DE2358594A1

DE2358594A1 - Biegsame welle

Info

Publication number: DE2358594A1
Application number: DE2358594A
Authority: DE
Inventors: Ragnar Malcus Haerdmark; Hans Folke Georg Kornbrink
Original assignee: Saab Scania AB
Current assignee: Saab AB
Priority date: 1972-11-27
Filing date: 1973-11-24
Publication date: 1974-05-30
Also published as: GB1442848A; JPS4995054A; US3940945A

Description

Dipl.-lng. H. Sauerland · Dr.-Ing. R. König · Dipl.-lng. K. Bergen Patentanwälte · 4Qdo Düsseldorf 30 · Cecilienallee 76 ■ Telefon 433732

23 ο November 1973 29 066 S

SAAB-SCANIA AB, S-151 87 Sodertäl.je, Schweden

Biegsame Welle

Die Erfindung bezieht*sich auf eine biegsame Welle für die Uebertragung von Drehmomenten.

Verschiedene Gattungen biegsamer Wellen sind bereits bekannt. Eine Gattung besteht z.B. aus einer dicht gewundenen Schraubenfeder, während eine andere Gattung aus der Verbindung einer Schraubenfeder mit einem in dieser drehbaren Drahtseil besteht. Eine weitere Gattung besteht aus einem in der Längsrichtung gefalteten Schlauch. Gemeinsam für diese und andere Gattungen ist die Schwierigkeit ein grosses Momentübertragungsvermögen mit einer grossen Biegsamkeit zu vereinigen. Die Welle wird entweder steif mit gross'em Momentübertragungsvermögen oder weich mit geringem Momentübertragungsvermögen.

Bei Fahrzeugen ist es hinsichtlich des Führerschutzes erwünscht die Lenkvorrichtung derart zu gestalten, dass der Führer im kleinstmöglichen Masse oder überhaupt nicht der Gefahr ausgesetzt wird j vom Lenkrad oder der Lenkstange beschädigt zu werden wenn der Wagen mit einem Hindernis zusammenstösst_ oder von einem anderen Wagen angefahren wird» Es ist üblich eine gerade, biegungssteife Lenkstange zu verwenden, die teleskopartig ausgebildet ist und gegebenenfalls mit einem verformbaren_s energiaufnehmenden' Teil nahe am Lenkrad versehen ist. Es ist auch bekannt eine steife Lenkstange mit verformbaren Halterungen zu versehen. Eina weitere, durch die amerikanische Patentschrift 3.548 „675 und die deutsche

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Patentschrift 1.935.746 bekannte Lösung ist einen Teil der Lenkvorrichtung nahe am Lenkgetriebe in Form einer biegsamen, Drehmomente übertragende .Welle auszubilden um die Lenkradneigung entweder absichtlich beim Ein- und Aussteigen, oder·selbsttätig bei einem Zusammenstoss ändern zu können. In der erstgenannten. Patentschrift wird nicht näher angegeben wie die biegsame Welle ausgebildet ist, während in der letzteren Patentshcrift angegeben wird, dass die Welle aus. Drahtseilen besteht, die über ein Universalgelenk mit dem Lenkgetriebe verbunden sind. Ein Nachteil dieser und anderer Konstruktionen ist, dass die biegsame Welle nur eine begrenzte Länge erhalten kann um die Lenkgenauigkeit nicht in allzu hohem Masse zu beeinträchtigen. Ferner ist ein bedeutender Teil der Lenkstange biegungssteif und bildet trotz aller Vorsichsmassnahmen doch ein Risiko für den Führer. Bekannte steife Wellen sind zu unbiegsam während genügend biegsame Wellen nicht genügend drehstaif sind um für andere als kurze Uebertragungswege in Frage kommen zu können, weshalb biegsame We-llen aus diesem Grunde nur in geringem Ausmass für Lenkvorrichtungen für Kraftwagen verwendet worden sind.

Zweck der Erfindung ist es eine biegsame WeIDe zu schaffen, die besser als bisher bekannte Typen eine hohe Drehsteifigkeit und eine gute Biegsamkeit vereinigt. Ein weiterer Zweck der Erfindung ist dadurch eine vereinfachte Lenkvorrichtung für Fahrzeuge zu schaffen.

Eine beigsame Welle wird erfindungsgemäss dadurch erzielt, dass eine schlauchförmige, biegsame Hülle mit zwei in der Längsrichtung der Hülle voneinander entfernten Drehgliedern zur Uebertragung von Bräimomenten an die bzw. von der Hülle versehen ist und dass ein biegsamer Kern innerhalb der Hülle zwischen den genannten, voneinander entfernten Drehpliedern angeordnet ist und an mehreren Stellen der Hülle entlang an den inneren Umkreis der Hülle anliegt, so dass die Hülle und der Kern ein biegsames und Drehmomente übertragendes Element bilden.

Bei einer zweckmässigen Ausfuhrungsform der Erfindung besteht die Hülle aus einem geflochtenen, vorzugsweise kreuzweise gewundenen

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Schlauch, wodurch es möglich wird mit einer verhältnismässig dünnen und biegsamen Hülle ein hohes Drehmomentübertragungsverm^gen in beiden Drehrichtungen zu verbinden.

Bei einer anderen zweckmässigen Ausführungsform der-Erfindung besteht der Kern aus einer mit mehreren radialen Rippen versehenen biegsamen Stange. Eine erhöhte Biegsamkeit wird erhalten wenn der Kern aus einer Anzahl getrennter, nebeneinander angebrachter Elemente besteht. Es ist auch möglich biegsame Stangen und getrennte Elemente in zweckmässigem Verhältnis miteinander zu kombinieren.

Durch Einfügung einer in oben angegebener Weise ausgeführten biegsame Welle in der drehsteifen Verbindung zwischen Lenkrad und Lenkgetriebe wird eine vereinfachte Lenkvorrichtung für Fahrzeuge .erreicht.

Diese und andere für die Erfindung kennzeichnende Merkmale und Vorteile sind nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erklärt. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch eine mögliche Anbringung einer erfindungsge-

mässen biegsamen Welle, - . ■

Fig. 2 schematisch eine andere Verwendungsmöglichkeit, Fig. 3 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, einer biegsamen Welle nach der Erfindung,

Fig. 4 eine Teilansi.cht der Hülle,

Fig. 5 eine weiteie Ausführungsform der biegsamen Welle, Fig. 6 eine Seitenansicht getrennter Kernelemente, Fig. 7 eine schematis.che Seitenansicht einer biegsamen Welle gemäss der Erfindung als Teil einer Lenkvorrichtung für Fahrzeuge,

und ■ . ■

Fig. 8 eine Welle gemäss Fig. 7 im teilweise deformierten Zustand.

Fig. 1 veranschaulicht wie eine biegsame Welle 1 gemäss der Erfindung für die Uebertragung eines Drehmoments zwischen zwei Vorrichtungen 2 und 3 verwendet wird, deren Wellen 4 bzw. 5 einen Winkel miteinander bilden. Die biegsame Welle 1 ist an beiden Enden mit je einem an der betreffenden Welle 4 bzw. 5 befestigbaren

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Drehglied 6 bzw. 7 versehen, das das Drehmoment an die bzw. von der biegsamen Welle überträgt. Die Drehglieder G und 7 sind zugkraftübertragend an den Wellen 4 bzw. 5 befestigt. Die beiden Vorrichtungen 2 und 3 können entweder ortsfest sein oder eine gewisse gegenseitige Bewegungsfreiheit haben. Bei ortsfester Anbringung kann die biegsame Welle 1 auf ihrer den kleinsten Krümmungshalbmesser aufweisenden Seite in einem mit strichpunktierten Linien angedeuteten Lager 8 geführt sein, das aus einer gekrümmten Rinne oder einer anderen passend geformten Stütze mit radialer Führung bestehen kann.

Gemäss Fig. 2 wird das Drehmoment zwischen den Vorrichtungen 2 und 3 mittels einer biegsamen Welle 1 übertragen, die von den Lagern 9, Ϊ0 und 11 gestützt ist, wobei das Lager 11 im wesentlichen in derselben Weise ausgeführt ist wie das Lager 8 in Fig. 1. Das Drehglied 6 ist auf der Welle 4 verschiebbar, während das Drehglieci 7 mittels einer zugkraftübertragenden Befestigung mit der Welle 5 verbunden ist. Zur Aufnahme der bei Uebertragung eines Drehmoments in der biegsamen Welle 1 entstehenden Zugbelastung ist die biegsame Welle 1 mit an dieser fest angebrachten Stützen 9a, 10ä und 10b versehen, die sich an den Lagern 9 bzw. 10 abstützen. Dadurch dass die Lager 9 und 10 auseinandergespannt gehalten werden oder ortsfest sind, während die Welle 1 mit einer gewissen Vorspannung angebracht ist, wird der zwischen diesen Lagern liegende Teil der Welle 1 von Zugbeanspruchungen entlastet. Die feste Stütze 10b entlastet zusammen mit dem Lager 10 den übrigen Teil der Welle 1. Es ist auch möglich zwei oder mehrere biegsame Wellen mittels üblicher, steifer Wellen miteinander zu verkuppeln,, die entweder ortsfest oder beweglich sein können. Die Anzahl und Gattung der Stützlager wird dabei den vorkommenden Bedürfnissen angepasst.

Für diese verschiedenen Uebertragunpsvorrichtungen gemeinsam ist, dass Winkelgetriebe, Kardangetriebe und andere, üblicherweise verwendete Vorrichtungen für die Uebertragung von Drehmomenten zwischen zueinander winklig gestellten Wellen überflüssig werden. Dies erbietet grosse Vorteile, u.a. hinsichtlich des Einbaus und der Kosten.

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Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform einer biegsamen. Welle gemäss der Erfindung ist eine schlauchförmige, biegsame Hülle 12 an beiden.Enden mit an der Hülle befestigten Drehgliedern 6 bzw. 7 für die Uebertragung des Drehmoments an die bzw. von der Hülle versehen. In der Hülle 12, zwischen den Drehgliedern 6. und 7, ist ein biegsamer Kern 13 angebracht, der an mehreren Stellen der Länge der Hülle entlang an der Innenfläche der Hülle anliegt. Die Hülle und der Kern bilden ein biegsames, drehstedfes, Drehmomente übertragendes Glied.

Das Drehglied 6 hat einen in die Hülle 12 hineinragenden und an der Innenseite der Hülle befestigten Teil 14-. Der Endteil der Hülle 12 ist zwischen diesem Teil 14 und einem am Drehglied 6 befestigten, die Hülle umschliessenden, hülsenförmigen Teil 15 befestigt. Das Drehglied C kann für eine Menge verschiedener Typen von Anschlüssen' an diejenigen' Vorrichtungen ausgebildet sein, von denen oder an welche Drehmomente übertragen werden sollen. Es kann beispielsweise mit inneren oder¹ äusseren Rinnen und Rippen oder dergleichen versehen sein, kann aber auch für Reibungseingriff ausgebildet sein. Das Drehglied 7 ist in entsprechender Weise ausgeführt. ,

Der Kern 13 besteht aus einer biegsamen Stange 16, die mit getrennten, radialen Flanschen 17 versehen ist, durch welche die Hülle 12 ausgespannt gehalten wird. Zwischen den Drehgliedern 6 und 7 sind auf der Aussenseite der Hülle 12 drei Lagerglieder 18, 19 und 20 befestigt, welche die Welle in Lagern führen, wenn die Welle sehr lanc ist oder mit mehreren starken·Krümmungen eingebaut ist. Beim mittleren Lagerglied 19 ist die Hülle 12 inwendig mit Versteifungen 21 versehen, die den Kern 13 in zwei Teile teilen.

Als Hülle wird vorzugsweise ein geflochtener Schlauch verwendet, .z.B. ein sogenannter Schirmstrumpf, der den in Fig. 4 veranschaulichten kreuzweisen Aufbau aufweist. Die Stränge 22, 22^f usw. bilden Winkel mit den damit verflochtenen Strängen 23, 23' usw. ' Jeder Strang kann einstückig aus einem Band oder einem Draht ausgeführt sein, oder kann auch, wie dargestellt, aus mehreren getrennten band- oder drahtförmigen Elementen zusammengesetzt

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sein, die ihrereseits wieder verschiedenartig ausgeführt sein können. Die Ausführung wird in jedem einzelnen Fall den Forderungen angepasst, die auf die Biegsamkeit und das Momentübertragungsvermögen gestellt werden.

Die in Fig. 5 gezeigte Ausfuhrungsform unterscheidet sich von der in Fig. 3 gezeigten dadurch, dass wenigstens ein Teil des Kerns in anderer Weise ausgeführt ist. Das dem Drehglied 6 zugewandte Ende des Kerns besteht aus getrennten, nebeneinandergestellten Elementen 24-, die hauptsächlich scheibenförmig sind und die in ihrer Mitte eine grössere axiale Ausmass haben als am Umkreis. Eine zweckmässige Ausführungsform kann alternativ dadurch erhalten werden, dass die Stange 16 nach Fig. 3 zwischen den Flanschen 17 abgeschnitten wird. Es ist bedeutend, dass die Teile der Flanschen 17 oder die getrennten Elemente 24, die an das Innere der Hülle anliegen, in axialer Richtung nicht zu weit voneinander entfernt sind, da sonst die Gefahr vorliegt, dass die Hülle 12 in unerwünschter Weise zwischen diesen Anliegungsstellen verformt wird. Die in Fig. 6 gezeigte Ausführungsform getrennter Kernelemente mit kugelförmigem Mittelteil hat sich bezüglich der Reibung vorteilhaft erwiesen.

Der Baustoff in der Hülle und im Drehirlied ist· zweckmässig Stahl, aber auch andere Metalle oder Kunststoffe u.a.m. sind denkbar. Die Lagerglieder und der Kern können aus Metall oder Kunststoff hergestellt werden. Teile aus Metall, z.B. die Hülle und die Drehglieder, können miteinander verschweisst, verlötet oder verleimt werden, während Teile aus Kunststoff oder aus Kunststoff und Metall beispielsweise miteinander verleimt werden können. Die Drehglieder können auch als Lagerglieder dienen und es ist ebenfalls möglich zwischen den an den Enden der Hülle liegenden Drehgliedern ein oder mehrere derartige Drehglieder anzubringen, die ganz ausserhalb der Hülle befestigt sind. Es ist auch möglich zwei Hüllen verschiedener Ausführung zu einer gemeinsamen Welle mit oder ohne Drehkraftübertragunpr an der Verbindungsstelle zusammenzusetzen.

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Die Hülle 12 kann auswendig mit einer Schutzhülle 25 (Fig. 4). versehen sein, die sich entweder dicht an die Hülle anschliesst oder so viel weiter als diese'sein kann,- dass ein ringförmiger Zwischenraum 26 zwischen der Hülle und der Schutzhülle entsteht. Der Zwischenraum 26 kann z.B. ein Schmiermittel enthalten, das . die Hülle 12 in guten Stand hält.

Ein Beispiel der Anbringung einer erfindungsgemässen biegsamen Welle ist in Fig. 7 dargestellt., wo eine biegsame Welle 101 einer Lenkvorrichtung für Fahrzeuge in der Drehsteifen Verbindung zwischer einem Lenkgetreibe 102 und einem-Lenkrad 103 des-Fahrzeuges 104 eingesetzt ist. Die Eingangsachse 10 5 des Lenkgetriebes bildet her einen gewissen Winkel mit der Drehachse des Lenkrades 10 3.. In dem gegen das Lenkgetriebe abgebogenen Ende der Welle 101 ist dies·., mit einem an der Eingangsachse105 des »Getriebes befestipbaren . Drehglied 10 6 versehen und am entgegengesetzten Ende ist die Welle 101 mit einem an das Lenkrad 10 3 befestirbaren Drehglied 10 7 versehen. Die- beiden Drehglieder IOC und 107 übertragen Drehkräfte , vor. der bzw. an die Welle 101. Zwischen dem Lenkgetriebe 102 und dem Lenkrad 103 ist die Welle in Lagern 108,. 109- und 110 gelagert, die im Fahrzeug 104 befestigt sind und als Führungen für die Welle 101 dienen sowie in der Welle bei der Uebertragung von Drehmomenter, auftretende axiale Beanspruchungen aufnehmen. Wie aus Fig. 7 ersichtlich ist die Welle 101 zwischen den Lagern 109 und 110 gerade gehalten, während sie zwischen dom Lager 109 und dem Lenkgetriebe ziemlich stark gekrümmt ist und in der Krümmung vom Lager 10 8 geführt wird... Die Lenkstange, d.i. die Kelle IQl, kann auch mit einer'gewissen Vorspannung zwischen den festen Lagern angebracht sein. Der Teil des Lagers 108, der die Welle 101 abstützt, hat zweckmässig die Form einer gekrümmten Rinne.

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Die strichpunktierten Linien 130 in Fig. 7 zeigen schematisch was mit der biegsamen Welle 101 geschieht wenn das Lenkgetriebe 10 2 bei einem Frontalzusammenstcss gegen den nicht dargestellten Führer verschoben wird. Die Welle 101 wird ^ebon:en ohne, dass sich das Lenkrad verschiebt und dem Führer Schaden zufügt. Es kann dabei zweckmässig sein wenigstens "das Lager-108 derart anzubringen, dass diese verformung der Welle erleichtert wird.

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In Fig.· 8 wird gezeigt, wie sich die biegsame Welle 101 nach dem Umriss 131 verformen kann wenn der Führer gegen das Lenkrad geschleudert wird. Die in Fig. 7 und 8 gezeigten Verformungsumrisse 130 und 131 bilden nur Beispiele, die zeigen wollen, wie eine vom Standpunkt der Sicherheit vorteilhafte Lenkvorrichtung erhalten wird und wie eine vereinfachte Anlage ohne Universalgelenke und dergleichen möglich ist. Eine Lenkvorrichtung dieser Type kann selbstverständlich auf mehrere andere Art und Weisen an vorhanden« Fahrzeugkonstruktionen angepasst werden.

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Claims

• ' Patentansprüche -

. 1/ Biegsame Welle für die Uebertragung von Drehmomenten, dadurch g e k e η η ζ e i c h η et, dass eine sch'lauchförmige, biegsame Hülle (12) mit zwei in der Längsrichtung der Hülle voneinander entfernten Drehgldsäern (B,7,106,107) für die Uebertragung von Drehmomenten an die bzw. von der Hülle.versehen ist und 'dass wenigstens ein biegsamer Kern (13) innerhalb der Hülle zwischen den voneinander entfernten Drehgliedern angeordnet und an mehreren Stellen der Hülle entlang an der Innenfläche der Hülle anliegt, so dass die Hülle und der Kern ein biegsames und drehsteifes, Drehmomente übertragendes Glied bilden.
2. Biegsame Welle nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichne t, dass die Hülle (12). aus einem geflochtenen, vorzugsweise kreuzweise gewundenen Schlauch besteht.
3 ₄ Biegsame Welle" nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (13) aus einer mit radialen Flanschen (17) versehenen, biegsamen Stange C16) besteht.
4. Biegsame Welle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (1,3) aus. getrennten, nebeneinander angeordneten Elementen besteht.
5; Biegsame Welle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k.e η η zeichne t,' dass der Kern (13) teils aus einer mit radialen Flanschen (17) versehenen, biegsamen Stange (16) und teils aus getrennten,_ nebeneinander angeordneten Elementen (24) besteht.
6. Biegsame Vieile nach Anspruch 4 oder 5, dadurch g e k e η η -. ζ e-i c h η e t, dass die getrennten Elemente (24·) hauptsächlich scheibenförmig" mit grösserem axialem AuBmass in der Mitte als am Umkreis sind.
7. Biegsame Welle nach i'Vnspruch 4 öder 5, dadurch g e k e η n-•z e i c h η e t, dass die getrennten Elemente (24) einen kugelförmigen mittleren Teil aufweisen. ^ ■

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8. Biegsame Welle nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülle (12) zwischen den voneinander¹ entfernten Drehgliedern (6,7) auswendig· mit einen Lagerglied (18,19,20) für die Führung der Welle versehen' ist.
9. Biegsame Welle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Lagerglied (19) innerhalb der Hülle (12) eine Stütze (21) für das Lagerelied (19) angeordnet ist
10. Biegsame Welle nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, dass sie zum Einsetzen zwischen Zugkräfte aufnehmenden, festen Gliedern (9,10) angeordnet ist.
11. Biegsame Welle nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, dass sie angeordnet ist bei starker Krümmung, d.h. bei kleinem Krümmungshalbmesser von einer gekrümmten Rinne (8) oder einer entsprechenden Führung gestüt2tzu werd&n.
12. Biegsame Welle nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekenn-zeichnet, dass aussen um die Hülle (12) eine Schutzhülle (25) angebracht ist.
13. 3iegsame Welle nach einem der Ansprüche 1-12, zum Einsetzen in der drehsteifen Verbindung zwischen dem Lenkrad und dem Lenkgetriebe eines Fahrzeuges.

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