DE2922032A1

DE2922032A1 - Lenkwellenlagerung

Info

Publication number: DE2922032A1
Application number: DE19792922032
Authority: DE
Inventors: Makoto Kida; Takeo Matoba; Akio Numazawa
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1979-02-26
Filing date: 1979-05-30
Publication date: 1980-08-28
Also published as: DE2922032C2; US4277984A

Description

25 Die Erfindung bezieht sich auf eine Lenkwellenlagerung für eine Lenksäule, in der die Lenkwelle an zwei axial beabstandeten Stellen, wie z.B. bei einer Zahnstangenlenkung, zu lagern ist. Bei Zahnstangenlenkungen ist das untere Ende der Lenkwelle radial belastet, so daß eine Lagerung der

30 Lenkwelle an zwei axial beabstandeten Stellen notwendig ist.

Andererseits ist ein aufprallabsorbierendes Lenksystem zur Aufnahme der Aufprallenergie mit einem Scherstift versehen, der ein Zusammenschieben der Lenkwelle in axialer Richtung im Fall eines Aufpralls des Fahrzeugs ermöglicht. Auch im

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Normalbetrieb ist die Lenkwelle jedoch von Zeit zu· Zeit axialen Belastungen ausgesetzt, so daß sie in axialer Richtung relativ zu- und auf gegenüberliegenden Seiten des Scherstifts befestigt werden muß.
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Es ist somit bei Zahnstangenlenksystemen mit einer Aufprall-Energievernichtungseinrichtung unerläßlich, die Lenkwelle an zwei axial beabstandeten Stellen zur Schaffung einer Lagerung, sowohl in radialer, als auch in axialer Richtung., zu lagern.

Durch axiale Längenfehler der Lenksäule und der Lenkwelle bei der Herstellung wird die Befestigung an zwei axialen Stellen schwierig, oder infolge der nicht ausgerichteten Befestigungselemente auf der Lenkwelle und der Lenksäule gleichzeitig an zwei verschiedenen Stellen fastunmöglich.

Um die Lenkwelle an der Lenksäule in axialer Richtung zu befestigen und gleichzeitig radial von der Lenkwelle aufgebrachte Kräfte mittels der Lenksäule aufzunehmen, wird eine Lagerung vorgesehen, die auf der Lenkwelle über ein Lager befestigt ist und in die Lenksäule eingeschoben und in ihr mittels einer geeigneten Halterung befestigt wird. Gewöhnlich ist das Gegenstück der Lagerung axial oder umfangsmäßig in zwei Teile aufgespalten, die miteinander nach dem Befestigen des Lagers auf der Lenkwelle verbunden werden. Bei einer derartigen konstruierten Lagerung besteht die Möglichkeit oder die Gefahr, daß sich die Lagerung unter dem Einfluß der auf sie wirkenden axialen Schubkräfte löst.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lenkwellenlagerung zu schaffen, die die Lenkwelle mit der Lenksäule von zwei beabstandeten Stellen unabhängig von den Herstellungsfehlern in Längsrichtung geeignet befestigen

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kann, wobei eine Trennung der Lagerung infolge der axialen Schubkräfte verhindert wird.

Diese Aufgabe wird durch das Vorsehen eines länglichen Schlitzes bestimmter axialer Länge in der Säule zur Aufnahme einer Halterung, die axial einstückig mit der Lenkwelle befestigt und sich durch den Schlitz der Lenksäule zur Befestigung radial nach außen erstreckt und durch eine einzige einstückige Lagerung gelöst.

Zur Befestigung des Lagers ist die Lagerung in vorteilhafter Weise mit Klauen-Abschnitten versehen, die sich zur Aufnahme des Lagers radial nach außen erstrecken, wenn das Lager eingepreßt wird. Es können ebenfalls Randabschnitte vorgesehen sein, die nach Anordnung des Lagers zur Befestigung des Lagers umgestemmt werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

eine schematische Ansicht eines Lenksystems; eine Teilansicht zur Darstellung der Lagerung der Lenkwelle an zwei axial beabstandeten Stellen;

schematische Schnittansichten zur Darstellung der relativen Stellungen einer Halterung und eines Schlitzes in der Lenksäule, für den Fall, daß die axialen Abmessungen der Lenksäule zu kurz bzw. zu lang relativ zur Lenkwelle sind; Fig. 5 eine schematische Ansicht zur Darstellung der

axialen Stellung des Schlitzes der in Fig. 2 gezeigten Schraubenöffnung;
Fig. 6 eine Schnittansicht einer anderen Ausführungsform; Fig. 7 eine Ansicht der Formen und relativen axialen Stel-

Fig.	1
Fig.	2
Fig.	3
und	4

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lungen der.Schlitze und Schraubenöffnung der in Fig. 6 gezeigten Ausführungsform;

Fig. 8 eine Schnittansicht zur Darstellung einer Abänderung der in Fig. 7 gezeigten Ausführungsform; Fig. 9 eine schematische Ansicht der Formen und relativen Stellungen der Schlitze und der Schraubenöffnung der in Fig. 8 gezeigten Ausführungsform; Fig. 10 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform;

Fig. 11 eine schematische Ansicht des Anschlags zur Aufnahme axialer Schubkräfte in Richtung des Pfeils XI in Fig. 10; und
Fig. 12 eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungs-

form.
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In den Fig. 1-5 ist eine Lenkwelle 1 mit einem oberen Wellenabschnitt 2 und einem unteren Wellenabschnitt 3 gezeigt. Das untere Ende des oberen Wellenabschnitts 2 ist in eine Bohrung am oberen Ende des unteren Wellenabschnitts 3 eingepaßt. Die oberen und unteren Wellenabschnitte 2 und 3 sind miteinander mittels eines Scherstiftes 4 verbunden. Das obere Ende des oberen Wellenabschnitts 2 ist in üblicher Weise mit einem Lenkrad 5 verbunden.

Die Lenkwelle 1 ist in einer Lenksäule 6 aufgenommen, die einen oberen Lenksäulenabschnitt 7 und einen unteren Lenksäulenabschnitt 8 aufweist. Die oberen und unteren Lenksäulenabschnitte 7 und 8 sind miteinander über einen Dämpferzylinder mit Kugeln 9 vorbestimmten Durchmessers verbunden.

Im Fall eines Zusammenstoßes wird der Scherstift 4 abgeschert, wodurch der obere Wellenabschnitt 2 in den Hohlraum des unteren Wellenabschnitts 3 eingeschoben wird. Dabei werden der obere und untere Lenksäulenabschnitt 7 und 8 zur Aufnahme der Aufprallenergie mittels der Kugeln 9 plastisch verformt.

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Am oberen Ende des oberen Lenksäulenabschnittes 7 ist eine Lenksäulenabdeckung 13 vorgesehen.

An einer oberen Halterung 15 ist der äußere Laufring des Lagers 14 befestigt, wobei der innere Laufring am oberen Wellenabschnitt 2 mittels Federringen 16 befestigt ist. Die obere Halterung 15 ist mittels Schrauben am oberen Lenksäulenabschnitt 7 befestigt und mit einem Fußhebellagerbock 17 am unteren Abschnitt des Instrumentenbretts verbunden.

Die Drehung des Lenkrads 5 wird von dem unteren Wellenabschnitt 3 zu den Fahrzeugrädern 25 über ein Kardangelenk 20, eine Zwischenwelle 21, ein Kardangelenk 22, ein Ritzel und eine Zahnstange 24 übertragen.

Der untere Wellenabschnitt 3 weist einen Flansch 28 auf, gegen den ein innerer Laufring des Lagers 29 mittels eines Federrings 30 befestigt ist. Ein ringförmiger Anschlag 31 aus Kunststoff zur Aufnahme axialer Schubbelastungen ist am unteren Wellenabschnitt 3 befestigt, wobei sein innerer Umfang am äußeren Laufring der Lager 29 befestigt ist. Der Anschlag 31 zur Aufnahme axialer Schubkräfte ist in dem aufgeweiteten oder vergrößerten Abschnitt 32 des unteren Abschnitts 8 der Lenksäule eingepaßt. Zwischen dem aufgeweiteten Abschnitt 32 und dem äußeren Umfang des Anschlags 31 ist ein 0-Ring befestigt.

Auf dem erweiterten Abschnitt 32 ist ein Halteelement 36 befestigt, das einen sich radial erstreckenden Abschnitt 3 und einen sich axial erstreckenden Abschnitt 3 8 (siehe Fig. 3 und 4) aufweist, wobei der radiale Abschnitt 37 den Anschlag 31 in seiner Stellung befestigt. Die Halterung 36 erstreckt sich radial durch einen axialen Schlitz 39 im erweiterten Abschnitt 32 des unteren Lenksäulenabschnitts

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nach außen. Der axiale Abschnitt 38 der Halterung 36 ist mit einer Schraubenöffnung 40 versehen. Fig. 5 zeigt die Formen und relativen axialen Stellungen des Schlitzes 39 und der Schraubenöffnung 40, die die gleichen axialen Abmessungen aufweisen.

An einer vorbestimmten Stelle auf dem äußeren Umfang des erweiterten Abschnitts 32 ist ein Zwischenstück 44 befestigt. Das Zwischenstück 44 ist mit einer Gewindebohrung zur Aufnähme einer Schraube 45 versehen, die die Halterung 36 mit dem Zwischenstück 44 über eine Unterlegscheibe 46 verspannt. Die Unterlegscheibe 46 hat einen ausreichend größeren äusseren Durchmesser als die axiale Abmessung der Schraubenöffnung 40 zur Sicherstellung einer bestimmten Berührungsfläche mit der Halterung 36.

Vor dem Anziehen der Schraube 45 werden die Lenkwelle 1 und die Lenksäule 6 miteinander an der Stelle des Lagers 14 befestigt. Wie bereits oben erwähnt, weisen die Lenkwelle 1 und die Lenksäule 6 Abmessungsfehler aufgrund der Herstellung auf, so daß die Stellung der Halterung 36 des Anschlags 31 zur Aufnahme axialer Schubkräfte relativ zu dem Schlitz 39 in den erweiterten Abschnitt 32 und des Zwischenstücks von Lenksäule zu Lenksäule unterschiedlich sind. Mittels des Schlitzes 39 und der Schraubenöffnung 40, die mit einem Spiel zur Anordnung des radialen Abschnitts 37 der Halterung 36 innerhalb der Grenzen des Schlitzes 3 9 und der Gewindebohrung des Zwischenstücks 44 innerhalb der Grenzen der Schraubenöffnung 40 in Anbetracht der Abmessungsfehler versehen sind, werden derartige Abmessungsfehler jedoch ausgeglichen. Unabhängig von den axialen Abmessungsfehlern wird es somit möglich, die Schraube 45 durch die Schraubenöffnung 40 zur Verspannung der Halterung 36 mit dem Zwischenstück 44 einzubringen. Fig. 3 zeigt die Stellung der Halterung 36 relativ zu dem Schlitz 39 und der Schraube 45 in dem Fall, in

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dem die Lenksäule 6 relativ zur Lenkwelle 1 zu kurz ist. Der radiale Abschnitt 37 der Halterung 36 ist in Fig. 3 in dem Schlitz 39 in der Nähe des rechten Endes und die Schraube 45 in der Nähe des linken Endes der Schraubenöffnung 40 angeordnet. Fig. 4 zeigt andererseits die Stellung der Halterung 36 relativ zu dem Schlitz 39 und der Schraube 45 in dem Fall, in dem die Lenksäule 6 relativ zur Lenkwelle 1 zu lang ist. In Fig. 4 ist der radiale Abschnitt 37 der Halterung 36 in der Nähe des linken Endes des Schlitzes 39 und die Schraube 45 in der Nähe des rechten Endes der Schraubenöffnung 40 angeordnet. Durch Anziehen der Schraube 45 wird die Lenkwelle 1 mittels der Lenksäule 6 an zwei axial beabstandeten Stellen gelagert.

Fig. 6 und 7 zeigen eine weitere Ausführungsform. In Fig. ist der erweiterte Abschnitt 3 2 mit einer kreisringförmigen Öffnung 51 zur Aufnahme der Schraube 45 und mit Schlitzen 52 und 53 vorbestimmter Länge an axial gegenüberliegenden Seiten der kreisförmigen Öffnung 51 versehen. Eine im Querschnitt U-förmige Halterung 5 4 hat zwei sich nach unten erstreckende Endabschnitte 55, die an einem mittleren Abschnitt 56 an gegenüberliegenden Seiten angrenzen. Die Halterung 54 ist mit dem Anschlag 31 zur Aufnahme axialer Schubkräfte mittels den in den Schlitzen 52 und 53 aufgenommenen Endabschnitten 55 befestigt. Der mittlere Abschnitt 56 ist mit einer Schraubenöffnung 57 vorbestimmter axialer Länge versehen. Die Formen und relativen axialen Stellungen der kreisringförmigen öffnung 51, der Schlitze 52 und 53 und der Schraubenöffnung 57 sind in Fig. 7 gezeigt. Axiale Abmessungsfehler der Lenkwelle 1 und der Lenksäule 6 werden durch die axialen Längen der Schlitze 52 und 53 und der Schraubenöffnung 57 ausgeglichen. Hierdurch kann unabhängig von den axialen Abmessungsfehlern die Halterung 54 an dem Anschlag zur Aufnahme axialer Schubkräfte 31 mit den in den Schlitzen 52 und 53 angeordneten Endabschnitten

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55 befestigt werden, wobei die Schraube 45 durch die Schraubenöffnung 57 geführt und in das Zwischenstück 44 eingeschraubt werden kann.

Fig. 8 und 9 stellen Abänderungen der Ausführungsform von Fig. 6 und 7 dar. Bei dieser Abänderung ist der Anschlag zur Aufnahme axialer Schubkräfte 61, der dem Anschlag 31 der vorher beschriebenen Ausführungsform entspricht aus Metall hergestellt und mit einem Sackloch 62 versehen, wodurch ein Zwischenstück 44, das sonst auf dem erweiterten Abschnitt 32 vorgesehen sein muß, entfällt. Die Halterung 54 ist mit einer kreisförmigen Öffnung 63 in dem mittleren Abschnitt 56 zur Aufnahme der Schraube 45 versehen. Der erweiterte Abschnitt 32 ist mit einem Schlitz 64 vorbestimmter axialer Länge zwischen den Seitenschlitzen 52 und 53 zur Aufnahme einer Schraube versehen. Die Formen und die relativen axialen Stellungen der kreisförmigen Öffnung 63 zur Aufnahme der Schraube und der Schlitze 64 sind in Fig. 9 gezeigt. Unabhängig von axialen Abmessungsfehlem der Lenkwelle 1 und der Lenksäule 6 kann die Schraube 45 durch den Schlitz 64 geführt und zum Verspannen der Halterung 54 und des Anschlags 61 auf gegenüberliegenden Seiten des erweiterten Abschnitts 32 geführt werden.

In Fig. 10 ist der Anschlag 31 zur Aufnahme axialer Schubkräfte dargestellt, der einstückig aus Kunststoff hergestellt ist. Das Lager 29 ist mit seinem inneren Laufring mittels eines Federrings 30 gegenüber dem Flansch 28 des unteren Wellenabschnitts 3 befestigt. Der äußere Laufring des Lagers 29 ist in einer ringfömigen Aussparung im inneren Umfang des Anschlags 31 eingepaßt. Die von dem unteren Wellenabschnitt 3 aufgebrachte radiale Kraft wird mittels des erweiterten Abschnitts 32 über den Anschlag 31 aufgenommen. Der Anschlag 31 ist mit Klauen-Abschnitten 32 vorbestimmter Länge versehen, die sich von der oben erwähn-

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ten ringförmigen Aussparung 71 axial erstrecken und zwischen den Klauen-Abschnitten 72 und einem äußeren Umfangsabschnitt 73, der mit dem inneren Umfang des erweiterten Abschnitts 3 2 in Berührung steht, einen Ringspalt 7 4 ausbilden, wodurch sich der Klauen-Abschnitt 72 radial nach außen erstrecken kann. Die Kante oder der abgestufte Abschnitt zwischen der ringförmigen Aussparung 71 und dem Klauen-Abschnitt 72 weist eine abgerundete Schulter 75 auf. In der gezeigten Ausführungsform sind vier Klauen-Abschnitte 72 an vier gleich beabstandeten Stellen am inneren Umfang des Anschlags 31 vorgesehen (siehe Fig. 11). Die Klauen-Abschnitte 72 stehen radial nach innen vor dem inneren Lagerring des Lagers 29, das so festgelegt ist. D.h. mit anderen Worten, daß der kleinste mittels der Klauen -Abschnitte definierte innere Durchmesser kleiner als der äußere Lagerringdurchmesser 76 des Lagers 29 ist. In der in Fig. 10 gezeigten Ausführungsform divergieren die Klauen-Abschnitte 72 von der ringförmigen Aussparung 71, um die Einbringung des Lagers 29, das in die ringförmige Aussparung 71 mittels der Klauen-Abschnitte 72 eingepaßt wird, zu erleichtern. Beim Einpressen des Lagers 29 werden die Klauen-Abschnitte 72 des Anschlags 31 radial nach außen gebogen, wodurch das Lager 29 in die ringförmige Aussparung 71 eingepaßt werden kann. Wenn das Lager 29 in die ringförmige Aussparung 71 eingepaßt ist, bewegen sich die Klauen-Abschnitte 72 aufgrund ihrer Elastizität wieder radial in bezug auf den äußeren Umfang des Lagers 2 9 nach innen. Auf diese Weise wird das Lager 29 in dem Anschlag 31 befestigt. Die abgerundete Schulter 75 verhindert eine Bewegung des Lagers 29 und befestigt es sicher in der ringförmigen Aussparung 71. Die Schubkräfte, d.h. hauptsächlich die axial nach oben gerichteten Schubkräfte, die auf die Lenkwelle 1 über die mittlere Welle 21 aufgebracht werden, wirken auf den Absatz der ringförmigen Aussparung 71 auf der der Schulter 75 gegenüberliegenden Seite. Die entgegengesetzt gerichtete Schubkraft, die auf die Schulter 75 von

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dem Lager 29 aufgebracht wird, löst das Lager von dem Anschlag 31. Die maximal mögliche Schubkraft, die auf die Schulter 75 mittels des Lagers 29 aufgebracht wird, ohne daß es sich von dem Anschlag löst, wird durch den Radius der Schulter 75 bestimmt.

Da der Anschlag 31 einstückig hergestellt ist, besteht keine Möglichkeit, daß er durch die von dem Lager 29 und der Halterung 36 aufgebrachten Kräfte in mehrere Teile zerfällt.

Fig. 12 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der die den Fig. 10 und 11 entsprechenden Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen und nicht erneut beschrieben werden. Die folgende Beschreibung ist nur auf die unterschiedlichen Teile gerichtet. Der Anschlag 31 besteht aus Eisen oder einem Kunststoff mit einstemmbaren bzw. umbiegbaren Abschnitten 78 statt der Klauen-Abschnitte 72 der vorher beschriebenen Ausführungsform. Die Abschnitte 78 werden nach dem Einpassen des Lagers 29 in die ringförmige Aussparung 71 zur Befestigung des Lagers mittels Hitze oder einer Walze umgebogen. Der Anschlag 31 ist einstückig hergestellt und kann nicht in mehrere Teile infolge der in gewissem Maß durch den äußeren Laufring des Lagers 29 und die Halterung 36 aufgebrachten Kräfte zerfallen.

Mit der Erfindung wird eine Lagerung in Form eines einstückigen Anschlags geschaffen, mit dem ein Lösen oder Auseinanderfallen verhindert wird, was sonst durch die mittels des Lagers 29 und der Halterung 36 aufgebrachten Kräfte verursacht wurde. Weiter kann mit dem einstückigen Anschlag 31 eine sichere Befestigung mittels der Klauen-Abschnitte 72 oder der eingestemmten Abschnitte bewirkt werden.

Es wird eine Zahnstangenlenkung mit einer Energie-Absorb-

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tionseinrichtung beschrieben, bei der axiale Abmessungsfehler der Lenkwelle und der Lenksäule es häufig schwierig machen, die beiden Teile miteinander an zwei bestimmten axial beabstandeten Stellen zu befestigen. Durch das ■ Vorsehen eines länglichen Schlitzes vorbestimmter axialer Länge in der Lenksäule und einer sich radial durch den Schlitz erstreckenden Halterung werden diese Schwierigkeiten beseitigt und die Lenksäule mit der Lenkwelle unabhängig von den axialen Abmessungsfehlern befestigt.

Weiter ist auf der Lenkwelle zur Anordnung eines Lagers eine einstückige Lagerung vorgesehen, die ein Lösen oder Auseinanderfallen der Einzelteile aufgrund der auf sie wirkenden axialen Druckkraft verhindert und die mit Klauenabschnitten oder eingestemmten Abschnitten zur sicheren Festlegung des Lagers versehen ist.

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Claims

T Q^ If Patentanwälte: I IEDTKE - büHLING - I\INNE Dipl.-Ing. H.Tiedtke Gr% Dipi.-Chem. G. Buhling RUPE - ΚELLMANN Dipl.-lng. R. Kinne ^ Q <-γ η. n ο j Dipl.-lng. R Grupe L $ <_ Z U 0> 4 Dipl.-lng. B. Pellmann Bavariaring 4, Postfach 20 2403 8000 München 2 Tel.: 0 89-53 9653 Telex: 5-24845 tipat cable: Germaniapatent München 30. Mai 1979 B 9677/case 79-DT-040-G321 Patentansprüche

1.) Lenkwellenlagerung mit einer in einer Lenksäule angeordneten Lenkwelle, gekennzeichnet durch
- einen mit einer vorbestimmten axialen Länge in der Lenksäule (6) ausgebildeten Schlitz (39), - eine auf der Lenksäule zur Lagerung der Lenkwelle (1) mit einem Lager (29)- befestigte Halterung (36/54), wobei sich die Halterung (36,54) von der Lenksäule (6) radial nach außen durch den Schlitz (3 9) erstreckt, und

- eine Befestigung (45) zur Befestigung der Halterung (36, 54) am äußeren Umfang der Lenksäule (6).

2. Lenkwellenlagerung nach Anspruch 1 , dadurch gekenn-^ zeichnet, daß die Halterung (36) das Lager (29) mit einem Ende abstützt, wobei das andere Ende der Halterung am äus-

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seren Umfang der Lenksäule (6) mittels der Befestigung (45) befestigt ist.

3. Lenkwellenlagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung (54) das Lager (29) mittels gegenüberliegender Endabschnitte (55) abstützt und mittels der Befestigung (45) an einem mittleren Abschnitt (56) befestigt ist.

4. Lenkwellenlagerung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigung (45) eine die Halterung (36,54) radial an ihrer Stelle verspannende Schraube ist.

5. Lenkwellenlagerung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung (36,54) mit einer öffnung (40,

57) vorbestimmter axialer Länge zur Aufnahme der Schraube versehen ist.

6. Lenkwellenlagerung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Lenksäule (6) zur Aufnahme der Schraube ein Zwischenstück (44) angebracht ist.

7. Lenkwellenlagerung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lenksäule (6) mit einer Öffnung (64) vorbestimmter axialer Länge zur Aufnahme der Schraube versehen ist.

8. Lenkwellenlagerung gekennzeichnet durch

- einen mittels eines Lagers (29) an der Lenkwelle (1) befestigten, in die Lenksäule (6) eingeschobenen und an ihr befestigten einteiligen Anschlag (31).

9. Lenkwellenlagerung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (31) mit sich entgegengesetzt zur Einbringrichtung des Lagers (29) in den Anschlag (31)

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erstreckenden_; sich beim Einpressen des Lagers (29) in den Anschlag (31) radial nach außen erweiternden Klauen-Abschnitten (72) versehen ist.

10. Lenkwellenlagerung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (31) Abschnitte (78) zum Umbiegen nach Einbringen des Lagers (2 9) in den Anschlag (31) aufweist.

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