-
Drehmomen tübertragendes Si cherheitswel 1 enstück
-
und Verfahren zu dessen Herstellung Die Erfindung bezieht sich auf
ein drehmomentubertragendes S iche rhe itswe I lenstü ck, insbesondere für die Lenkspindel
von Fahrzeugen, vor allem Kraftfahrzeugen, mit einem etwa faltenbolgartig gestalteten,
gegen Biegung, Torsion sowie Zug- und Druckbelastung unterhalb einer Sollbeanspruchungsgrenze
in sich steifen, jedoch oberhalb der Sollbeanspruchungsgrenze unter zumindest teilweiser
Aufzehrung der mechanischen Energie mechanisch verformbaren Wellrohr, das an den
Enden mit einem koaxialen Wellenanschluß vorzugsweise durch Schweißen mechanisch
fest verbunden ist.
-
Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung
eines derartigen Sicherheitswel lenstUckes.
-
Solche Sicherheitswellenstücke werden z.B. als Zwischen- oder Endstücke
für die Lenkspindeln von Kraftfahrzeugl enkungen verwendet, indem man die Sicherheitswellenstücke
drehfest und axial verschiebefest mit der Lenkspindel verbindet, so daß sie also
einen starren Längenabschnitt auf der Länge der Lenkspindel bilden. Das Sicherheitwellenstück
überträgt dabei, wie die Lenkspindel selbst, alle an der Lenkspindel angreifenden
Kräfte, vor allem Lenkmomente, als in sich starres Teil ohne Verformung, soweit
sie unterhalb der Sollbeanspruchungsgrenze liegen.Bei Unfällen jedoch, bei denen
die Lenkspindel einer mechanischen Druckbelastung, Zugbelastung, Biegung und/oder
Torsion mit über der Sollbeanspruchungsgrenze liegenden Werten ausgesetzt wird,
bildet das Sicherheitswellenstück denjenigen Teil der Lenkspindel, der zur Vermeidung
von vor allem Personenschäden und Verletzungen sich im Bereich des Wellrohres mechanisch
verformen kann rund dabei zumindest einen Teil der wirksamen mechanischen Energie
aufzehrt.
-
Eine derartige energieverzehrende Verformung ist möglich in Richtung
der und/oder in Umfangsrichtung um die Lenkspindelachse und/oder quer zu dieser.
Verformungen dieser Art erfolgen dann im Bereich des Wellrohres, das von der Formgestaltung
her hierfür prädestiniert ist, Um dem hohen Sicherheifsverlangen für den Normalbetrieb,
also nicht für den Crash, zu genügen, ist jedoch notwendig, daß das Wellrohr endseitig
fest und zuverlässig mit dem jeweiligen Wellenanschluß, mit dem das Sicherheitswellenstuck
in die Lenkspindel eingesetzt wird, verbunden ist, und dies mittels einer Doppelsicherung
fUr den Fall, daß eine der festen Verbindungen einmal ausfallen sollte, vor allem
ohne festgestellt zu werden. Um diesen Forderungen zu entsprechen, hat man die Enden
des Wellrohres am Ende des ZylinderhUlsenabschnittes zu einem Radialflansch umgeformt,
der beim Aufschieben des Wellrohres mit seinem Zylinderhulsenabschnitt auf eine
Zylinderhülse des Wellenanschlusses an einem dort ebenfalls vorgesehenen Radialflansch
zum Anschlag kommt, und hiernach die beiden Radialflansche entlang ihrer äußeren
Umfangsfläche miteinander verschweißt. Als zweite Sicherung hat man dann ferner
auf den Zylinderhülsenabschnitt am Ende des Wellrohres einen Klemmring warm aufgezogen.
Diese Gesamtbefestigung ist jedoch unzuverlässig. Die Schweißnaht selbst ist nicht
unbedingt konstruktionsgerecht gelegt, die Umformung der Radialflansche erfordert
einen besonderen Umformbearbeitungsgang und relativ viel hinsichtlich der mechanischen
Belastung nur unzureichend ausgenutztes Material. Vor allem stellt der warm aufgezogene
Klemmring eine sehr unsichere und unzuverlössige, auch nicht unbedingt reproduzierbar
herstellbare zusätzliche Sicherung dar, die dem hohen Sicherheitsverlangen heutiger
Zeit voll genügen könnte. Zudem ist der Klemmring als zusatzliches Konstruktionselement
und dessen Aufschrumpfung als besonderer Bearbeitungsschritt aufwendig und teuer.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein drehmamentUbertragendes
Sicherheitswellenstück zu schaffen, das zwischen Wellrohr und Wellenanschluß eine
zweifache feste Verbindung besitzt, die reproduzierbar in immer gleicher Güte herstellbar
ist,
formschlüssig wirkt und dabei außerordentlich sicher und zuverlässig
auf Dauer ist und somit auch hohen Sicherheitsanspruchen genügt, und die bei allem
ohne großen Materialeinsatz, ohne zusätzliche Konstruktionselemente und/oder aufwendige
Fertigungsschritte zu erfordern, und somit billig herzustellen ist.
-
Die Aufgabe ist bei einem drehmomentubertragenden Sicherheltswellenstück
der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das Wellrohr
mit einem endseitigen Zylinderhulsenabschnitt im wesentlichen radialspielfrei auf
einen zylindrischen Zapfen des Wellenanschlusses aufgesteckt oder in diesen eingesteckt
ist, der mehrere in Umfangsrichtung in vorzugsweise gleichen Winkelabstanden voneinander
angeordnete, zumindest radial nach außen bzw. innen offene Radialaussparungen aufweist,
und daß an den Radialaussparungen zugeordneter Stelle des Zylinderhülsenobschnittes
aus dessen Material herausgearbeitete Radialvorsprunge vorgesehen sind, die als
Zusatzsicherung jeweils in eine Radialaussparung sichernd und formschlüssig eingreifen.
Es versteht sich, -daß das erfindungsgemäße drehmomentübertragende Sicherheitswel
lenstück, auch wenn es für Fahrzeuglenkspindeln besonders geeignet ist, auch für
leden anderen Anwendungszweck, bei dem etwa gleichgelagerte Probleme vorliegen,
zum Einsatz kommen kann.
-
Die erfindungsgemaße Gestaltung ist einfach, ohne großen Aufwand
herstellbar und somit außerordentlich billig. Der Materialeinsatz ist gering, zusätzliche
Teile werden nicht benötigt. Femer dienen als eine sichere Befestigung die aus dem
ZylinderhUlsenabschnitt des Wellrohres herausgearbeiteten, also materialeigenen
Vorsprünge. Da diese in Radialrichtung herausgearbeitet sind, somit also im wesentlichen
rechtwinklig zur Wandung des ZylinderhUlsenabschnittes stehen, sind sie außerordentlich
biegesteif und gegen hohe Belastungen verformungssicher. Da die Radialvorsprunge
in die Radialaussporungen des zylindrischen Zapfens eingreifen, ist eine formschlüssige,
in Richtung aller drei Achsen eines räumlichen Koordinatensystems feste Verbindung
geschaffen.
-
Auch wenn die Verbindung auf Torsion beansprucht wird, ist sie ohne
jegliche Verformung infolge der entsprechenden, auf dem Umfang verteilten Zahl von
Radialaussparungen und darin eingreifenden Radialvorsprungen Jeglicher Belastung
unterhalb der Sollgrenze gewachsen. Als drittes Sicherungsglied könnte natürlich
immer noch
auf die Umfangsfläche des Zyli nderhulsenabschnittes
eine Klemmhülse aufgesetzt sein, die eine radiale Aufweitung des Zylinderhulsenabschnittes
und damit ein Außereingriffgelangen der Radialvorsprünge mit den Radialaussparungen
blockiert, was aber nicht erforderlich ist und dann allenfalls für eine Dreifachsicherung
noch zusatzlich in Betracht kommen könnte.
-
Von besonderem Vorteil ist es, wenn die Radialaussparungen des zylindrischen
Zapfens als Radialbohrungen und die aus dem Zylinderhulsenabschnitt aus dessen Material
herausgearbeiteten Radialvorsprunge als rotationssymmetrische Buckel oder durchgezogene,
etwa ringförmige Kragen ausgebildet sind. Solche Buckel sind z.B. in einem einzigen
Arbeitsgang, beispielsweise mittels eines Schieberwerkzeuges, am besten von außen
her, abererforderlichenfalls auch von innen her, auspragbar. Gleiches gilt natUrlichauch
fUr die durchgezogenen, ringförmigen Kragen, die besonders vorteilhaft sind, da
sie ein hohes Widerstandsmoment besitzen. Ferner sind derartige durchgezogene ringförmige
Kragen vor allem schnell und leicht im Ziehbearbeitungsgang herstellbar. Außerdem
haben sie den Vorteil, daß sie rundum klemmend in die Radialbohrungen eingreifen,
wobei bereits kleine Eingrifftiefen ausreichend sind Der zylindrische Zapfen kann
als Zylinderhülse ausgebildet sein, wobei der Zylinderhülsenabschnitt des Wellrohres
diese Zylinderhülse außen Ubergreift. Die Zylinderhulse kann am, dem Wellrohr abgewandten
Ende einstückig in einen Anschlußzapfen uebergehen, mit dem das gesamte Sicherheitswellensttick
dann in z.B. eine Fahrzeuglenkspindel fest eingebaut wird.
-
Bei einer weiteren vorteilhaften AusfUhrungsform ist vorgesehen,
daß die Zylinderhulse an der dem Wellrohr abgewandten Axialseite in einen zu dieser
Axialseite hin uberstehenden Ringbund ausläuft, der radial nach innen uber eine
Ringauskehlung in den Anschlußzapfen übergeht, daß der Zylinderhulsenabschnitt des
Welirohres mit seinem Ende in Axialrichtung bis zum Ringbund reicht und daß die
Zylinderhülse mittels einer entlang der Axialstirnseite ihres Ringbundes und der
Axialstirnseite des ZylinderhUlsenabschnittes
verlaufenden Schweißnaht
mit letzterem fest verschweißt ist. Diese zweite Befestigung durch Schweißen ist
konstruktionsgerecht und erfordert im Vergleich zu Radialflanschen keinen zusätzlichen
Materialeinsatz. Im Verein mit den in die Radialaussparungen, insbesondere Radialbohrungen,
eingreifenden Radiatvorsprüngen, insbesondere rotationssymmetrischen Buckeln oder
durchgezogenen Kragen, ist diese Gestaltung der Schweißnaht von besonderem Vorteil;
denn durch die formschlüssige, über die Radialbohrungen und darin eingreifenden
Buckel oder durchgezogenen Kragen erreichte Befestigung kann die Schweißnaht von
einer Drehmomentbeanspruchung, sowie Zug«, Druck- oder Biegebelastung weitgehend
entlastet werden, der sie aber auch ohne die Radialvorsprunge standhalten könnte.
-
Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zur Herstellung
eines drehmomentübertragenden SicherheitswellenstUckes, wie es vorstehend erlautert
ist. Gemäß der Erfindung kann man zu dessen Herstellung so vorgehen, daß man in
den zylindrischen Zapfen des Wellenanschlusses mehrere in Umfangsrichtung in vorzugsweise
gleichen Winkelabständen voneinander angeordnete Radialbohrungen einarbeitet, daß
man sodann das WeIlrohr mit seinem endseitigen Zylinderhülsenabschnitt auf den zylindrischen
Zapfen axial aufschiebt, daß man danach im Bereich leder Radialbohrung aus dem Material
des Zylinderhülsenabschnittes Radialvorsprünge in Gestalt von Buckeln oder vorzugsweise
von Kragen heraus- und in die Radialbohrungen hineindrückt und daß man dann den
zylin drischen Zapfen und den Zyl inderhülsenabschnitt auf der dem Wellrohr abgewandten
Axialstirnseite durch Schweißen mittels einer Ringschweißnaht miteinander zusätzlich
fest verbindet. Hinsichtlich dem Arbeitsgang, wonach man durch Durchziehen Kragen
in die Radialbohrung hineinpreßt, entspricht dies einem Lochen mit gleichzeitigem
Durchziehen, was herstellungstechnisch besonders schnell, einfach und daher billig
zu bewerkstelligen ist.
-
Um der Gefahr evtl. Einrisse und damit der Entstehung von Kerben,
die je nach Material und/oder Größe der Kragen evtl. gegeben sein könnte,wenn man
Lochen und Durchziehen in einem Arbeitsgang miteinander verbindet, entgegenzuwirken,
kann man bei einer anderen vorteilhaften Ausfuhrungsform gemäß der Erfindung so
vorgehen, daß mon vor dem Aufschieben des Wellrohres mit seinem endseitigen Zylinderhulsenabschnitt
auf den zylindrischen Zapfen in den Zylinderhulsenabschnitt an den Radialbohrungen
im zylindrischen
Zapfen zugeordneter Axial- und Umfangsstelle
Bohrungen mit gegenüber den Radialbohrungen kleinerem Durchmesser einarbeitet, daß
man danach beide Teile derart zusammensteckt, daß jede Bohrung im Zylinderhulsenabschnift
mit einer Radialbohrung im zylindrischen Zapfen koaxial verläuftrund daß man dann,
vorzugsweise bei Jeder Bohrung gleichzeitig in einem Arbeitsgang,z.B. mittels eines
Schieberwerkzeuges, das Randmaterial jeder Bohrung im Zylinderhulsenabschnitt unter
Bildung eines in die zugeordnete Radialbohrung h inei ngre ifenden, etwa rotationssymmetrischen
Kragens durchzieht.
-
Hierbei wird also eine Vorlochung des Zylinderhulsenabschnittes an
der Stelle vorgenommen, an der danach in ;einem zweiten Arbeitsgang das Durchziehen
der Kragen erfolgt.
-
Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung gezeigten
Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine teilweise geschnittene
Seitenansicht eines drehmomentübertragenden Sicherheitswel lenstückes, Fig. 2 einen
vergrößerten Ausschnitt II gemäß Fig. 1 in einem axialen Längsschnitt, Fig. 3 einen
Schnitt entlang der Linie 111-111 in Fig. 2.
-
In Fig. 1 ist ein drehmomentübertragendes Sicherheitswellensfflck
10 gezeigt, das insbesondere fur die nicht weiter gezeigte Lenkspindel von Kraftfahrzeugen
geeignet ist und in den Kraftfluß der Lenkspindel dadurch als ein Längenabschnitt
der Lenkspindel eingesetzt wird, daß das Wellenstück 10 mit an beiden Enden vorgesehenen
Wellenanschlüssen 11 fest mit der Lenkspindel verbunden wird. Das Wellenstück 10
weist ein etwa falten- -balgartig gestaltetes Wellrohr 12 aus Metall auf, das gegen
Biegung, Torsion sowie Zug-und Druckbelastung, soweit sie unterhalb einer Sollbeanspruchungsgrenze
liegen, in sich steif ist, jedoch oberhalb der Sollbeanspruchungsgrenze unter zumindest
teilweiser Aufzehrung der mechanischen Energie mechanisch verformbar ist. Das Wellrohr
12 ist an den Enden mit dem dazu koaxialen Wellenanschluß 11 einmal durch Schweißen
mechanisch verbunden, wie später noch näher erläutert werden wird.
-
Das Wellrohr 12 ist mit einem endseitigen Zylinderhülsenabschnitt
13 im wesentlichen radialspielfrei auf einen zylindrischen Zapfen in Gestalt einer
Zylinderhülse 14 aufgesteckt, die er außen auf deren gesamter axialer Länge übergreift.
Die Zylinderhülse 14 ist Bestandteil des Wellenanschlusses 11 und einstückig mit
einem Anschlußzapfen 15 des Wellenanschlusses 11.
-
Die Zylinderhülse 14 weist mehrere in Umfangsrichtung in gleichen
Winkelabständen voneinander angeordnete, radial von außen nach innen durchgehende
Radialbohrungen 16 auf. An den Radialbohrungen 16 zugeordneter Axial- und Umfangsstelle
des Zylinderhülsenabschnittes 13 sind Radialvorsprünge 17 vorgesehen, die aus dem
Material des Zylinderhulsenabschnittes 13 herausgearbeitet und z.B. als durchgezogene,
etwa ringförmige Kragen ausgebildet sind, wie vor allem Fig. 2 und 3 zeigen. Bei
einem nicht gezeigten anderen Ausführungsbeispiel können die Radialvorsprünge 17
auch als rotationssymmetrische Buckel gestaltet sein. Erkennbar ist, daß die Radialvorsprünge
17 in Gestalt durchgezogener, ringförmiger Kragen jeweils in die Radialbohrungen
16 formschlüssig und sichernd als mechanisch feste Verbindung zwischen Wellrohr
12 und Wellenanschluß 11 eingreifen. Wie in Fig. 2 mit gestrichelten Linien angedeutet
ist, kann auf die Umfangsfläche des Zylinderhulsenabschnittes 13 noch eine Klemmhülse
18 als weitere Sicherung aufgesetzt sein.
-
Die Zylinderhuise 14 läuft auf der dem Wellrohr 12 abgewandten Axialseite
(vgl. insbesondere Fig. 2, links ) in einen zu dieser Axialseite hin überstehenden
Ringbund 19 aus, der radial nach innen zu über eine Ringauskehlung 20 mit Durchmesserabnahme
in den Anschlußzapfen 15 übergeht. Der Zylinderhülsenobschnitt 13 des Wellrohres
12 reicht mit seinem dem Wellrohr 12 abgewandten Ende in Axialrichtung bis hin zum
Ringbund' 19, mit dem er im wesentlichen bündig innerhalb einer Radialebene abschließt.
Die Zylinderhulse 14 ist mittels einer entlang der Axialstirnseite ihres Ringbundes
19 sowie der Axialstirnseite des Zylinderhulsenabschnittes 13 verlaufenden Schweißnaht
21 mit letzterem fest verschweißt.
-
Bei der Herstellung des Sicherheitswellenstuckes 10 kann man z.B.
so vorgehen, daß man in den zylindrischen Zapfen in Gestalt der Zylinderhülse 14
des Wellenanschlusses 11 zunächst mehrere in Umfangsrichtung in vorzugsweise gleichen
Winkeiabständen voneinander angeordnete Radialbohrungen 16 einarbeitet, daß man
sodann das Wellrohr 12 mit seinem endseitigen Zylinderhulsenabschnitt 13 auf die
Zylinderhulse 14 axial aufschiebt, daß man danach im Bereich jeder Radialbohrung
16 aus dem Material des Zylinderhulsenabschnittes 13 die Radialvorsprünge 17 in
Gestalt von Kragen, wie gezeigt, oder auch von nicht gezeigten Buckeln heraus- und
in die Radialbohrungen 16 hineindrückt und daß man dann die Zylinderhülse 14 und
den Zylinderhulsenabschnitt 13 auf der dem Wellrohr 12 abgewandten Axialstirnseite
durch Schweißen mittels der Schweißnaht 21 in Form einer Ringnaht miteinander zusätzlich
fest verbindet Bei diesem Verfahren erfolgt die Lochung und das Durchziehen des
ringförmigen Kragens als Radialvorsprung 17 gleichzeitig in einem Arbeitsgang.
-
Stattdessen kann man auch so vorgehen, daß man vor dem Aufschieben
des Wellrohres 12 mit seinem endseitigen Zylinderhülsenabschnitt 13 auf die Zylinderhülse
14 in den Zyl inderhUlsenabschnitt 13 an den Radialbohrungen 16 in der Zylinderhülse
14 zugeordneter Axial- und Umfangsstelle zunächst Bohrungen mit gegenüber den Radialbohrungen
16 kleinerem Durchmesser einarbeitet, also durch Lochung, daß man danach beide Teile
13 und 14 derart zusammensteckt, daß jede im Durchmesser kleinere Bohrung im Zylinderhülsenabschnitt
13 mit einer Radialbohrung 16 der Zylinderhulse 14 koaxial verläuft, und daß man
dann, vorzugweise bei jeder Bohrung gleichzeitig in einem Arbeitsgang, z.B. mittels
eines Schieberwerkzeuges, das Randmaterial jeder im Durchmesser kleineren Bohrung
im Zylinderhulsenabschnitt 13 unter Bildung des in die zugeordnete Radialbohrung
16 hineingreifenden, etwa rotationssymmetrischen Kragens durchzieht.
-
Leerseite