aussere Seil 2.
j An der unteren Stirnfläche hat der innere Seil 3
■ zweckmässig eine Abschrägung 9, um das Ineinanderschieben der
j beiden Seile zu erleichtern. Sie Lenkwelle nach der Erfindung
i
wird in folgender Weise hergestellt.
wird in folgender Weise hergestellt.
Nachdem an dem inneren Seil 3 die Kanten 4 gebildet worden sind, wird der innere Seil 3 in den äusseren Seil
2 eingetrieben, wobei durch die Kantenberelohe des inneren Seils
Nuten 8 entsprechender Form in der Innenwand 5 des äueseren
Seils 2 gebildet werden. Der innere Seil wird soweit in den ι äusseren Seil 2 eingetrieben, dass er die Stelle erreicht, die
•r auch beim Betrieb beim Zusammenschieben der beiden Seile infolge einer Übermässigen axialen Belastung erreicht. Biese \'''iC
- ie -
109838/1168 :tr·"
Stellang der beiden Seile zueinander ist in Pig· 3 in gestrichelten Linien dargestellt. Nach der Bildung der N11 ten 8
j wird der innere Seil 3 wieder zurückgezogen, bis er die die normale Einbaulänge der Lenkwelle bestimmende Lage erreicht,
in der eine Überlappung beider Seile gegeben 1st.
Bei der Bildung der Nuten 8 durch die Kanten 4 wird der Werkstoff des rohrförmigen äusseren Seils 2 in diesem
Bereich .über die Elastizitätsgrenze beansprucht. Die Berührung
zwischen beiden Seilen erfolgt über mehrere, über den Umfang
verteilte voneinander getrennte Zonen, wobei zwischen diesen Zonen Restspannungen im äusseren Seil 2 erhalten bleiben, die
eine radial nach innen gerichtete Druckkraft auf den inneren Seil ausübt, so dass diese federnd zusammengehalten werden.
Durch die in die Nuten 8 eingreifenden Kanten 4 ist auch eine spielfreie Drehmomentübertragung in beiden Drehrichtungen erzielt. Die axiale Kraft, die während des Betriebes erforderlich
wäre, um ein Zusammenschieben der beiden Seile ineinander zu
bewirken, ist geringer als die bei der Erstmontage aufzuwendende axiale Kraft, wobei erstere durch die erwähnten Restspannungen
im äusseren Seil gegeben sind, so dass durch eine entsprechende Wahl der Werkstoffe, der Abmessungen der Seile,der Oberflächengüte ihrer Bearbeitung und gegebenenfalls Schmiermittel, diese
Kraft einstellbar ist. Da, wie erwähnt, die Kanten nur über einen Seil des inneren Seils 3 vorgesehen sind, ergibt sich
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während des Zusammenscbiebens eine konstante Reibungsfläohe
zwischen den beiden Teilen und der Lenkwelle, wodurch auch ein
konstanter Energieverzehr je Längeneinheit beim Zusammenschieben
erzielt wird.
Wenn auch bei der bevorzugten Ausführungsfore
die Kanten an dem inneren Teil 3 vorgesehen sind, so ist die Erfindung auf dieses Ausführungsbeispiel nicht beschränkt, vielmehr
können Kanten in Form von Rippen an der Innenfläche des ^ äusseren Teils vorgesehen werden, die in entsprechender Weise
mit dem zylindrischen Innenteil zusammenarbeiten·
Für den Einbau der Lenkwelle in die Lenkanlage sind an den Teilen 2 u nd 3 an den freien Enden Befestigungsmittel
U vorgesehen, die zweckmässig leicht einsetzbar ausgebildet sind· Ferner ist es zweckmässig, wenn die Lenkwelle
zwischen ihren Enden durch eine Stütze o.dgl. mit der Sprits- :
wand des Kraftfahrzeugs oder einer anderen Verankerung am Fahrzeug verbunden ist· ^
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Claims (10)
1. JBei Überschreiten einer vorgegebenen axialen
Belastung unter Energieverzehr verkürzbare Stange oder Welle aus zwei teleskopartig ineinander passenden Seilen, insbesondere Lenkwelle für Kraftfahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, dass der eine !Dell (3) über den Umfang mit
Abstand voneinander verteilte im wesentlichen achsparallele Kanten (4) aufweist, die unter Bildung von Hohlräumen zwischen
beiden Teilen (2 und 3) in entsprechende im wesentlichen achsparallele Nuten (8) in der benachbarten Fläche (5) des anderen
Teils (2) mit einem vorgegebenen Pestsitz eingreifen, durch den eine Reibungskraft in den Berührungsbereichen gegeben ist,
die die beiden Teile unterhalb der vorgegebenen axialen Belastung in axialer Richtung festlegt und bei Überschreiten
der vorgegebenen Belastung ein gegenseitiges Verschieben der Teile längs der Kanten und Nuten gestattet.
2. Yerkürzbare Stange oder Welle nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Kanten (4) an der Aussenflache des inneren Teils (3) über einen Teil (6) seiner Länge
gebildet sind und die Nuten (8) sich in der Innenfläche des äusseren Teils (2) über dessen Länge erstrecken·
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3. Verkürzbare Stange oder Welle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanten (4-) und Nuten
(8) durch Verwenden eines äusseren Xeils (2) mit einer zylindrischen
Innenwand (5) und eines inneren Teils (3), dessen Querschnitt ein Vieleck ist, gebildet sind.
4* Yerkttrzbare Stange oder Welle nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des inneren !Ceils ä
(3) ein gleichseitiges Vieleck ist.
5· Verkürzbare Stange oder Welle nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Umkreises
des vieleckigen Querschnitts des inneren Teils (3) grosser
und der Durchmesser des Inkreises kleiner als der Durchmesser der zylindrischen Innenwand (5) des äusseren Teils (2) ist.
6. VerkUrzbare Stange oder Welle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass beide
Teile (2,3) aus Metall bestehen und der Werkstoff des äusseren ^ Teils im Berührungsbereich durch die Erstmontage über die
Elastizitätsgrenze hinaus beansprucht ist, während zwischen den Berührungsbereioben restliche Spannungen verbleiben, die
eine radial nach innen gerichtete Druckkraft auf den inneren Teil be-wirken.
7. Verkürzbare Stange oder Welle nach einem
der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Teil (3) aus einem härteren Werkstoff als der äussere Teil (2)
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besteht, dessen Werkstoff eine, die Reibungskraft in den
Berührungsbereichen bestimmende vorgegebene Elastizitätsgrenze aufweist.
8. Verkürzbare Stange oder Welle nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Teile an den Kanten (4) des iineren Teils mit Festsitz von 0,5 bis 1,3 mm ineinanderpassen.
9. Verfahren zum Herstellen einer verkürzbaren Stange oder Welle aus zwei teleskopartig ineinander passenden
Teilen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
dass an dem inneren Teil (3) mindestens in dem mit dem äusseren Teil bei Betriebsstellung überlappenden Bereich(6)
über den Umfang mit Abstand voneinander verteilte im wesentlichen achsparallele Kanten (4) gebildet werden, der innere
Teil dann in die zylindrische Bohrung des äusseren Teils (2) unter Bildung von den Kanten entsprechenden im wesentlichen
achsparalleleη Nuten (8) bis zu einer Stelle eingetrieben wird,
die der innere Teil bei einem vollständigen Zusammenschieben der Stange oder Welle bei Überschreiten der vorgegebenen
axialen Belastung erreicht, und dann bis in die der normalen Länge der Stange oder Welle entsprechende Lage zurückgezogen
wird.
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10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
dass die Abmessungen der "beiden Teile (2 und 3) und die Werkstoffe so gewählt werden, dass bei der Bildung der
Nuten (8) in den Berührungsbereichen beider Teile der Werkstoff des äusseren Teils (2) über die Elastizitätsgrenze
beansprucht wird, aber zwischen den Berührungsbereichen genügend Restspannungen verbleiben, die eine radial nach innen gerichtete
Druckkraft gegen den inneren Teil (3) bewirken.
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