DE3813422A1

DE3813422A1 - Telescopic steering shaft for motor vehicles

Info

Publication number: DE3813422A1
Application number: DE3813422A
Authority: DE
Inventors: Gert Henrich; Guenter Reddehase; Frank Nolte
Original assignee: ZF Lemfoerder GmbH
Current assignee: ZF Lemfoerder GmbH
Priority date: 1988-04-21
Filing date: 1988-04-21
Publication date: 1989-11-02
Also published as: DE3813422C2

Abstract

The invention relates to a steering shaft for motor vehicles comprising at least one outer shaft part (1) and at least one inner shaft part (2), which telescopically engage one inside the other in a longitudinal direction and are positively connected to one another by roller elements (3) for the transmission of a torque, the roller elements, in the telescopic movement, rolling on tracks formed by cross-sectional profiling of the shaft parts and extending in a longitudinal direction on the circumference of the shaft parts. The roller elements comprise rollers, which are arranged with their longitudinal axes transversely to the telescoping direction between shaft parts of extrudable bar profiles with plane surfaces, which on the outside of the inner shaft part (2) and on the inside of the outer shaft part (1) form pairs of equidistant tracks (7, 8) for the rollers (3). <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Lenkwelle für Kraftfahr zeuge, welche die im Oberbegriff des Patentanspruches 1 genannten Gattungsmerkmale aufweist.The invention relates to a steering shaft for motor vehicles witness, which in the preamble of claim 1 has generic features mentioned.

Eine solche Lenkwelle ist in der DE-OS 35 13 340 dargestellt und beschrieben. Bei dieser bekannten Anordnung sind ein äußeres Wellenteil und ein inneres Wellenteil rohrförmig ausgebildet und im Querschnitt durch spanlose Verformung derart profiliert, daß am Außenumfang des inneren Wellenteiles und am Innen umfang des äußeren Wellenteiles sich gegenüber liegende, in Längsrichtung der Lenkwelle erstreckende Rillen gebildet sind, die mit Vorspannung eingepreßte Kugeln aufnehmen. Durch diese Kugeln sind beide Wellenteile axial relativ zueinander beweglich, wobei sich die Kugeln in den Rillen, die sie einschließen, abwälzen, dabei aber eine in Drehrichtung der Lenkwelle formschlüssige Verbindung zwischen den beiden Wellenteilen aufrechterhalten. Ein spiel freier Sitz der beiden Wellenteile ineinander, vor allem unter Belastung in Drehrichtung, erfordert den Einbau der Kugeln mit einer solchen Vorspannung, daß eine leichtgängige, axiale Verstellbarkeit der beiden Wellenteile relativ zueinander nicht mehr erreichbar ist. Die spanlose Verformung der Wellenteile nach diesem Stande der Technik erfordert spezielle Maschineneinrichtungen und ist entsprechend kosten aufwendig.Such a steering shaft is in DE-OS 35 13 340 shown and described. In this known Arrangement are an outer shaft part and an inner one Shaft part tubular and in cross section profiled by non-cutting deformation in such a way that on Outer circumference of the inner shaft part and on the inside circumference of the outer shaft part against each other lying, extending in the longitudinal direction of the steering shaft Grooves are formed, which are pressed in with pretension Pick up bullets. Through these balls are both Shaft parts axially movable relative to each other, wherein the balls in the grooves that enclose them roll, but one in the direction of rotation Steering shaft positive connection between the maintain both shaft parts. A game free seating of the two shaft parts in one another, in front everything under load in the direction of rotation, requires the Installation of the balls with such a preload that a smooth, axial adjustability of the two Shaft parts can no longer be reached relative to each other is. The non-cutting deformation of the shaft parts after this state of the art requires special Machine equipment and is cost accordingly complex.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lenk welle der eingangs genannten Bauart unter weitest gehender Wahrung des Gesichtspunktes einer kosten günstigen Herstellung spielfrei mit großer Leichtgängigkeit auszubilden.The invention has for its object a steering shaft of the type mentioned at the beginning respecting the point of view one cost inexpensive manufacture free of play with large Train ease of movement.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß eine gattungsgemäße Lenkwelle mit den Merkmalen nach dem Kennzeichen des Patent anspruches 1 ausgebildet ist.To solve this problem, the invention proposed that a generic steering shaft with the features according to the hallmark of the patent claim 1 is formed.

Durch die Verwendung der Rollen als Wälzkörper zwischen den beiden Wellenteilen wird die spezifische Flächenpressung der sich aufeinander abwälzenden Teile erheblich herabgesetzt, so daß die Rollen sich auf Bahnen an den Wellenteilen abwälzen können, die keiner Bearbeitung oder anderer Vorbehandlung bedürfen. Dadurch sind Wellenteile aus Rohren mit normalem bzw. genormtem Querschnittsprofil in ungehärtetem Zustand ohne weitere Bearbeitung der Rohre herstellbar, vor allem aus im Fließpreß verfahren hergestellten Rohren. Gegenüber Wellenteilen nach dem zuvor genannten Stand der Technik wird somit eine erhebliche Verringerung des Herstellungsaufwandes erreicht. Die niedrigen Flächenpressungen der Rollen auf ihren Abwälzbahnen an den Wellenteilen ergibt eine große Leichtgängigkeit, wobei diese Ausbildung ebener Bahnen für die Rollen zu einem Profil der Wellenteile führt, welches in aller Regel spielfreien Formschluß der beiden Wellenteile in Drehrichtung ergibt.By using the rollers as rolling elements the specific between the two shaft parts Surface pressure of the rolling on each other Parts significantly reduced, so that the roles themselves can roll on tracks on the shaft parts that no processing or other pretreatment need. This means that shaft parts made of pipes are included normal or standardized cross sectional profile in unhardened condition without further processing of the Pipes can be produced, especially from extrusion process manufactured pipes. Across from Shaft parts according to the previously mentioned Technology will significantly reduce the Manufacturing effort achieved. The low ones Surface pressures of the rollers on their rolling tracks on the shaft parts results in a large one Ease of movement, this training level Paths for the rollers to a profile of the shaft parts leads, which as a rule free play form fit of the two shaft parts in the direction of rotation.

In weiterer Ausgestaltung dieses Gedankens wird vor geschlagen, daß die zwischen den beiden Wellenteilen angeordneten Rollen in an sich bekannter Weise in einem Käfig geführt und gehalten sind, so daß die Zahl der erforderlichen Rollen reduziert werden kann und die Montage der Rollen vereinfacht wird. Verwendbar sind Nadellagerrollen handelsüblicher Bauart, jedoch kann es gegebenenfalls vorteilhaft sein, zylinderförmige Wälzkörper besonderer Bauart vorzusehen, zum Beispiel Rollen mit konisch oder ballig ausgebildeten Enden, leicht tonnenförmige Rollen oder dergleichen.In further development of this idea will struck that between the two shaft parts arranged roles in a conventional manner in are guided and held in a cage so that the Number of roles required can be reduced and the assembly of the rollers is simplified. Needle roller bearings are more commercially available Design, but it may be advantageous be cylindrical type rolling elements of a special design to be provided, for example rollers with conical or crowned ends, slightly barrel-shaped Roles or the like.

Besonders bevorzugt werden Wellenteile mit einem polygonalen Querschnittsprofil, insbesondere Wellen teile mit einem dreieckigen Querschnittsprofil. Wellenteile in einer solchen Ausbildung können aus im Querschnitt dreieckigen Profilrohren hergestellt werden, wie sie beispielsweise handelsüblich sind oder durch bekannte Verfahren, zum Beispiel Fließ preßverfahren, kostengünstig herstellbar sind. Mit dem Merkmal nach dem Anspruch 5 soll erreicht werden, daß die Rollen nur in den bei Torsionsbeanspruchungen tragenden Endbereichen abgestützt sind, und daß zwischen den parallel verlaufenden Bahnen für diese Abstützung Rillen ausgebildet werden können, die eine elastische Verformung vor allem des äußeren Wellenteiles zulassen. In diesem Falle ist zu empfehlen, daß die Teile der Welle unter einer leichten Vorspannung montiert werden.Shaft parts with a are particularly preferred polygonal cross-sectional profile, especially waves parts with a triangular cross-sectional profile. Shaft parts in such training can from Cross-section of triangular profile tubes as they are commercially available, for example or by known methods, for example flow pressing process, are inexpensive to manufacture. With the feature according to claim 5 is to be achieved that the roles only in the torsional stress supporting end areas are supported, and that between the parallel tracks for this Support grooves can be formed that a elastic deformation especially of the outer Allow shaft part. In this case it is too recommend that the parts of the shaft be under one light preload.

Aus Gründen der Erlangung einer Spielfreiheit ist nach einem weiteren Gedanken der Erfindung vorgesehen, daß die Bahnen, auf denen sich die Rollen bei der Teleskopbewegung abwälzen, wenigstens teilweise aus radial zur Rollenachse elastischen Einlagen gebildet sind, die sich gegen den Umfang eines der beiden Wellenteile abstützen. Solche Einlagen bestehen vorteilhaft aus einem Gummi-Metall-Streifen, deren Metallseite die Bahn für die Rollen bildet und deren elastische Rückseite gegen das Profil des Wellenteiles abgestützt ist. Solche Gummi-Metall-Streifen aus einem Blech und einem damit verbundenen Band aus elastischem Werkstoff können zwischen den Rollen und einem der beiden Wellenteile, aber auch zwischen den Rollen und beiden Wellenteilen, vorgesehen sein.For reasons of freedom of play according to a further idea of the invention provided that the webs on which the rollers roll away with the telescope movement, at least partially made of elastic radial to the roller axis Deposits are formed that go against the scope Support one of the two shaft parts. Such Deposits advantageously consist of one Rubber-metal strips, the metal side of which is the web for forms the roles and their elastic back is supported against the profile of the shaft part. Such rubber-metal strips from a sheet and an associated band of elastic Material can be between the rollers and one of the two shaft parts, but also between the rollers and two shaft parts, may be provided.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung sind auf der Zeichnung in Querschnitten einer Lenkwelle Aus führungsbeispiele in den Fig. 1 bis 12 darge stellt, die und deren Abweichungen voneinander nachfolgend erläutert werden:For a more detailed explanation of the invention are shown on the drawing in cross sections of a steering shaft from exemplary embodiments in FIGS . 1 to 12 Darge, and their deviations from each other are explained below:

In den Zeichnungsfiguren besteht die Lenkwelle aus dem äußeren Wellenteil 1 und dem inneren Wellenteil 2, die beide in axialer Richtung relativ zueinander beweglich sind. Für alle Ausführungsbeispiele wurde außerdem ein dreieckiges Querschnittsprofil für das äußere Wellenteil 1 und für das innere Wellenteil 2 gewählt. Das dreieckige Querschnittsprofil hat den Vorteil, daß mit relativ einfachem Aufwand zwischen dem Innenumfang des äußeren Wellenteiles 1 und dem Außenumfang des inneren Wellenteiles 2 Raum für die Unterbringung von Wälzkörpern 3 in der Form von Rollen oder dergleichen geschaffen werden kann, der von Bahnen 7 und 8 begrenzt wird, die sich äquidistant gegenüberliegen und einerseits am Innenumfang des äußeren Wellenteiles 1 und andererseits am Außenumfang des inneren Wellenteiles 2 ausgebildet sind. Bevorzugt sind Dreiecksprofile mit gleichen Schenkelabmessungen, so daß die im Querschnitt an drei Stellen angeordneten Rollen 3 gleichmäßig belastet sind.In the drawing figures, the steering shaft consists of the outer shaft part 1 and the inner shaft part 2 , both of which are movable relative to one another in the axial direction. A triangular cross-sectional profile was also selected for the outer shaft part 1 and for the inner shaft part 2 for all exemplary embodiments. The triangular cross-sectional profile has the advantage that with relatively simple effort between the inner periphery of the outer shaft member 1 and the outer periphery of the inner shaft member 2 space for accommodating rolling elements 3 in the form of rolls or the like can be provided, the webs 7 and 8 is limited, which are equidistant from each other and are formed on the one hand on the inner circumference of the outer shaft part 1 and on the other hand on the outer circumference of the inner shaft part 2 . Triangular profiles with the same leg dimensions are preferred, so that the rollers 3 arranged in cross-section at three points are evenly loaded.

Die Fig. 1 zeigt die einfachste Form einer Aus bildung der Erfindungsmerkmale an einem handels üblichen Rohrprofil für das äußere Wellenteil 1 und einem ebenfalls handelsüblichen Stabprofil für das innere Wellenteil 2. Die Bahnen für die Abwälz bewegung der Rollen 3 während der Teleskopbewegung, bei der sich die beiden Wellenteile 1 und 2 in Längsrichtung der Lenkwelle relativ zueinander bewegen, wird unmittelbar durch die Oberfläche an der Innenseite des rohrförmigen Profils für das äußere Wellenteil 1 bzw. an dem Außenmantel des inneren Wellenteiles 2 gebildet. Die Rollen 3 werden vorteilhaft in einem im Querschnitt ebenfalls dreieckförmigen Käfig 4 gehalten und geführt, so daß die Montage der Rollen 3 erleichtert wird und die Zahl der Rollen niedrig gehalten werden kann, weil die Notwendigkeit der gegenseitigen Führung entfällt. Fig. 1 shows the simplest form of education from the features of the invention on a commercially available tubular profile for the outer shaft part 1 and a commercially available rod profile for the inner shaft part. 2 The tracks for the rolling movement of the rollers 3 during the telescopic movement, in which the two shaft parts 1 and 2 move relative to each other in the longitudinal direction of the steering shaft, is directly through the surface on the inside of the tubular profile for the outer shaft part 1 and on the Outer jacket of the inner shaft part 2 is formed. The rollers 3 are advantageously held and guided in a cage 4 , which is also triangular in cross section, so that the assembly of the rollers 3 is facilitated and the number of rollers can be kept low because the need for mutual guidance is eliminated.

Das Ausführungsbeispiel der Fig. 2 zeigt ein äußeres Wellenteil 1, bei dem an der Innenseite im Bereich der Enden der Rollen 3 vorspringende Rippen 5 ausgebildet sind, so daß sich die Rollen 3 lediglich in Endbereichen gegen Abwälzbahnen 7 abstützen, während die Abwälzbahn 8 an der Oberfläche des inneren Wellenteiles 1 gegenüber Fig. 1 unverändert ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel stützen sich die Rollen 3 lediglich mit den bei Torsionsbeanspruchung wirksamen Endbereichen der Rollen 3 gegen die Bahnen 7 am Innenumfang des äußeren Wellenteiles 1 ab, wobei zwischen den Abstützungen eine elastische Verformung des Profils des äußeren Wellenteiles 1 stattfinden kann, die die Montage des Systems unter leichter Vorspannung der Teile ermöglicht. Eine solche Ausbildung dient vor allem der angestrebten Leichtgängigkeit bei der Axialbewegung beider Wellenteile relativ zueinander.The embodiment of Fig. 2 shows an outer shaft part 1 , in which on the inside in the region of the ends of the rollers 3 projecting ribs 5 are formed, so that the rollers 3 are supported only in end regions against rolling tracks 7 , while the rolling track 8 on Surface of the inner shaft part 1 is unchanged compared to FIG. 1. In this embodiment, the rollers 3 are supported only with the end regions of the rollers 3 which are effective under torsional stress against the tracks 7 on the inner circumference of the outer shaft part 1 , an elastic deformation of the profile of the outer shaft part 1 taking place between the supports, which enables the assembly of the System under slight pre-tensioning of the parts. Such a training primarily serves the desired ease of movement in the axial movement of the two shaft parts relative to one another.

Die Beispiele in den Fig. 3 und 4 entsprechen im wesentlichen der Beschreibung zu Fig. 1. Das rohrförmige Profil für die Herstellung des äußeren Wellenteiles 1 ist jedoch vorteilhaft im Wege eines an sich bekannten Fließpreßverfahrens hergestellt, so daß im mittleren Bereich der Schenkelwandungen besonders erhabene Flächen zur Bildung der Abwälzbahnen für die Rollen 3 entstehen, in den Scheiteln jedoch ein größeres Maß an Elastizität des äußeren Wellenteils durch Wandungsreduzierungen erreicht wird. Die Fig. 3 und 4 unterscheiden sich lediglich durch die Form dieser Wandungsreduzierungen in den Scheiteln.The examples in FIGS. 3 and 4 essentially correspond to the description of FIG. 1. The tubular profile for the production of the outer shaft part 1 is, however, advantageously produced by means of an extrusion method known per se, so that particularly raised areas in the middle region of the leg walls Areas for forming the rolling tracks for the rollers 3 arise, but in the apex a greater degree of elasticity of the outer shaft part is achieved by reducing the wall. FIGS. 3 and 4 differ only in the shape of these Wandungsreduzierungen in the crests.

Die Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei der sich die in einer Ebene angeordneten Rollen 3 a der im Querschnitt innerhalb eines dreieckförmigen Käfigs 4 angeordneten Rollen gegen eine elastische Einlage 9 aus einem Gummi-Metall-Streifen abstützt, so daß bei Montage des Systems unter leichter Vorspannung eine Spielfreiheit gewährleistet ist. Solche Einlagen bestehen aus einem Blechstreifen 10 und einer elastischen Stützschicht 11 aus Gummi oder Kunststoff, die miteinander verbunden sind, wobei der Blechstreifen 10 die Abwälzbahn für die Rollen und die Schicht 11 eine elastische Abstützung für diese Abwälzbahn bilden. Fig. 5 shows an embodiment in which the rollers arranged in one plane 3 a of the rollers arranged in cross section within a triangular cage 4 are supported against an elastic insert 9 made of a rubber-metal strip, so that when the system is mounted under Slight preload a backlash is guaranteed. Such deposits are composed of a sheet metal strip 10 and a resilient support layer 11 of rubber or plastic, which are joined together, wherein the sheet metal strip 10 an elastic support 11 form the Abwälzbahn for the rollers and the layer for this Abwälzbahn.

In Abwandlung des Beispieles in Fig. 5 zeigt die Fig. 6 die Abstützung aller Rollen auf elastischen Einlagen 9 aus einem die Abwälzbahn bildenden Blechstreifen 10 und einer elastischen Stützschicht 11 auf der Rückseite des Blechstreifens 10.In a modification of the example in FIG. 5, FIG. 6 shows the support of all rollers on elastic inserts 9 from a sheet-metal strip 10 forming the rolling track and an elastic support layer 11 on the back of the sheet-metal strip 10 .

Die Fig. 7 zeigt eine der Ausbildung in Fig. 5 entsprechende Anordnung einer elastischen Einlage 9 auf dem Außenmantel des inneren Wellenteiles 2, während die Fig. 8 ein Ausführungsbeispiel analog zu Fig. 6 für eine Abstützung aller Rollen 3 auf elastischen Einlagen 9 am Außenmantel des inneren Wellenteiles 2 wiedergibt. FIG. 7 shows an arrangement of an elastic insert 9 on the outer casing of the inner shaft part 2 corresponding to the design in FIG. 5, while FIG. 8 shows an embodiment analogous to FIG. 6 for supporting all rollers 3 on elastic inserts 9 on the outer casing of the inner shaft part 2 reproduces.

Anstelle der elastischen Einlagen 9 aus einem Gummi-Metall-Streifen, wie sie zu den Fig. 5 bis 8 beschrieben wurde, zeigen die Fig. 9 bis 12 elastische Einlagen aus verformtem Stahlblech, insbesondere Federstahl, so daß auf die elastische Schicht aus Gummi oder Kunststoff verzichtet werden kann. Die Einlage besteht lediglich aus einem Blechstreifen 12 mit quer zur Längsachse der Rollen 3 verlaufenden Verformungen, so daß Materialspannungen hervorgerufen werden, die eine Verspannung des äußeren Wellenteiles 1 und des inneren Wellenteiles 2 radial zur Mitte der Lenkwelle hervorrufen. Im übrigen entspricht die Darstellung in Fig. 9 dem Beispiel in Fig. 7 und die Darstellung in Fig. 10 dem Beispiel in Fig. 8. Die Fig. 11 und 12 zeigen eine gegenüber den Fig. 9 und 10 umgekehrte Verwendung von Blechstreifen 12 aus Federstahl und mit entsprechenden Verformungen, die auf der Außenseite der Rollen 3 zwischen diesen und dem Innenumfang des äußeren Wellenteiles 1 angeordnet sind, und zwar bei dem Beispiel in Fig. 11 bei den in einer Ebene angeordneten Rollen und in Fig. 12 bei allen Rollen des Systems. Dabei ist als Besonderheit zu erwähnen, daß diese Blechstreifen 12 bei einer Anordnung entsprechend Fig. 12 auch zusammenhängend angeordnet sein können, so daß sie den Käfig 4 mit den Rollen 3 umschließen oder doch wenigstens nahezu umschließen, wie es aus der Zeichnungsfigur erkennbar ist.Instead of the elastic inserts 9 made of a rubber-metal strip, as was described for FIGS. 5 to 8, FIGS. 9 to 12 show elastic inserts made of deformed steel sheet, in particular spring steel, so that the elastic layer of rubber or Plastic can be dispensed with. The insert consists only of a sheet metal strip 12 with transverse to the longitudinal axis of the rollers 3 deformations, so that material stresses are caused which cause a tension of the outer shaft part 1 and the inner shaft part 2 radially to the center of the steering shaft. Otherwise, the representation in FIG. 9 corresponds to the example in FIG. 7 and the representation in FIG. 10 corresponds to the example in FIG. 8. FIGS. 11 and 12 show a use of sheet metal strips 12 that is reversed compared to FIGS. 9 and 10 Spring steel and with corresponding deformations, which are arranged on the outside of the rollers 3 between them and the inner circumference of the outer shaft part 1 , in the example in FIG. 11 for the rollers arranged in one plane and in FIG. 12 for all rollers of the Systems. It should be mentioned as a special feature that these sheet metal strips 12 can also be arranged contiguously in an arrangement according to FIG. 12, so that they enclose the cage 4 with the rollers 3 or at least almost enclose them, as can be seen from the drawing figure.

Claims

1. Steering shaft for motor vehicles, consisting of at least one outer shaft part and at least one inner shaft part, which telescopically interlock in the longitudinal direction and are positively connected to each other for the transmission of torque by rolling elements, the rolling elements extending in the longitudinal direction on the circumference of the shaft parts during the telescopic movement Roll the webs formed by cross-sectional profiling of the shaft parts, characterized in that rolling elements made of rollers ( 3 ) are arranged with their longitudinal axes transverse to the telescopic direction between shaft parts made of extrudable rod profiles with flat surfaces ( 7 , 8 ) which are on the outside of the inner shaft part ( 2 ) and Form equidistant paths for the rollers ( 3 ) on the inside of the outer shaft part ( 1 ).

2. Steering shaft according to claim 1, characterized in that the rollers ( 3 ) are guided and held in a manner known per se in cages ( 4 ).

3. Steering shaft according to claims 1 and 2, characterized in that the outer shaft part ( 1 ) and the inner shaft part ( 2 ) have a polygonal cross-sectional profile.

4. Steering shaft according to claim 3, characterized in that the outer shaft part ( 1 ) and the inner shaft part ( 2 ) have a triangular cross-sectional profile.

5. Steering shaft according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that the rollers ( 3 ) are supported only with end regions on mutually parallel tracks ( 7 ) on the inner circumference of the outer shaft part ( 1 ).

6. Steering shaft according to one or more of claims 1 to 5, characterized in that the tracks ( 7 , 8 ) on which the rollers ( 3 ) roll during the telescopic movement are at least partially formed from radially to the roller axis elastic inserts ( 9 ) are supported against the circumference of one of the two shaft parts ( 1 , 2 ).

7. steering shaft according to claim 6, characterized in that the inserts consist of rubber-metal strips, the metal side ( 10 ) forms the track for the rollers ( 3 ).

8. Steering shaft according to claim 6, characterized in that the inserts consist of spring steel sheet strips ( 12 ).

9. steering shaft according to one or more of claims 1 to 8, characterized in that roles with a contour deviating from the cylindrical shape Find use.