DE4102960A1

DE4102960A1 - Flexible motor vehicle drive shaft - is of helical, springy material with sinusoidal coils having supporting smooth flanks

Info

Publication number: DE4102960A1
Application number: DE4102960A
Authority: DE
Inventors: Helmut Krueger
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: KROEGER, HELMUT, 38442 WOLFSBURG, DE
Priority date: 1990-02-13
Filing date: 1991-02-01
Publication date: 1991-08-14
Anticipated expiration: 2011-02-02
Also published as: DE4102960C2

Abstract

The flexible shaft made of helical, springy material (4) with a circular or polygonal, especially rectangular, C-shaped or hollow cross-section has coils (1,2,3) connected along lines on the outer surface. The connections are formed of identical, interlocking sinusoidal bends pointing the same way. Adjacent bends have straight flanks supporting each other in a peripheral direction. The sides of the flanks (12) are smooth, supporting each other. USE/ADVNATAGE - Even though the shaft is not straight, rotary movements and torsional stresses are transmitted.

Description

Die Erfindung betrifft eine flexible Welle gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine Welle dieses Aufbaus ist aus der DE-OS 21 50 061 als Lenkwelle für ein Kraftfahrzeug in der Weise bekannt, daß Bandmaterial unter Wahrung von Abständen zwischen den einzelnen Windungen schraubenlinienförmig gewickelt ist und die Windungen über längs Mantellinien verlaufende Stege fest miteinander verbunden sind. Dadurch entsteht eine Sicher heitslenkwelle, die einerseits stauchbar ist, andererseits infolge der beschriebenen festen Verbindungen Lenkbefehle weit gehend winkeltreu vom Lenkrad zum Lenkgetriebe überträgt.The invention relates to a flexible shaft according to the preamble of claim 1. A wave of this structure is from the DE-OS 21 50 061 as a steering shaft for a motor vehicle in the Way known that tape material while maintaining distances wound helically between the individual turns and the windings over webs running along surface lines are firmly connected. This creates a certainty steering shaft that is compressible on the one hand and on the other steering commands far as a result of the fixed connections described transmits from the steering wheel to the steering gear.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine flexible Welle mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 zu schaffen, die auch bei nichtlinearem Verlauf ihrer Achse, wie er beispielsweise durch Einbauschwierigkeiten gegeben sein kann, bei einfachem Aufbau eine winkeltreue Übertragung von Drehbewegungen sicherstellt.The invention has for its object a flexible shaft with the features of the preamble of claim 1 create, even with a non-linear course of their axis, such as it may be due to installation difficulties, for example can, with a simple structure, an angular transmission of Ensures rotational movements.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kenn zeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1, vorteilhafte Ausbil dungen der Erfindung beschreiben die Unteransprüche. The inventive solution to this problem consists in the characterizing features of claim 1, advantageous training The invention describes the subclaims.

Im Prinzip stellt die erfindungsgemäße Welle also eine eine Vielzahl von in dauernder Berührung stehenden Windungen besit zende Zugfeder dar, wobei die Windungen ineinandergreifende Ausbiegungen besitzen, die durch gegenseitige Abstützung von geradlinig verlaufenden Ausbiegungsflanken die erwähnten Verbin dungen zur Erzeugung der erforderlichen Torsionsbeanspruchbarkeit der Welle schaffen.In principle, the shaft according to the invention therefore represents a one Variety of coils in constant contact zende tension spring, the interlocking turns Bends have by mutual support of rectilinear bending flanks the mentioned verbin to generate the necessary torsional strength create the wave.

Zwar ist aus der DE-PS 23 46 550 eine Konstruktion bekannt, die ebenfalls aus schraubenlinienartig gewickeltem Material besteht, das mit ineinandergreifenden angeformten Zähnen versehen ist, aber dabei handelt es sich um eine biegsame Schnecke für ein Schneckengetriebe. 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.Although a construction is known from DE-PS 23 46 550, which is also made of helically wound material exists, which is provided with interlocking molded teeth is, but it is a flexible screw for a worm gear. In deviation from such a snail, which are essentially parallel as a rotating thread to their axial direction is subjected to train and pressure the invention representing a real wave a component that is subjected to torsion.

Bei der erfindungsgemäßen Welle werden also insbesondere in Umfangsrichtung wirkende Kräfte über die geradlinigen Flanken schlupffrei zwischen aneinander anliegenden Windungen übertragen. Je nach Festlegung des Querschnittsprofils des Materials, der achsparallelen Erstreckung der Ausbiegungen, der Zahl der Ausbie gungen je Windung, also über den Umfang betrachtet, und dem Schlankheitsgrad der Welle, also dem Verhältnis ihrer Quer schnittsabmessungen zu ihrer Länge, kann die Torsions- bzw. Längssteifigkeit der Welle den individuellen Anforderungen angepaßt werden. So sind, je nach den Anforderungen bezüglich des zu übertragenden Drehmoments, runde bis quadratische Mate rialquerschnitte geeignet. Im Prinzip sind aber auch Hohlquer schnitte und C-ähnliche Querschnitte für das die Windungen bildende Material möglich. Auch hinsichtlich der Querschnittsform der Welle als solcher sind unterschiedliche Lösungen möglich; so kann der Wickeldorn einen runden Querschnitt oder einen Vieleckquerschnitt aufweisen.In the shaft according to the invention, therefore, in particular Forces acting circumferentially on the straight flanks transfer slip-free between adjacent turns. Depending on the definition of the cross-sectional profile of the material, the axially parallel extension of the bends, the number of bends conditions per turn, i.e. viewed over the circumference, and the Degree of slenderness of the wave, i.e. the ratio of its cross cut dimensions to their length, the torsion or Longitudinal rigidity of the shaft to meet individual requirements be adjusted. So, depending on the requirements regarding of the torque to be transmitted, round to square mate rial cross sections suitable. In principle, however, are also hollow cross cuts and C-like cross sections for the the turns educational material possible. Also with regard to the cross-sectional shape Different solutions are possible for the wave as such; the winding mandrel can have a round cross section or one Have polygonal cross-section.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert, die perspektivisch drei Windungen der Welle zeigt.An embodiment of the invention is described below the drawing explains the perspective three turns the wave shows.

Die Windungen sind mit 1, 2 und 3 bezeichnet. Wie unmittelbar aus der Figur ersichtlich, besitzt jede Windung drei über ihren Umfang gleichmäßig verteilte, durch Indizes gekennzeichnete Ausbiegungen, die sich jeweils über Mantellinienbereiche erstrek ken und derart ineinandergreifen, daß sich unter der Wirkung der Elastizität des Drahtmaterials 4 einander benachbarte Flanken der etwa sinusartigen Ausbiegungen in Umfangsrichtung aneinander abstützen. Bezeichnet ist dies nur bezüglich der Ausbiegungen 1′′, 2′′ und 3′′. Man erkennt, daß die im wesentlichen linear verlaufen den Flanken 5, 6 der sinusartigen Ausbiegung 1′′, die entsprechend geformten Flanken 7 und 8 der Ausbiegung 2′′ sowie schließlich die ebenfalls linear verlaufenden Flanken 9 und 10 der Ausbie gung 3′′ unter Bildung einer torsionsfesten Verbindung aufeinan derliegen; das Entsprechende gilt verständlicherweise für die weiteren, nicht dargestellten Windungen der Welle. Infolge Fehlens fester formschlüssiger Verbindungen und ihren Ersatz durch ineinandergreifende Ausbiegungen aus Federmaterial ist die geforderte Biegsamkeit der Welle in Querrichtungen gewährlei stet.The turns are designated 1, 2 and 3 . As can be seen directly from the figure, each turn has three bends evenly distributed over its circumference, characterized by indices, which each extend over generatrices and mesh with one another in such a way that, under the effect of the elasticity of the wire material 4, adjacent flanks of the approximately sinusoidal bends Support each other in the circumferential direction. This is referred only to the deflections 1 '', 2 '' and 3 ''. It can be seen that the substantially linear edges 5 , 6 of the sinusoidal bend 1 '', the correspondingly shaped edges 7 and 8 of the bend 2 '' and finally the likewise linear edges 9 and 10 of the bend 3 '' under Formation of a torsion-resistant connection on one another; the corresponding understandably applies to the other turns of the shaft, not shown. As a result of the lack of firm, form-fitting connections and their replacement by interlocking bends made of spring material, the required flexibility of the shaft in the transverse directions is guaranteed.

Wie bei 12 angedeutet, kann das Material 4 im Bereich dieser Berührungsstellen abgeflacht sein, so daß sich Flächenberührungen zwischen den Ausbiegungen einander benachbarter Windungen erge ben. Dementsprechend kann also das Material 4 von vornherein einen nichtrunden Querschnitt besitzen; grundsätzlich ist es auch möglich, ein Hohlmaterial zu verwenden.As indicated at 12 , the material 4 can be flattened in the area of these contact points, so that surface contact between the bends of mutually adjacent turns results. Accordingly, the material 4 can have a non-circular cross-section from the start; in principle it is also possible to use a hollow material.

Ein weiterer Gestaltungsparameter zur Berücksichtigung der individuellen Gegebenheiten des jeweiligen Einsatzfalls ist die Querschnittsform der Welle in ihrer Gesamtheit. Auch hier kann eine kreisrunde oder mehreckige Form Einsatz finden. Another design parameter to take into account the individual circumstances of the respective application the cross-sectional shape of the shaft in its entirety. Here too a circular or polygonal shape can be used.

Wie auch diese Beschreibung eines Ausführungsbeispiels erkennen läßt, ist mit der Erfindung eine gattungsgemäße flexible Welle geschaffen, die beispielsweise eine übliche Lenkungsgelenkwelle ersetzen kann, dann ein günstiges Crashverhalten besitzt, im übrigen aber Vorteile hinsichtlich der freien Gestaltung der Verbindungswege zwischen den Anschlüssen der Welle, hinsichtlich der Gewichtsersparnis, einer geringen Materialvielfalt sowie hinsichtlich schwingungsdämpfender Eigenschaften besitzt.As can also be seen from this description of an exemplary embodiment can, is a generic flexible shaft with the invention created, for example, a conventional steering cardan shaft can replace, then has a favorable crash behavior, in but other advantages with regard to the free design of the Connection paths between the connections of the shaft, with regard to the weight saving, a small variety of materials as well with regard to vibration damping properties.

Claims

1. Flexible shaft made of helically wound material, the windings of which are connected to transmit torsional stresses of the shaft along surface lines, characterized in that each of the connections has the same, interlocking, rectilinear sinusoidal bends running along the surface lines ( 1 ′, 1 ′ ′, 1 ′ ''; 2 ', 2 '', 2 '''; 3 ', 3 '', 3 ''') of the spring material ( 4 ) are formed and mutually adjacent bends with essentially linear flanks ( 5 , 7 ; 6 , 8 ; 7 , 9 ; 8 , 10 ) support each other in the circumferential direction.

2. Shaft according to claim 1, characterized in that the flanks are supported on one another with flat surfaces ( 12 ).

3. Shaft according to claim 1 or 2, characterized in that the material ( 4 ) has a substantially round cross section.

4. Shaft according to one of claims 1 to 3, characterized in that the material ( 4 ) has a polygonal, in particular square, cross-section.

5. Shaft according to one of claims 1 to 4, characterized in that the material ( 4 ) has a hollow cross section.

6. Shaft according to one of claims 1 to 4, characterized in that the material ( 4 ) has a C-like cross section.

7. Shaft according to one of claims 1 to 6, characterized in net that the shaft has a round cross section.

8. Shaft according to one of claims 1 to 6, characterized net that the shaft has a polygonal cross section.