DE4002449A1

DE4002449A1 - Elastically flexible but torsionally rigid drive shaft - is formed from helical coils with intermeshing teeth

Info

Publication number: DE4002449A1
Application number: DE4002449A
Authority: DE
Inventors: Helmut Krueger; Peter Ing Grad Muenkner
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1989-02-07
Filing date: 1990-01-27
Publication date: 1990-08-09

Abstract

The flexible shaft can be used for connecting the steering wheel of a motor vehicle to the steering mechanism. It is made from a rod of special cross-section wound to form helical coils. The cross-section consists of a basic rectangle with a rib projecting from the middle of each long side. - Teeth of trapezoidal cross-section are cut in the ribs so that when the rod is wound to form the helical coils the teeth of adjacent coils intermesh. This form of construction produces an elastically flexible shaft which is torsionally rigid.

Description

Die Erfindung betrifft eine flexible Welle gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Betrachtet man den bevorzugten Einsatzfall der Erfindung, also als ein Lenkhandrad und ein Lenkgetriebe drehfest verbindende Lenkwelle, so werden in der Literatur außer kabelartigen flexiblen Lenkwellen, die Schwierigkeiten hinsichtlich der Sicherstellung der winkelgetreuen Übertragung von Lenkbefehlen machen, auch durch Wickelvorgänge hergestellte Lenkwellen angegeben (US-PS 46 34 399, B 62 D 1/18), die aus fiberver stärktem Kunststoffmaterial so gewickelt sind, daß sich Kreuzungsstellen zwischen den Wicklungen ergeben, wo diese miteinander verbunden sind. Der Nachteil derartiger Lenk wellen besteht darin, daß sie bei Einsatz zwischen Anschlüssen, deren Achsen nicht fluchten, bei der Übertragung jedes Lenkbefehls eine Materialverformung erleiden, die einerseits einen bestimmten Kraftaufwand seitens des Fahrers erfordert und anderer seits im Laufe der Zeit zu einer Materialermüdung führt.The invention relates to a flexible shaft according to the preamble of the claim 1. Consider the preferred application of the invention, that is, as a steering handwheel and a steering gear rotatably connecting steering shaft, so in the literature cable-like flexible steering shafts, the difficulty in ensuring the precise transmission of steering commands, also through winding processes manufactured steering shafts specified (US-PS 46 34 399, B 62 D 1/18), the fiberver reinforced plastic material are wound so that intersections between the Windings show where they are connected. The disadvantage of such steering Waves is that when used between connections, their axes are not aligned, undergo material deformation when each steering command is transmitted on the one hand requires a certain amount of effort on the part of the driver and on the other partly leads to material fatigue over time.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße flexible Welle zu schaf fen, die einerseits alle an eine Welle zu stellenden Anforderungen erfüllt, also insbeson dere eingeleitete Drehmomente winkelgetreu überträgt, und andererseits eine hohe Biegsamkeit bei minimaler Materialbeanspruchung sicherstellt.The invention has for its object to provide a generic flexible shaft fen, which on the one hand meets all the requirements to be placed on a shaft, in particular the torque applied is transmitted at the correct angle, and on the other hand high Ensures flexibility with minimal material stress.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkma len des Hauptanspruchs, vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung beschreiben die Un teransprüche.The solution to this problem according to the invention consists in the characteristic features len of the main claim, advantageous embodiments of the invention describe the Un claims.

Die Erfindung greift auf eine im Prinzip beispielsweise aus der DE-PS 23 46 550, F 16 H 55/02 bekannte Konstruktion zurück, die aber dort zu einem ganz an deren Zweck, nämlich zur Gewinnung einer biegsamen Schnecke für ein Schneckenge triebe, Einsatz findet. In Abweichung von einer derartigen Schnecke, die gleichsam als rotierendes Gewinde im wesentlichen parallel zu ihrer Achsrichtung auf Zug und Druck beansprucht wird, handelt es sich bei der eine echte Welle darstellenden Erfindung um ein Bauteil, das auf Torsion beansprucht ist.The invention makes use of a principle, for example from DE-PS 23 46 550, F 16 H 55/02 known construction back, but there to a whole their purpose, namely to obtain a flexible screw for a screw cone drives, used. In deviation from such a snail, as it were rotating thread essentially parallel to their axial direction under tension and compression is claimed, the invention representing a true wave is a component that is subjected to torsion.

lnfolge des in Achsrichtung nachgiebigen torsionsfesten Eingriffs zwischen einander be nachbarten Windungen der erfindungsgemäßen flexiblen Welle, gegeben durch die ineinan dergreifenden Verzahnungen, sind die zur Gewährleistung der Biegsamkeit erforderlichen einseitigen Längungen der Welle bei minimaler innerer Beanspruchung des Wendelmate rials möglich.As a result of the flexible torsional engagement between them in the axial direction neighboring turns of the flexible shaft according to the invention, given by the one another overlapping gears are those necessary to ensure flexibility one-sided elongations of the shaft with minimal internal stress on the spiral mat rials possible.

Wie sich gezeigt hat, bietet die erfindungsgemäße Welle auch hinsichtlich der Verringe rung der Geräusch- bzw. Schwingungsübertragung, das heißt hinsichtlich eines gerade in Kraftfahrzeugen auftretenden Problems, Vorteile. Die Welle zeigt bei ihrem Einsatz als Lenkwelle auch ein günstiges Crashverhalten, da sie Bewegungen der Lenkradnabe in Richtung auf den Fahrer bei einem Aufprall des Fahrzeugs auf ein Hindernis praktisch ausschließt.As has been shown, the shaft according to the invention also offers the ring tion of noise or vibration transmission, that is, with regard to a straight in Motor vehicle problem, advantages. The wave shows when used as Steering shaft also has a favorable crash behavior, since it moves the steering wheel hub in Practical direction towards the driver when the vehicle collides with an obstacle excludes.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläu tert, deren Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Welle und deren Fig. 2 einen Quer schnitt entsprechend II-II in Fig. 1 durch die Welle einschließlich drehfester Einspan nung wiedergibt.An embodiment of the invention is tert below with reference to the drawing, Fig. 1 shows a longitudinal section through the shaft and Fig. 2 shows a cross section corresponding to II-II in Fig. 1 by the shaft including non-rotatable clamping voltage.

Betrachtet man zunächst Fig. 1, so ist die eigentliche Welle aus einem Strangmaterial 1, beispielsweise aus Metall, zu auf einanderfolgenden Windungen gewickelt, von denen in Fig. 1 nur die mit 2 bis 6 bezeichneten dargestellt sind. Die Anzahl der Windungen spielt verständlicherweise keine Rolle im Rahmen der Erfindung. Auf ihren einander zu gekehrten Seiten tragen sie in fortlaufender Folge ineinandergreifende Zähne, von de nen in Fig. 1 nur die Zähne 4′ und 5′ sowie 5′′ und 6′ der Windungen 4, 5 und 6 beson ders herausgezeichnet sind und die steile Zahnflanken besitzen. Wie ersichtlich, greifen die Zähne verschiedener Windungen hinterschnittfrei ineinander, so daß bei einer Bie gung der Wendel 1 beispielsweise um einen unterhalb derselben liegenden Krümmungs mittelpunkt sich die Abstände zwischen benachbarten Windungen im oberen Bereich der Wendel 1 leicht durch elastische Verformung des Materials im unteren Bereich der Wen del vergrößern können; die umgekehrten Verhältnisse ergeben sich bei Biegung der Wen del um einen oberhalb derselben liegenden Krümmungsmittelpunkt. Dabei ist infolge des dauernden formschlüssigen Eingriffs zumindest eines großen Teils der verschiedenen Win dungen angehörenden Zähne eine spielfreie Drehmomentübertragung sichergestellt.Referring first to Fig. 1, so is the actual shaft of a strand material 1, for example made of metal, wound into successive turns, of which in Fig. 1 only are shown having 2 to 6 designated. The number of turns understandably plays no role in the context of the invention. On their sides facing each other, they bear in continuous succession interlocking teeth, de de in Fig. 1 only the teeth 4 'and 5 ' and 5 '' and 6 'of the turns 4 , 5 and 6 are particularly marked and the steep Have tooth flanks. As can be seen, the teeth of different turns engage in each other without an undercut, so that when the coil 1 is bent, for example around a center of curvature below it, the distances between adjacent turns in the upper area of the coil 1 are easily caused by elastic deformation of the material in the lower area Wen del can enlarge; the reverse situation arises when the Wen del bends around a center of curvature lying above it. As a result of the permanent positive engagement of at least a large part of the teeth belonging to the various Win applications, a backlash-free torque transmission is ensured.

Betrachtet man den Aufbau der Wendel 1 weiter, so enthält sie in diesem Ausführungs beispiel sowohl einen umlaufenden, radial nach außen weisenden leistenartigen Fortsatz 7 als auch einen entsprechenden nach innen weisenden Fortsatz 8. Infolge des Umlaufs dieses Fortsatzes zumindest über die einen Endbereich der Welle bildenden Windungen weist demgemäß die Wendel 1 sowohl ein Außengewinde als auch ein lnnengewinde auf. Die Bedeutung dieser Gewinde wird anhand Fig. 2 klar:If you consider the structure of the helix 1 further, it contains in this embodiment, for example, both a circumferential, radially outwardly pointing strip-like extension 7 and a corresponding inwardly pointing extension 8 . As a result of the circulation of this extension, at least over the windings forming an end region of the shaft, the helix 1 accordingly has both an external thread and an internal thread. The meaning of these threads is clear from Fig. 2:

Aus Fig. 2 ist zunächst nochmals deutlich der formschlüssige Eingriff der Zähne 5′′ und 6′ der Windungen 5 und 6 ersichtlich. Man erkennt ferner den Auslaufbereich der leisten artigen Fortsätze 7 und 8 und damit die durch diese gebildeten Gewinde der Wendel 1. In die Wendel ist die einen Bestandteil einer Einspannung bildende Hülse 9 eingeschraubt, die mit einer Verzahnung 10 zur drehfesten Verbindung mit der starren Anschlußwelle 11 versehen ist. Andererseits ist auf das Außengewinde 7 der Wendel 1 die mit einem Innen gewinde versehene Außenhülse 12 aufgeschraubt, die auf ihrem äußeren Umfang die Ver zahnung 13 zur drehfesten Verbindung mit der schellenartigen Spannvorrichtung 14 ver sehen ist; durch die Augen 15 derselben wird in üblicher Weise ein Gewindebolzen ge steckt, mit dem das Teil 14 zusammengespannt wird, so daß es zusammen mit der von innen her durch die Welle 11 abgestützten Innenhülse 9 eine Einspannung bildet.From Fig. 2, the positive engagement of the teeth 5 '' and 6 'of the turns 5 and 6 is clearly evident again. One can also see the outlet area of the strip-like extensions 7 and 8 and thus the thread of the coil 1 formed by this. The sleeve 9 , which forms part of a clamping, is screwed into the helix and is provided with teeth 10 for the rotationally fixed connection to the rigid connecting shaft 11 . On the other hand, on the external thread 7 of the helix 1 is screwed with an internally threaded outer sleeve 12 , the toothing 13 on its outer circumference for ver non-rotatable connection with the clamp-like tensioning device 14 is seen ver; through the eyes 15 of the same, a threaded bolt is inserted in the usual way, with which the part 14 is clamped together, so that it forms a clamping together with the inner sleeve 9 supported from the inside by the shaft 11 .

Mit der Erfindung ist demgemäß eine gattungsgemäße flexible Welle geschaffen, die bei einfachem Aufbau eine hohe Flexibilität praktisch ohne Materialbeanspruchung sicher stellt, und die eine winkelgetreue Drehmomentübertragung gewährleistet.With the invention, a generic flexible shaft is accordingly created, which at simple construction high flexibility practically without material stress provides, and which ensures an accurate torque transmission.

Claims

1. Flexible shaft in the manner of a steering shaft for a motor vehicle, characterized in that the shaft contains a helix ( 1 ), the successive Win applications ( 2 , 3 , 4 , 5 , 6 ) with projections ( 4 , 5 '; 5th '', 6 ') interlocking to achieve the torsional stiffness and which is provided on at least one of its ends with a rotationally fixed clamping ( 9 , 12 ).

2. Shaft according to claim 1, characterized in that the helix ( 1 ) for Einspan voltage at least on windings lying in an end region ( 2 , 3 , 4 , 5 , 6 ) at least one forming a thread, radially outwards and / or has interior-like ledge-like extension ( 7 , 8 ).

3. Shaft according to claim 2, characterized in that the clamping contains at least one with the thread of the helix ( 1 ) cooperating threaded sleeve ( 9 ).

4. Shaft according to claim 3, characterized in that the threaded sleeve ( 9 ) cooperates with an internal thread of the helix ( 1 ) and carries on its inner circumference a toothing ( 10 ) for the rotationally fixed connection of a further component ( 11 ).

5. Shaft according to claim 4, characterized in that the helix ( 1 ) each has at least one radially inward and a radially outward-pointing thread-forming strip-like extension ( 7 , 8 ) and the clamping over the inside of the helix ( 1 ) arranged threaded sleeve ( 9 ) contains a further threaded sleeve ( 12 ) which interacts with the external thread of the helix ( 1 ).

6. Shaft according to claim 5, characterized in that the further threaded sleeve ( 12 ) carries on its outer circumference a toothing ( 13 ) for the rotationally fixed connection of a further component ( 14 ).