DE60033174T2

DE60033174T2 - Energieaufnehmende lenkeinrichtung, und verfahren und vorrichtung zum zusammenbauen der lenkeinrichtung

Info

Publication number: DE60033174T2
Application number: DE60033174T
Authority: DE
Inventors: Shigemi Toyota Jidosha Kabushiki Kai SHIOYA; Sadato Toyota Jidosha Kabushiki Kais KITA; Takashi Toyota Jidosha Kabushiki Kai SHIMADA; Seiji Toyota Jidosha Kabushiki Kaish SANO
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1999-08-26
Filing date: 2000-07-28
Publication date: 2007-11-15
Anticipated expiration: 2020-07-29
Also published as: CN1144711C; EP1234745A1; JP3820987B2; EP1234745A4; DE60033174D1; US6840128B1; KR20020026376A; KR100505544B1; WO2001015958A1; WO2001015957A1; CN1376125A; EP1234745B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur einfachen Herstellung von Lenkvorrichtungen, die gleichmäßige Energieabsorptionseigenschaften haben. Hierbei bedeutet „gleichmäßig", dass Variationen (der Energieabsorptionseigenschaften) von Produkt zu Produkt gering sind.
Beschreibung der verwandten Technik
Bekannte Lenkvorrichtungen vom Energie absorbierenden Typ schließen ein zylindrisches Lenkrohr (häufig als Säule bezeichnet) ein, das eine Lenkwelle umgibt. Das Lenkrohr wird dadurch gebildet, dass ein Innenrohr in ein Außenrohr eingepasst wird. Falls Energie an die Lenkwelle angelegt wird, werden die Rohre tiefer ineinander gepasst, um die Energie zu absorbieren. Eine andere bekannte Lenkvorrichtung vom Energie absorbierenden Typ schließt eine Lenkwelle ein. Die Lenkwelle wird dadurch gebildet, dass eine Innenwelle in eine Außenwelle eingepasst wird. Die Wellen werden tiefer ineinander gepasst, wenn Energie absorbiert wird. In einer weiteren bekannten Lenkvorrichtung vom Energie absorbierenden Typ ist ein Lenkrohr so an einer Fahrzeugkarosserie befestigt, dass es axial verlagerbar ist. Als Antwort auf die Einwirkung von Energie auf die Lenkwelle wird das Lenkrohr relativ zur Fahrzeugkarosserie verlagert, um die Energie zu absorbieren.
Alle oben beschriebenen Lenkvorrichtungen vom Energie absorbierenden Typ absorbieren Energie, die an die Lenkwelle angelegt wird, indem sie zulassen, dass das innere Wellenelement, das in das äußere zylindrische Element eingepasst ist, relativ zum äußeren zylindrischen Element axial verlagert wird.
Bei einem Lenkrohr, das aus einem Innenrohr und einem Außenrohr gebildet wird, dient das Außenrohr als äußeres zylindrisches Element und das Innenrohr dient als inneres Wellenelement. Bei einer Lenkwelle, die aus einer Innenwelle und einer Außenwelle gebildet ist, dient die Außenwelle als äußeres zylindrisches Element und die Innenwelle dient als inneres Wellenelement. In einer Struktur, bei der ein verlagerbares Lenkrohr an einer Fahrzeugkarosserie angebracht ist, dient ein äußeres zylindrisches Element, das an einer Konsole gesichert ist, die an der Fahrzeugkarosserie befestigt ist, als äußeres zylindrisches Element. In diesem Fall dient das Lenkrohr als inneres Wellenelement.
Während der Herstellung dieser Lenkvorrichtungen vom Energie absorbierenden Typ müssen Variationen der Energieabsorptionseigenschaften von Produkt zu Produkt innerhalb der gleichen Partie sehr gering sein.
Die japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. 56-8755 und die japanische Gebrauchsmuster-Offenlegungsschrift Nr. 56-6669 offenbaren Verfahren, die dem oben beschriebenen Bedarf begegnen. Diese Dokumente beschreiben eine Energie absorbierende Lenkvorrichtung, bei der eine Innenwelle in eine Außenwelle gepresst wird und ein feines Element, wie eine Klaviersaite, zwischen die Wellen eingebracht wird, wodurch Variationen der Energieabsorptionseigenschaften von Produkt zu Produkt minimiert werden.
Bei einer Lenkwelle sollte die Starrheit bzw. Festigkeit der äußeren und inneren Wellen in axialer Richtung nicht zu hoch sein, um die benötigte Energieabsorptionsleistung zu liefern; ihre Starrheit sollte in Drehrichtung jedoch ausreichend hoch sein, um zu verhindern, dass sich die Wellen relativ zueinander drehen. Um diese Forderungen zu erfüllen, stellen die Lenkvorrichtungen des oben genannten Standes der Technik eine zufrieden stellende Drehmomentübertragung dadurch sicher, dass eine innere Welle mit einem ovalen Querschnitt in eine äußere Welle mit einer inneren Form, deren Querschnitt der Form der inneren Welle ähnelt, gepresst wird. Bei diesen Lenkvorrichtungen des Standes der Technik wird eine einzelne Klaviersaite zwischen den Wellen angeordnet, um zu verhindern, dass sich die axiale Starrheit von Produkt zu Produkt unterscheidet.
Bei den Lenkvorrichtungen des oben beschriebenen Standes der Technik stellt der ovale Querschnitt der Welle die Übertragung des erforderlichen Drehmoments sicher. Jedoch berühren sich die innere Welle und die äußere Welle an zumindest einem Punkt im Querschnitt. Daher wird die Energieabsorptionsleistung direkt durch Unterschiede in der Oberflächenbeschaffenheit der Außenfläche der inneren Welle und der Innenfläche der äußeren Welle und durch Maßabweichungen dieser Komponenten beeinflusst. Somit wird die Verwirklichung einer gleichmäßigen Energieabsorptionsleistung behindert.
Ein Lenkrohr, das aus einem inneren Rohr und einem äußeren Rohr besteht, weist das gleiche Problem auf. Unterschiede in der Oberflächenbeschaffenheit der Außenfläche des inneren Rohrs und der Innenfläche des äußeren Rohrs und Maßabweichungen dieser Komponenten bewirken direkt Variationen der Energieabsorptionsleistung und behindern eine gleichmäßige Energieabsorptionsleistung.
In einer Struktur, bei der ein verlagerbares Lenkrohr an einer Fahrzeugkarosserie angebracht ist, führt ein direkter Kontakt eines äußeren zylindrischen Elements, das über eine Konsole an der Fahrzeugkarosserie befestigt ist, und des Lenkrohrs zu großen Variationen der Energieabsorptionsleistung. Um eine gleichmäßige Energieabsorptionsleistung zu erreichen, wird, wie in der japanischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. 8-20348 gezeigt, ein zylindrischer Abstandhalter, der aus starrem Kunstharz besteht, zwischen das Lenkrohr und das äußere zylindrische Element eingebracht. Somit muss ein spezieller Abstandhalter bereitgestellt werden, um eine gleichmäßige Leistung zu ermöglichen.
DE 40 17 995 offenbart ein Lenksäulenrohr für ein Motorfahrzeug, das Energie absorbierende Platten zwischen einem ersten Endteil und einem ersten Säulenrohrelement aufweist und ein zweites Endteil für ein zweites Säulenrohrelement aufweist. In jeder der Energie absorbierenden Platten ist ein Knickeinstellungsteil an einem Teil des In nenseitenstücks einer Energie absorbierenden Platte vorgesehen, um sich in Richtung auf ein Außenseitenstück der Energie absorbierenden Platte zu wölben. Die Energie absorbierenden Platten werden im Falle eines Stoßes auf sich selbst zurück gebogen. DE 40 17 995 wird verwendet, um die Präambel von Anspruch 1 der vorliegenden Erfindung zu bilden.
FR 1597341 offenbart eine Lenksäulenvorrichtung, die eine Energie absorbierende Funktion ebenso wie eine Höheneinstellungsfunktion des Lenkrads liefert. Die innere Lenkwelle und das äußere Lenkrohr sind mittels Verbindungsstäben aneinander befestigt. Vier kurze Aussparungen mit Halbzylinderform sind am Außenumfang der inneren Lenkwelle ausgebildet. Am Innenumfang des äußeren Lenkrohrs ist eine Nut ausgebildet, in die die anderen Hälften der Verbindungsstäbe so eingepasst werden, dass keine relative Bewegung gegenüber der Welle möglich ist, wenn ein U-förmiges Klemmelement gespannt wird. Das Klemmelement hält die innere Lenkwelle und das äußere Lenkrohr und wird mittels einer Mutter und eines Bolzens gespannt. Wenn es ungespannt ist, ermöglicht eine Lücke, die entlang des äußeren Lenkrohrs verläuft, dass die innere Lenkwelle sich bewegt, um die Höhe des Lenkrads einzustellen.
GB 1156423 offenbart eine kollabierbare äußere Lenksäule für Fahrzeuge, die zwei koaxiale Metallrohrstücke mit unterschiedlichen Durchmessern aufweist, die auf solche Weise miteinander verbunden sind, dass, wenn eine übermäßige axiale Kompressionskraft ausgeübt wird, das Material der Wand eines der oder beider Rohrstücke, bei dem es sich um formbares Metall handelt, auf die Weise einer Rollmembran auf sich selbst zurückrollt und die resultierende Verformung des Metalls die Energie des Stoßes absorbiert.
Somit ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Verfahren zu verwirklichen, die die Wirkung der unterschiedlichen Maßabweichungen von Komponenten und der Variationen von deren Oberflächenbeschaffenheit auf die Energieabsorptionsleistung im Vergleich zu Verfahren des Standes der Technik deutlich verringern, und insbesondere Verfahren zu verwirklichen, um die Energieabsorptionsleistung jedes Produkts auf ein konstantes Niveau einzustellen, auch wenn die Maßabweichungen der Komponenten und die Variationen ihrer Oberflächenbeschaffenheiten sich von Produkt zu Produkt unterscheiden. Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung solcher Strukturen zu relativ niedrigen Kosten.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Lenkvorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung vom Energie absorbierenden Typ sind dadurch gekennzeichnet, dass ein inneres Wellenelement in einem äußeren zylindrischen Element in Presssitz gebracht wird, wobei das innere Wellenelement eine kreisförmige äußere Querschnittsform aufweist und das äußere zylindrische Element eine kreisförmige innere Querschnittsform aufweist, deren Durchmesser größer ist als die des inneren Wellenelements; und eine Vielzahl von feinen Elementen zwischen der kreisförmigen äußeren Querschnittsform und der kreisförmigen inneren Querschnittsform angeordnet sind, so dass die feinen Elemente entlang einer geraden Linie in axialer Richtung des Elements verlaufen, ohne gebogen zu werden.
Gemäß der obigen Beschreibung bedeutet das Pressen des inneren Wellenelements in das äußere Wellenelement auch ein Pressen des äußeren Wellenelements um das innere Wellenelement. Beide Pressvorgänge sind gleichbedeutend und führen zum selben Ergebnis.
In den Lenkvorrichtungen der vorliegenden Erfindung ist eine Vielzahl von feinen Elementen zwischen dem inneren Wellenelement und dem äußeren zylindrischen Element angeordnet, und daher haben die Maßabweichungen des inneren Wellenelements und des äußeren zylindrischen Elements und die Variationen der Oberflächenbeschaffenheit der jeweiligen Elemente eine nur geringe Wirkung auf die Energieabsorptionsleistung und somit wird eine robuste Technik erreicht.
Durch Versuche haben die Erfinder bestätigt, dass durch Einbringen einer Vielzahl von feinen Elementen zwischen das innere Wellenelement und das äußere zylindrische Element, die beide kreisförmige Querschnitte aufweisen und sich somit leicht relativ zueinander drehen können, das innere Wellenelement in Drehrichtung fest in dem äußeren zylindrischen Element in Presssitz gebracht und in axialer Richtung weniger starr in Presssitz gebracht werden kann, so dass eine angemessene Energieabsorptionsleistung sichergestellt ist. Ein einziges feines Element, das zwischen dem Wellenelement und dem zylindrischen Element angeordnet wird, liefert nicht die gleichen Ergebnisse wie eine Vielzahl von feinen Elementen. Das heißt, dadurch dass das innere Wellenelement mit dem kreisförmigen Querschnitt in das äußere zylindrische Element mit dem kreisförmigen Querschnitt gepresst wird und ein einziges feines Element dazwischen eingebracht ist und wobei eine angemessene Starrheit in axialer Richtung beibehalten wird, wird die Starrheit in Drehrichtung vermindert. Somit wird keine ausreichende Drehmomentübertragung bereitgestellt. Um dieses Problem zu überwinden, nutzen Zylinder und Wellen des Standes der Technik eine ovale Querschnittsform, wie in der japanischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. 56-8755 und in der japanischen Gebrauchsmuster-Offenlegungsschrift Nr. 56-6669 gezeigt.
Lenkvorrichtungen vom Energie absorbierenden Typ gemäß der vorliegenden Erfindung liefern eine Energieabsorptionsleistung, die von Vorrichtung zu Vorrichtung nicht variiert. Außerdem werden das innere Wellenelement und das äußere zylindrische Element jeder Lenkvorrichtung in Drehrichtung starr und in axialer Richtung in geeignetem Umfang weniger starr ineinander gepasst. Ferner wird die Lenkvorrichtung aus Elementen mit kreisförmigem Querschnitt und feinen Elementen zu relativ geringen Kosten gefertigt.
Wenn die vorliegende Erfindung auf eine Lenkwelle angewendet wird, kann eine innere Welle auf solche Weise in einer äußeren Welle in Presssitz gebracht werden, dass eine Drehmomentübertragung von einer Welle zur anderen Welle zuverlässig gewährleistet ist. Daher kommt es nicht zu einem Drehschlupf. Durch Anwenden der vorliegenden Erfindung auf eine Lenksäule werden außerdem das Innenrohr und das Außenrohr daran gehindert, sich relativ zueinander zu drehen, was nachfolgende Montageschritte behindern würde. Wenn die Lenkvorrichtung der vorliegenden Erfindung zwischen einem äußeren zylindrischen Element, das an einer Konsole gesichert ist, die an einer Fahrzeugkarosserie befestigt ist, und einem Lenkrohr verwendet wird, werden das Lenkrohr und das äußere zylindrische Element, die aneinander gepasst sind, daran gehindert, sich relativ zueinander zu drehen, was anschließende Montageschritte erschweren würde.
In axialer Richtung der Lenkvorrichtung vom Energie absorbierenden Typ sind die feinen Elemente jeweils vorzugsweise mindestens so lang, dass ein Abstand zwischen dem inneren Wellenelement und dem äußeren zylindrischen Element sichergestellt ist, wenn die Lenkvorrichtung Energie absorbiert, was der Fall ist, wenn das innere Wellenelement tiefer in das äußere zylindrische Element gepresst wird.
Wenn diese Anforderung erfüllt ist, wird eine gleichmäßige Energieabsorptionsleistung oder Energieabsorption erreicht, wenn das innere Wellenelement relativ zum äußeren zylindrischen Element in axialer Richtung verlagert wird.
Außerdem beträgt der Unterschied in der Vickers-Härte des inneren Wellenelements zu den feinen Elementen oder des äußeren zylindrischen Elements zu den feinen Elementen jeweils vorzugsweise mindestens 200. Es spielt keine Rolle, ob die Vickers-Härte des feinen Elements höher oder niedriger ist als die des inneren Wellenelements und des äußeren zylindrischen Elements.
Diese Anforderung gewährleistet eine plastische Verformung des inneren Wellenelements und des äußeren zylindrischen Elements oder eine plastische Verformung der feinen Elemente, wenn das innere Wellenelement in dem äußeren zylindrischen Element in Presssitz gebracht wird. Somit wird eine gleichmäßige Energieabsorptionsleistung unabhängig von den herstellungsbedingten Maßabweichungen der Elemente gewährleistet.
Die Positionen der feinen Elemente werden vorzugsweise entsprechend der Drucklast gewählt, die erforderlich ist, um das innere Wellenelement in dem äußeren zylindrischen Element in Presssitz zu bringen.
Wenn beispielsweise vier feine Elemente in regelmäßigen Abständen angeordnet werden (d.h. in 90 Grad-Abständen um die Mitte des inneren Wellenelements), wird das innere Wellenelement so in das äußere zylindrische Element gepasst, dass eine hohe axiale Starrheit gewährleistet wird. Wenn dagegen zwei Paare aus voneinander beabstandeten feinen Elementen so angeordnet werden, dass der Winkel um die Mitte des inneren Wellenelements beispielsweise in 60 Grad, 120 Grad, 60 Grad, 120 Grad geteilt ist, wird das innere Wellenelement so in das äußere Wellenelement gepasst, dass eine geringe axiale Starrheit sichergestellt ist.
Das heißt, durch Ändern der Anordnung der feinen Elemente in Umfangsrichtung können Lenkvorrichtungen mit unterschiedlichen Energieabsorptionsleistungen unter Verwendung der gleichen Elemente hergestellt werden. Somit können Lenkvorrichtungen vom Energie absorbierenden Typ hergestellt werden, indem die Anordnung der feinen Elemente in Umfangsrichtung entsprechend der Drucklast, die benötigt wird, um das innere Wellenelement in dem äußeren zylindrischen Element in Presssitz zu bringen, geändert wird.
Ferner werden die feinen Elemente vorzugsweise fest an eine Stirnfläche des inneren Wellenelements oder des äußeren zylindrischen Elements gebunden, um eine Bewegung der feinen Elemente in axialer Richtung zu verhindern.
Wenn diese Anforderungen erfüllt sind, wird das innere Wellenelement sicher in dem äußeren zylindrischen Element in Presssitz gebracht, wobei die feinen Elemente zwischen den Elementen angeordnet werden. Außerdem werden, wenn Energie an die Lenkvorrichtung angelegt wird und das innere Wellenelement tiefer in das äußere zylindrische Element gepasst wird, die feinen Elemente in Bezug auf entweder das innere Wellenelement oder das äußere zylindrische Element in einer konstanten axialen Posi tion gehalten, wodurch eine gleichmäßige Energieabsorptionsleistung sichergestellt wird, wenn Energie absorbiert wird.
Ein Einzugverhinderungsmittel ist vorzugsweise an einem Befestigungsabschnitt jedes feinen Elements vorgesehen, und der Befestigungsabschnitt ist an der Stirnfläche des inneren Wellenelements oder des äußeren zylindrischen Elements befestigt. Beispielsweise kann das Einzugverhinderungsmittel eine Schleife in dem feinen Element einschließen, die verhindert, dass der Befestigungsabschnitt in den Abstand zwischen dem inneren Wellenelement und dem äußeren zylindrischen Element gezogen wird.
Da das Einzugverhinderungsmittel verhindert, dass der Befestigungsabschnitt in den Abstand gezogen wird, wird die Energieabsorptionsleistung im Wesentlichen gleichmäßig.
Die vorliegende Erfindung schafft auch neue Montageverfahren für Lenkvorrichtungen vom Energie absorbierenden Typ. Montageverfahren für Lenkvorrichtungen vom Energie absorbierenden Typ, bei denen das innere Wellenelement in einem äußeren zylindrischen Element in Presssitz gebracht wird, sind durch einen Schritt gekennzeichnet, bei dem eine Vielzahl von feinen Elementen in axialer Richtung entlang der äußeren Form des inneren Wellenelements oder entlang der inneren Form des äußeren zylindrischen Elements verlegt werden, und einen Schritt, bei dem das innere Wellenelement in dem äußeren zylindrischen Element in Presssitz gebracht wird, wobei die feinen Elemente zwischen dem inneren Wellenelement und dem äußeren zylindrischen Element angeordnet sind, so dass die feinen Elemente für einen Abstand zwischen beiden Elementen sorgen.
Dieses Verfahren erleichtert den Zusammenbau von Lenkvorrichtungen mit gleichmäßiger Energieabsorptionsleistung.
In dem oben beschriebenen Montageverfahren wird zumindest eines von dem inneren Wellenelement, dem äußeren zylindrischen Element oder den feinen Elementen über seine jeweilige Elastizitätsgrenze hinaus verformt. Wenn eines über seine Elastizitätsgrenze hinaus verformt wird oder plastisch verformt wird, nehmen die nachteiligen Wirkungen der Maßabweichungen der Elemente ab, was für eine äußerst gleichmäßige Energieabsorptionsleistung sorgt.
Bei diesem Verfahren wird die Last, die angelegt wird, um das innere Wellenelement in dem äußeren Rohrelement in Presssitz zu bringen, vorzugsweise gemessen, und die feinen Elemente werden vorzugsweise durchtrennt, wenn die gemessene Last einen vorgegebenen Wert erreicht hat.
Unter Anwendung dieses Verfahrens können somit Lenkvorrichtungen zuverlässig so zusammengebaut werden, dass sie eine Energieabsorptionsleistung aufweisen, die auf einen vorgegebenen Wert eingestellt ist.
Alternativ dazu können gemäß diesem Verfahren feine Elemente mit vorgegebener Länge vorzugsweise axial entlang der inneren Form des äußeren zylindrischen Elements angeordnet werden, und das innere Wellenelement kann vorzugsweise in dem äußeren zylindrischen Element in Presssitz gebracht werden, während verhindert wird, dass die feinen Elemente in Axialrichtung in das äußere zylindrische Element gezogen werden.
Unter Anwendung dieses Verfahrens können die Längen der feinen Elemente, die zwischen dem Wellenelement und dem zylindrischen Element angeordnet werden, exakt bestimmt werden, und Lenkvorrichtungen, die eine gleichmäßige Energieabsorptionsleistung liefern, können leichter zusammengebaut werden.
Die vorliegende Erfindung schafft ferner einen neuen Apparat zum Zusammenbauen von Lenkvorrichtungen. Der neue Apparat schließt eine Einrichtung ein, die ein inneres Wellenelement in einem äußeren zylindrischen Element in Presssitz bringt, und eine Feinelement-Zufuhreinrichtung, die eine Vielzahl von feinen Elementen in den Abstand zwischen der äußeren Form des inneren Wellenelements und der inneren Form des äußeren zylindrischen Elements einbringt. Die Feinelement-Zufuhreinrichtung ist angrenzend an die Presssitz erzeugende Einrichtung angeordnet.
Gemäß diesem Apparat werden Lenkvorrichtungen mit gleichmäßiger Absorptionsleistung leicht und wirkungsvoll zusammengebaut.
Bei diesem Apparat kann die Feinelement-Zufuhreinrichtung vorzugsweise in Bezug auf die Umfangsrichtung des inneren Wellenelements und des äußeren zylindrischen Elements eingestellt werden. Ein solcher Apparat ermöglicht die Produktion von Lenkvorrichtungen vom Energie absorbierenden Typ mit verschiedenen Starrheitsstufen im Hinblick auf die axiale Richtung.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 zeigt schematisch ein Lenkrohr gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Querschnittsdarstellung entlang der Linie II-II von 1.
3(A), (B) und (C) zeigen feine Elemente vor und nach dem Zusammenbau des Lenkrohrs.
4 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen Materialverformung und Last zeigt.
5 zeigt einen Montageapparat gemäß einer ersten Ausführungsform.
6 ist eine Querschnittsdarstellung eines eingepassten Abschnitts eines Lenkrohrs, das mit dem Apparat von 5 zusammengebaut wurde.
7 ist eine Querschnittsdarstellung entlang der Linie VII-VII von 6.
8 zeigt einen Montageapparat gemäß einer zweiten Ausführungsform.
9 ist eine Querschnittsdarstellung eines eingepassten Abschnitts eines Lenkrohrs, das mit dem Apparat von 8 zusammengebaut wurde.
10 zeigt einen Biegemechanismus, der Teil des Apparats von 8 ist.
11 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen Einpresstiefe und Last zeigt.
12 zeigt einen Montageapparat gemäß einer dritten Ausführungsform.
13 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen Einpresstiefe und Last zeigt.
14 zeigt Beispiele für feine Elemente.
15 zeigt Beispiele für den Querschnitt der feinen Elemente.
16(A) und (B) zeigen zwei Beispiele für die feinen Elemente.
17(A), (B), (C) und (D) zeigen zwei weitere Beispiele für die feinen Elemente.
18(A), (B), (C), (D) und (E) zeigen weitere Beispiele für die feinen Elemente.
19(A), (B), (C), (D), (E) und (F) zeigen weitere Beispiele für die feinen Elemente.
20(A), (B), (C), (D), (E), (F) und (G) zeigen weitere Beispiele für feine Elemente.
21(A), (B), (C) und (D) zeigen Beziehungen zwischen den feinen Elementen und der Stirnfläche des Rohrs.
22(A), (B), (C), (D), (E) und (F) zeigen die Beziehungen zischen unterschiedlichen Anordnungen der feinen Elemente und der axialen Starrheit.
23(A), (B), (C), (D), (E) und (F) zeigen Beispiele für unterschiedliche Anordnungen der feinen Elemente.
BESTE WEISE ZUR DURCHFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden mit Bezug auf die begleitende Zeichnung beschrieben. 1 und 2 zeigen schematisch die Lagebeziehung eines Innenrohrs IN, das in ein Außenrohr OU gepasst ist. Die äußere Form des Innenrohrs IN weist einen kreisförmigen Querschnitt auf und die innere Form des Außenrohrs OU weist ebenfalls einen kreisförmigen Querschnitt auf. Der innere Durchmesser des Außenrohrs OU ist größer als der äußere Durchmesser des Innenrohrs IN. Wenn beide Rohre ineinander gepasst sind, ist eine ringförmige Lücke G zwischen den Rohren IN und OU definiert. Eine Vielzahl von feinen Elementen W ist in die Lücke G zwischen den Rohren IN und OU eingepasst. Der Außendurchmesser jedes der feinen Elemente W ist, vor dessen Einpassung, größer als die Breite der Lücke G, was bedeutet, dass die feinen Elemente W in der Lücke G gequetscht werden. Die feinen Elemente W werden so angeordnet, dass das Außenrohr OU und das Innenrohr IN in koaxialer Beziehung gehalten werden. Die Zahl der feinen Elemente liegt vorzugsweise bei mindestens drei. Es können jedoch auch zwei gebogene feine Elemente verwendet werden, um das Innenrohr IN und das Außenrohr OU in koaxialer Beziehung zu halten.
Die feinen Elemente W sind weniger starr als die Rohre IN und OU. Jedes feine Element W, das einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, bevor es in die Lücke einge passt wird, wie in 3(A) dargestellt, wird plastisch verformt, wenn es darin eingepasst wird, wie in 3(B) dargestellt. Dies wird aus WS in 3(C) deutlicher. Alternativ dazu können feine Elemente W starrer als Rohre IN und OU sein, in welchem Fall die Rohre sich plastisch verformen, wenn sie die feinen Elemente W aufnehmen. Dies wird ebenfalls aus WH in 3(C) deutlicher. Eintiefungen werden sowohl im Abschnitt der Außenwand des Rohrs IN als auch im Abschnitt des Rohrs OU ausgebildet, die ein gemeinsames feines Element berühren. Außerdem werden Abschnitte angrenzend an die Eintiefungen aufgeweitet.
Die Rohre IN und OU und die feinen Elemente W können alle von gleicher Starrheit sein, in welchem Fall diese Komponenten sich alle plastisch verformen, wenn sie aneinander gepasst werden.
4 zeigt die Beziehung zwischen der Last, die an die einzelnen Komponenten angelegt wird, und deren Verformung. Wenn sie über ihre Elastizitätsgrenze hinaus verformt werden, wird die Last konstant, unabhängig vom Umfang der Verformung. Da in der vorliegenden Erfindung mindestens eines von den Rohren IN und OU und dem feinen Element W über seine Elastizitätsgrenze hinaus verformt wird, werden die Komponenten unter Verwendung einer im Wesentlichen konstanten Last aneinander gepasst. In 4 zeigt die Fläche D den Bereich der elastischen Verformung an. Dadurch, dass diese Komponenten innerhalb des elastischen Bereichs aneinander gepasst werden, variiert die Einpassungslast. Dadurch, dass in der vorliegenden Erfindung mindestens eine der Komponenten innerhalb des plastischen Verformungsgrads, der von der Fläche E angezeigt wird, verformt wird, wird verhindert, dass die Maßabweichungen der Komponenten die Einpassungslast variieren.
5 zeigt einen Montageapparat gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die erste Säule 50B ist an einer Basis 50A fixiert. Eine Einspanneinrichtung 50C positioniert ein Außenrohr OU vertikal und ist am oberen Ende der ersten Säule 50B angeordnet. Ein Zylinder 55C ist über der Einspanneinrichtung 50C befestigt. Der Zylinder 55C ist durch ein Element, das nicht dargestellt ist, an der ersten Säule 50B befestigt. Eine andere Einspanneinrichgung 55A positioniert das Innenrohr IN vertikal und ist am unteren Ende eines Kolbens 55B des Zylinders 55C angeordnet. Das Außenrohr OU und das Innenrohr IN werden jeweils durch Einspanneinrichtungen 50C, 55A coaxial positioniert. Wenn die Einspanneinrichtung 55A vom Zylinder 55C gesenkt wird, wird das Innenrohr IN in das Außenrohr OU gepresst. Anders ausgedrückt, das Außenrohr OU wird um das Innenrohr IN herum in Presssitz gebracht. In dieser Schrift wird kein Unterschied der Bedeutung zwischen diesen beiden Ausdrücken gemacht.
Vier Feinelement-Zufuhreinrichtungen 60 sind nahe einer ersten Säule 50B angeordnet. Die Feinelement-Zufuhreinrichtungen sind alle gleich aufgebaut. Daher konzentriert sich die folgende Beschreibung nur auf eine.
Die Feinelement-Zufuhreinrichtung 60 schließt eine zweite Säule 50D ein, die an der Basis 50A befestigt ist. Arme 51A, 51B sind über nicht dargestellte Zylinder an der zweiten Säule 50D angebracht, um selektiv auf- und abwärts bewegt zu werden. Ein feines Element W ist um eine Trommel 51D gewickelt, die auf eine Seite des Arms 51A gerichtet ist und sich frei dreht. Drei feine Elemente W1, W3, W4 sind in der Zeichnung dargestellt und ein feines Element W2 ist nicht sichtbar. Im Folgenden werden die Bezugszahlen für die Beschreibung der gemeinsamen Merkmale der feinen Elemente W1, W2, W3 und W4 weggelassen.
Ein Gelenk 51C ist am oberen Ende des Arms 51B angeordnet und kann sich um einen Zapfen 53 drehen. Ein Paar aus Feinelement-Zufuhrrollen 52 ist drehbar am Gelenk 51C angebracht. Das Paar aus Rollen 52 wird von einem nicht dargestellten Motor gedreht. Eine Trenneinrichtung 54 zum Durchtrennen des feinen Elements W ist am unteren Ende des Gelenks 51C angebracht.
Der Montageapparat schließt eine Einrichtung ein, die das Außenrohr OU um das Innenrohr IN presst. Der Montageapparat schließt auch eine Feinelement-Zufuhreinrichtung ein, die feine Elemente W in einen Abstand, der zwischen der äußeren Form des Innenrohrs IN und der inneren Form des Außenrohrs OU definiert ist, einbringt, und die Feinelement-Zufuhreinrichtung befindet sich nahe an der Presseinrichtung.
Nun wird die Funktionsweise des Montageapparats beschrieben. Zuerst wird ein Außenrohr OU auf eine Einspanneinrichtung 50C gesetzt. Dann drehen sich Feinelement-Zufuhrrollen 52 so oft wie vorgegeben, um eine vorgegebene Länge des feinen Elements W zuzuführen. Das zugeführte feine Element verläuft axial über eine vorgegebene Strecke entlang der Innenfläche des Außenrohrs OU. Dabei werden vier feine Elemente W in Umfangsrichtung so angeordnet, dass sie gleiche Abstände zueinander haben. In diesem Stadium wird jede der Feinelement-Zufuhrrollen am Drehen gehindert. Anschließend wird das Innenrohr IN von der Einspanneinrichtung 55A gehalten. Danach wird der Zylinder 55C betätigt, um die Einspanneinrichtung 55A niederzupressen. Infolgedessen wird das Innenrohr IN in das Außenrohr OU gepresst, und die vier feinen Elemente W werden axial in vorgegebenem Abstand entlang der Innenfläche des Außenrohrs OU angeordnet. Dabei berührt das Innenrohr IN das Außenrohr OU nicht direkt. Während das Innenrohr IN in das Außenrohr OU gepresst wird, werden die einzelnen Feinelement-Zufuhrrollen 52 am Drehen gehindert, um zu verhindern, dass die feinen Elemente W weiter in das Außenrohr OU gezogen wird.
Nachdem das Innenrohr IN in das Außenrohr OU gepresst wurde, werden die Arme 51A, 51B abgesenkt, um das feine Element W, das von der oberen Fläche des Außenrohrs OU ausgeht, niederzubiegen. Dabei dreht sich das Gelenk 51C um den Zapfen 53. Die Trenneinrichtung 54 trennt das gebogene feine Element W an einer Linie, die um eine vorgegebene Länge vom oberen Stirnende des Außenrohrs OU beabstandet ist. Dann wird das feine Element W, das vom Außenrohr OU ausgeht, unter Verwendung eines Werkzeugs weiter am Außenrohr OU entlang gebogen. Diese Vorgehensweise wird aus 6 deutlicher.
In einem auf diese Weise zusammengebauten Lenkrohr ist ein Außenrohr OU um ein Innenrohr IN herum in Presssitz gebracht, vier feine Elemente W sind über eine vorgegebene Strecke entlang der inneren Form des Außenrohrs OU angeordnet, und es wird verhindert, dass die vier feinen Elemente W axial weiter in das Außenrohr OU gezogen werden. Somit verläuft das feine Element W zwischen dem Innenrohr IN und dem Außenrohr OU und wurde auf eine vorgegebene Länge geschnitten. Dieses Merkmal trägt dazu bei, eine gleichmäßige Energieabsorptionsleistung sicherzustellen. Vier feine Elemente W, die entlang einer geraden Linie entlang einer Achse verlaufen, trennen das Innenrohr IN und das Außenrohr OU voneinander (d.h. es existiert ein Abstand G in dem Raum, in dem kein feines Element W vorhanden ist), wodurch verhindert wird, dass das Innenrohr IN das Außenrohr OU direkt berührt. Dieses Merkmal trägt auch dazu bei, eine gleichmäßige Energieabsorptionsleistung sicherzustellen. Nachdem das Lenkrohr zusammengebaut wurde, bleibt das feine Element W gebogen und an der oberen Stirnfläche des Außenrohrs Ou befestigt. Falls Energie auf beide Rohre IN und OU angelegt wird, so dass das Innenrohr IN tiefer in das Außenrohr OU gepresst wird, führen die feinen Elemente W das Innenrohr IN während des Pressvorgangs zuverlässig, während sie fest mit der oberen Stirnfläche des Außenrohrs OU verbunden bleiben. Da die feinen Elemente W fest mit der oberen Stirnfläche des Außenrohrs OU verbunden sind und an einer Bewegung in axialer Richtung gehindert werden, ist außerdem die Energieabsorptionsleistung gleichmäßig, wenn Energie absorbiert wird. Ferner werden die Rohre IN und OU durch Verwenden von feinen Elementen W in ausreichender Länge in paralleler Beziehung gehalten, wenn das Innenrohr IN tief in das Außenrohr OU gepresst wird. Diese ausreichende Länge verhindert auch, dass beide Rohre sich verbiegen und somit einander berühren. Dieses Merkmal verhindert, dass das Innenrohr IN das Außenrohr OU direkt berührt, wenn Energie absorbiert wird. Die axiale Länge des feinen Elements W wird so vorgegeben, dass das Innenrohr IN daran gehindert wird, das Außenrohr OU direkt zu berühren, wenn das Innenrohr IN weiter in das Außenrohr OU gepresst wird, um Energie zu absorbieren. Somit ist die Energieabsorptionsleistung gleichmäßig, wenn Energie absorbiert wird. Falls drei oder mehr feine Elemente verwendet werden, können die Rohre in paralleler Beziehung gehalten werden. Daher kann jede Zahl von feinen Elementen, mindestens drei, verwendet werden. Darüber hinaus können zwei gebogene feine Elemente verwendet werden, um beide Rohre aneinander zu passen, während für einen Abstand zwischen den Rohren gesorgt ist.
Das feine Element W der oben beschriebenen ersten Ausführungsform ist ein Stahldraht, der starrer ist als die Rohre. Der Stahldraht wird durch Bearbeitung starr gemacht. In der vorliegenden Ausführungsform wird jede Rohrwand, die den Stahldraht berührt, über ihre Elastizitätsgrenze hinaus verformt. Ein Rohr wird innerhalb des Bereichs der plastischen Verformung in das andere Rohr gepresst. Auch wenn Variationen der Größe der Rohre IN und OU vorhanden sind, haben diese Variationen kaum negative Auswirkungen auf die Montagelast.
Das Lenkrohr gemäß der vorliegenden Ausführungsform und das Verfahren zum Zusammenbauen von Lenkrohren liefern eine gleichmäßige Energieabsorptionsleistung. Weiter ermöglicht der Apparat zum Zusammenbauen von Lenkrohren eine effiziente Montage von Lenkrohren mit gleichmäßiger Energieabsorptionsleistung.
Wie oben angegeben, wird die vorliegende Erfindung vorzugsweise in einer Position zwischen dem Außenrohr und dem Innenrohr angewendet. Jedoch kann die vorliegende Erfindung auch in einer Position zwischen einer äußeren Welle und einer inneren Welle angewendet werden, in welchem Fall die innere Welle massiv oder rohrförmig gestaltet werden kann. Die vorliegende Erfindung kann auch in einer Position zwischen einem äußeren Rohrelement einer Konsole, die an einer Fahrzeugkarosserie befestigt ist, und einem Lenkrohr verwendet werden.
8 zeigt einen Montageapparat gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Hauptkörper der Einrichtung entspricht dem Hauptkörper der in 5 dargestellten Einrichtung. Somit werden gleiche Elemente mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet und werden nicht im Einzelnen beschrieben.
Bei diesem Montageapparat ist eine Biegeeinrichtung, wie in 10 dargestellt, nahe dem Gelenk 51C angeordnet. In 10 zeigen Bezugszahlen 58 ein Paar Spannklauen an, welche die Enden der feinen Elemente greifen, während die Bezugszahlen 57 ein weiteres Paar von Spannklauen anzeigen, welche die feinen Elemente an einer Position oberhalb der Spannklauen 58 greifen. Die Spannklauen 58 werden selektiv nach oben oder unten gewendet, wie in 10(B) dargestellt. Daher biegen die Spannklauen 58 das Ende des feinen Elements W. Das feine Element W wird aufgrund einer Bearbeitung starr. Somit ist der gebogene Abschnitt starr.
Der Apparat von 8 funktioniert wie folgt. Ein Außenrohr OU wird zunächst auf eine Einspanneinrichtung 50C gesetzt. Dann wird jede der Feinelement-Zufuhrrollen 52 so oft wie vorgegeben gedreht, um eine vorgegebene Länge des feinen Elements W zuzuführen. Das zugeführte feine Element wird am Abwärtsweg des Innenrohrs IN ausgerichtet. Durch Absenken des Innenrohrs IN werden Abschnitte W1A, W2A, W3A, W4A der Enden der jeweiligen feinen Elemente in Positionen gebracht, in denen die jeweiligen Abschnitte an der unteren Stirnfläche des hohlen Innenrohrs In befestigt werden. Auf die gleiche Weise wie in der ersten Ausführungsform werden vier feine Elemente W entlang des Umfangs gleichmäßig voneinander beabstandet. In diesem Stadium lässt ein Motor jede der Feinelement-Zufuhrrollen 52 sich frei drehen. Anschließend wird das Innenrohr IN auf eine Einspanneinrichtung 55B gesetzt. Der Zylinder 55C wird betätigt, um die Einspanneinrichtung 55B nach unten zu pressen. Wenn die Einspanneinrichtung 55B nach unten gepresst wird, werden die gebogenen Enden der vier feinen Elemente W fest mit der unteren Stirnfläche des abgesenkten Innenrohrs IN verbunden. Wenn das Innenrohr IN weiter abgesenkt wird, wird das feine Element W weiter von der Trommel 51D abgezogen. Das Innenrohr IN wird weiter in das Außenrohr OU gepresst, wobei vier feine Elemente W dazwischen angeordnet sind. Je tiefer das Innenrohr IN in das Außenrohr IN gepresst wird, desto weiter wird das feine Element W von der Trommel 51 abgezogen. Nachdem das Innenrohr IN auf eine vorgegebene Tiefe gepresst wurde, wird der Zylinder 55C angehalten. Die Trenneinrichtung 54A trennt dann das feine Element W an einer Linie nahe der oberen Stirnfläche des Außenrohrs OU durch.
In Lenkrohren, die mit diesem Apparat zusammengebaut werden, verläuft das feine Element W über die Einführungstiefe des Innenrohrs IN in das Außenrohr OU. Somit wird ein direkter Kontakt der Rohre IN und OU zuverlässig verhindert. Außerdem sind die Längen des Innenrohrs IN und des Außenrohrs OU so vorgegeben, dass sich die Rohre IN und OU nicht verbiegen. Dieses Merkmal verhindert, dass sich die beiden Rohre verbiegen und einander berühren, wenn die Rohre Energie absorbieren.
Wenn das Innenrohr IN tiefer eingeführt wird, wird das feine Element W fester mit dem unteren Ende des Innenrohrs verbunden. Somit wird verhindert, dass das feine Element W sich axial im Hinblick auf das Innenrohr IN verlagert, und infolgedessen kommt das untere Ende des Innenrohrs IN nicht direkt mit der Innenfläche des Außenrohrs OU in Berührung. Dadurch dass das feine Element W fest mit der unteren Stirnfläche des Innenrohrs IN verbunden ist, wird eine Bewegung des feinen Elements W in axialer Richtung in Bezug auf das Innenrohr IN verhindert, wodurch die Energieabsorptionsleistung der Lenkrohre unter Verwendung dieses Apparats im Wesentlichen gleichmäßig wird.
Eine Reihe von Versuchen wurde von den Erfindern durchgeführt, welche zeigen, dass die Energieabsorptionsleistung unter Verwendung von feinen Elementen mit einer Vickers-Härte, die um mindestens 200 größer als die des Materials der Rohre ist, im Wesentlichen gleichmäßig gemacht werden kann. Dieser Punkt wird aus 11 deutlich.
In 11 ist die Last, die nötig ist, um das Innenrohr IN bei konstanter Geschwindigkeit in das Außenrohr OU zu pressen, durch die vertikale Achse dargestellt, während die Einpresstiefe durch die horizontale Achse dargestellt wird. Die gerade, dicke, durchgezogene Linie zeigt die Ergebnisse von Versuchen unter Verwendung eines feinen Elements mit einer Vickers-Härte, die um 200 größer ist als die der Rohre, an. Die gekrümmte dünne Linie zeigt die Ergebnisse von Versuchen unter Verwendung eines feinen Elements mit einer Vickers-Härte, die um 100 größer als die der Rohre, an. Falls die Vickers-Härte des feinen Elements um 200 größer als die der Rohre ist, steigt die Presslast linear mit der Presstiefe. Ein ungünstiger Unterschied der Vickers-Härte zwischen dem feinen Element und den Rohren führt zu einer unregelmäßigen Beziehung zwischen der Presslast und der Presstiefe. Die Erfinder fanden durch Versuche, dass eine Steuerung der Presstiefe eine exakte Steuerung der Presslast sicherstellt, solange der Unterschied der Vickers-Härte mindestens 200 beträgt.
Die Versuche zeigen auch, dass ein feines Element, das aus einem Material mit einer Vickers-Härte, die um mindestens 200 niedriger ist als die des Rohrelementmaterials, besteht, ebenso eine linear Beziehung zwischen der Presstiefe und der Presslast sicherstellt. Somit ist, wenn der Unterschied in der Vickers-Härte zwischen dem Innenrohr IN und dem feinen Element W oder zwischen dem Außenrohr OU und dem feinen Element W mindestens 200 ist, die Energieabsorption äußerst gleichmäßig.
Die Erfinder führten viele weitere Versuche durch, die zu der Erkenntnis führten, dass die Anordnung der feinen Elemente W eine wesentliche Auswirkung auf die axiale Starrheit der Rohre hat. Dieser Punkt wird aus 22 deutlich. 22(B) zeigt feine Elemente W, die in Umfangsrichtung um die gemeinsame Mitte der Rohre so angeordnet sind, dass sie einen Winkel von 15°, einen Winkel von 165°, einen Winkel von 15° und einen Winkel von 165° zwischen benachbarten feinen Elementen W bilden. Jeweils zwei feine Elemente bilden ein Paar, und die beiden Paare sind in Richtung des Rohrdurchmessers weit voneinander beabstandet. In diesem Fall neigen beide Rohre dazu, sich in eine ovale Form zu verformen, wenn ein Rohr in das andere Rohr gepresst wird. Daher ist die axiale Starrheit der aneinander gepassten Rohre relativ gering. Wie in dem Graphen von 22(F) dargestellt, ist die Presslast, die nötig ist, um die Rohre miteinander in Presssitz zu bringen, oder die axiale Last, die nötig ist, um die aneinander gepassten Rohre relativ zueinander zu verlagern, durch die vertikale Achse dargestellt. Der Winkel zwischen jeweils zwei benachbarten feinen Elementen ist durch die horizontale Achse dargestellt. Wie oben angegeben ist, wenn der Winkel 15° beträgt, die axiale Presslast gering.
22(E) zeigt die Anordnungswinkel der feinen Elemente, gesehen von der Rohrmitte aus, wobei die feinen Elemente in Abständen von 90° angeordnet sind. Somit sind die vier feinen Elemente mit gleichen Abständen um den Umfang herum angeordnet. In diesem Fall unterliegen die Rohre jeweils einer Änderung der Umfangslänge, wenn ein Rohr in das andere Rohr gepresst wird. Daher ist die axiale Starrheit der zusammengebauten Rohre sehr hoch. Wie in 22(F) dargestellt, ist die axiale Last, die erforderlich ist, um die aneinander gepassten Rohre zu verlagern, sehr hoch.
22(B) bis (D) zeigen Anordnungswinkel, die zwischen 15° und 90° liegen. Wenn sich die Abstände zwischen benachbarten feinen Elementen regelmäßigen Abständen nähern, wird die axiale Last größer. Dagegen wird die axiale Last umso kleiner, je unregelmäßiger die Abstände werden.
Diese Beziehung ermöglicht eine Änderung der Energieabsorptionseigenschaften bei Verwendung der gleichen Komponenten. Wenn die feinen Elemente in regelmäßigen Abständen angeordnet werden, wird die axiale Last des Lenkrohrs vom Energie absorbierenden Typ groß. Wenn die feinen Elemente in unregelmäßigen Abständen angeordnet werden, wird die axiale Last des Lenkrohrs vom Energie absorbierenden Typ klein.
23(A) bis (C) zeigen verschiedene Anordnungen von drei feinen Elementen. 23(D) bis (F) zeigen verschiedene Anordnungen von sechs feinen Elementen. Durch Auswahl einer dieser Anordnungen kann die axiale Starrheit modifiziert werden. Die in 23(A) und (D) gezeigten Anordnungen sorgen für hohe Starrheit, während die in 23(C) und (F) gezeigten Anordnungen für geringe Starrheit sorgen.
Die oben beschriebene zweite Ausführungsform liefert ein Beispiel für die Verwendung der vorliegenden Erfindung an der Position zwischen dem Außenrohr und dem Innenrohr. Jedoch kann die vorliegende Erfindung auch an einer Position zwischen einer Außenwelle und einer Innenwelle verwendet werden, in welchem Fall die Innenwelle massiv oder rohrförmig sein kann. Die vorliegende Erfindung kann auch an einer Position zwischen einem Außenrohrelement einer Konsole, die an einer Fahrzeugkarosserie befestigt ist, und einem Lenkrohr verwendet werden.
12 zeigt einen Montageapparat gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Montageapparat der vorliegenden Erfindung ähnelt dem Montageapparat von 8. Daher werden nun nur unterschiedliche Merkmale erörtert. In dem Montageapparat schließt die Einspanneinrichtung 55B eine Lastzelle 55D ein, um die benötigte Presslast zu messen. Der Montageapparat führt die Montage durch, während er die Presslast misst. Ein feines Element W wird getrennt, wenn die Presslast einen vorgegebenen Wert erreicht.
13 zeigt schematisch die Beziehung zwischen der Presstiefe und der Presslast. Das Bezugszeichen A zeigt die Beziehung zwischen der Presstiefe und der Presslast für ein Produkt A an. Das Bezugszeichen B zeigt die Beziehung zwischen der Presstiefe und der Presslast für ein Produkt B an, das gemäß der gleichen Dimensionsspezifikation hergestellt wurde wie Produkt A. Wie weiter oben beschrieben, reduziert die vorliegende Erfindung die Auswirkungen der Maßabweichungen der Komponenten auf die Presslast, was dazu beiträgt, die Presslast gleichmäßig zu machen. Die Produkte A und B sind einander im Gegensatz zu Produkten des Standes der Technik im Wesentlichen ähnlich. Jedoch ist in 13 aus Gründen der Deutlichkeit ein großer Unterschied zwischen den Produkten A und B dargestellt.
Die obige Erörterung bedeutet nicht, dass die Maßabweichungen der Komponenten gar keine Auswirkung auf die Presslast haben. Gemäß exakten Messungen variiert die Presslast von Produkt zu Produkt. Der Apparat von 12 misst die Presslast mittels der Lastzelle 55D, während er weiter bei konstanter Geschwindigkeit presst. Der Apparat trennt dann das feine Element W durch, wenn die gemessene Presslast einen vorgegebenen Wert erreicht. Danach hält der Apparat die Presslast konstant, wenn das Innenrohr IN weiter gepresst wird. Infolgedessen werden alle Produkte der vorgegebenen Presslast angepasst. Unter Verwendung dieser Merkmale in dem Montageapparat, in dem ein Rohr in das andere Rohr gepresst wird, während die Presslast gemessen wird und dann das feine Element W durchtrennt wird, wenn die Presslast den vorgegebenen Wert erreicht, kann ein Charge von Lenkrohren mit hoher Effizienz zusammengebaut werden und die Unterschiede in der Energieabsorptionsleistung zwischen den Produkten kann auch minimiert werden.
Der oben beschriebene Montageapparat schließt einen Schritt ein, bei dem eine Vielzahl von feinen Elementen W entlang der axialen Richtung der äußeren Form des Innenrohr IN (siehe 8 und 12) oder der inneren Form des Außenrohrs IN (siehe 5) verlegt wird, und einen Schritt, bei dem das Außenrohr OU um das Innenrohr IN in Presssitz gebracht wird, während mittels feiner Elemente W verhindert wird, dass das Innenrohr IN das Außenrohr IN direkt berührt, wodurch ein Charge von Lenkrohren mit gleichmäßiger Energieabsorptionsleistung zusammengebaut werden kann.
Jedes der feinen Elemente, die in den dargestellten Ausführungsformen verwendet werden, ist um eine Trommel gewickelt. In der vorliegenden Erfindung können statt dessen jedoch auch vorgeformte Elemente zwischen dem Innenrohr IN und dem Außenrohr OU angeordnet werden. 14 bis 21 zeigen Beispiele für vorgeformte feine Elemente.
Wie aus 14 hervorgeht, bestehen das erste feine Element W1, das zweite feine Element W2 und die Verbindung WT, die ein Paar aus feinen Elementen bilden, aus einem einzigen Materialstück. In diesem Fall werden zwei Paare verwendet. Das andere Paar schließt ein drittes feines Element W3 und ein viertes feines Element W4 ein. Jede Verbindung WT wird am inneren Ende des Innenrohrs IN positioniert, und dann wird das Innenrohr IN in das Außenrohr OU gepresst oder das Außenrohr OU wird um das Innenrohr OU in Presssitz gebracht.
Der Querschnitt des feinen Elements W kann kreisförmig sein, da diese Form kostengünstig hergestellt werden kann. Wenn es nötig ist, die Komponenten so aneinander zu passen, dass die Starrheit in der axialen Richtung niedrig ist und die Starrheit in der Drehrichtung hoch ist, können jedoch eine Reihe von Querschnittsformen verwendet werden, wie in 15 dargestellt. Das feine Element muss nicht massiv sein, sondern kann auch hohl sein.
16(A) zeigt Beispiele für feine Elemente, die fest mit der Stirnfläche des Außenrohrs OU verbunden sind, wobei die feinen Elemente W1, W2 entlang der Innenfläche des Außenrohrs OU in axialer Richtung angeordnet sind. Die feinen Elemente W sind durch Verbindungen Wf, Wc miteinander verbunden. Gekrümmte Abschnitte Wa, Wd sind fest mit dem Ende des Außenrohrs OU verbunden, um eine axiale Bewegung der feinen Elemente zu verhindern. 16(B) zeigt ein weiteres Beispiel für vorgeformte feine Elemente, in dem die feinen Elemente W1, W2, W3, W4 aus einem einzigen Materialstück gebildet sind.
17(A) zeigt ein weiteres Beispiel für ein Paar aus vorgeformten feinen Elementen, bei dem die feinen Elemente W1, W2 unterschiedliche Durchmesser haben. Wie in 17(B) dargestellt, wird diese Art von feinem Element in zwei Paaren verwendet. Somit kann ein Innenrohr IN mit einer ovalen äußeren Querschnittsform in eine Außenrohr OU gepresst werden, das eine kreisförmige innere Querschnittsform aufweist, oder ein Innenrohr IN mit einer kreisförmigen äußeren Querschnittsform kann in ein Außenrohr OU mit einer ovalen inneren kreisförmigen Querschnittsform gepresst werden.
17(C) zeigt ein weiteres Beispiel für ein Paar aus vorgeformten feinen Elementen, in dem die Querschnittsformen der feinen Elemente sich untereinander unterscheiden. Somit kann ein Rohr mit kreisförmigem Querschnitt in ein Rohr mit ovalem Querschnitt eingepresst werden, wie in 17(D) dargestellt.
18(A) zeigt ein weiteres Beispiel für ein Paar aus vorgeformten feinen Elementen, in dem feine Elemente W1, W2 unterschiedliche Querschnitte aufweisen und die Querschnitte sich entlang der Längsrichtung des feinen Elements allmählich verändern. Diese Art von feinem Element kann auf geeignete Weise verwendet werden, um die Energieabsorptionseigenschaften zu modifizieren, wenn Energie absorbiert wird.
Falls viele feine Elemente verwendet werden, können die feinen Elemente eines nach dem anderen fest mit der Stirnfläche des Rohrs verbunden werden, wie in 18(D) gezeigt. Jedoch können die feinen Elemente statt dessen auch vorab angeordnet werden und alle auf einmal mit der Stirnfläche des Rohrs verbunden werden, wie in 18(E) dargestellt.
Die Erfinder haben durch Versuche auch erkannt, dass ein Verbindungsabschnitt, der ein feines Element mit dem Stirnende eines Rohrs verbindet, in den Abstand zwischen den Rohren gezogen werden kann. Dieses Phänomen bewirkt eine plötzliche Erhöhung der Presslast, was zu einer ungenügenden Energieabsorptionsleistung führt.
19 bis 21 zeigen Beispiele für Einzugsverhinderungsmittel, die für die Verbindungsabschnitte vorgesehen sind. 19(A) zeigt einen Ösenabschnitt A1 und 19(B) zeigt einen losen Abschnitt B1. In 19(C) und (D) verhindern jeweils Verbindungen C1, C2, D1 dieses Phänomen. In 19(E) und (F) sind Schleifen E1 bzw. Knoten F1 dargestellt. Wie in 19(D) dargestellt, können die Längen der feinen Elemente sich untereinander unterscheiden, um eine Anisotropie zu bewirken, wobei die sich überschneidenden Abschnitte der aneinander gepassten Rohre einem Biegen in Richtung des langen feinen Elements L1 widerstehen, aber dazu neigen, sich in Richtung des kurzen feinen Elements L2 zu verbiegen. Alternativ dazu können sich Zwischenräume zwischen benachbarten feinen Elementen voneinander unterscheiden, wie in 19(C) dargestellt, um für eine Anisotropie zu sorgen, wobei einander überschneidende Abschnitte der aneinander gepassten Rohre einem Biegen in Richtung der nah beabstandeten feinen Elemente widerstehen, aber dazu neigen, sich in Richtung der weit beabstandeten feinen Elemente zu verbiegen.
20 zeigt weitere Beispiele für ein Einzugsverhinderungsmittel. In 20(A) und (B) sind vorstehende Abschnitte A1 bzw. Schleifenabschnitte B1 gezeigt. In 20(C) schließt die Verbindung CT eine Spiralabschnitt C1 ein. In 20(D) sind andere Elemente D1, D2, D an feinen Elemente aufgezogen. 20(E) und (F) zeigen jeweils Schleifen E1, F1. In 20(G) sind Schleifen G1 angeschweißt.
Wie in 21 dargestellt, ist eine Stirnfläche eines Außenrohrs so bearbeitet, dass sie ein Einzugsverhinderungsmittel bildet. Wie in 21(A) und (B) dargestellt, sind Nuten zum Aufnehmen der einzelnen feinen Elemente in der Stirnfläche des Außenrohrs ausgebildet, um zu verhindern, dass die Verbindungsabschnitte in das Außenrohr gezogen werden. Wie in 21(C) dargestellt, ist der Boden jeder Nut nach innen geneigt, und der äußere Rand des Außenrohrs definiert einen spitzen Winkel. Dieses Merkmal verhindert auch, dass die Verbindungsabschnitte in das Außenrohr gezogen werden. Somit sorgt ein spitzer Winkel, der zwischen der Stirnfläche des Außenrohrs und dessen Seite ausgebildet ist (oder ein spitzer Winkel, der zwischen der Stirnfläche eines zylindrischen Innenrohrs und dessen Seite ausgebildet ist) für den Einziehverhinderungseffekt. Darüber hinaus macht dieses Merkmal, wie in 21(D) dargestellt, die Notwendigkeit für eine Verbindung an der äußeren Fläche des Außenrohrs (oder an der inneren Fläche des Innenrohrs) überflüssig. 21(D) zeigt spitze innere Kanten des Außenrohrs, die Beispiele für Einziehverhinderungsmittel sind.
Obwohl die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben wurden, dient diese Beschreibung nur der Veranschaulichung, und es sei darauf hingewiesen, dass Änderungen und Variationen vorgenommen werden können, ohne von den begleitenden Ansprüchen abzuweichen. Das Folgende ist eine bevorzugte Modifikation. Feine Elemente können über die Länge der einander überschneidenden Abschnitte der aneinander gepassten Innen- und Außenrohre verlaufen, wodurch die Energieabsorptionsleistung im Wesentlichen gleichmäßig wird. Feine Elemente mit abgewinkeltem Querschnitt neigen dazu, eine Spannungskonzentration zu bewirken und eine plastische Verformung zu induzieren. Somit werden die Maßabweichungen der Komponenten absorbiert und die Energieabsorbierungsleistung wird gleichmäßig. Hohle feine Elemente neigen auch dazu, eine plastische Verformung zu induzieren. Somit werden die nachteiligen Wirkungen der Maßabweichungen der Komponenten reduziert. Darüber hinaus kann durch Modifizieren der Zwischenräume in Umfangsrichtung zwischen benachbarten feinen Elementen die Starrheit nach Wunsch modifiziert werden. Somit kann die axiale Starrheit eingestellt werden. Ferner können die feinen Elemente auch dann, wenn z.B. eine Schweißnaht an einem kreisförmigen Außenrohr verbleibt, so angeordnet werden, dass die Schweißnaht vermieden wird. Dieses Merkmal erleichtert die einfache Nachbearbeitung von Schweißnähten.
Gleitmittel kann auf die feinen Elemente oder auf eines der Rohre aufgebracht werden, um zu verhindern, dass die feinen Elemente herausgezogen werden, wenn ein Rohr in das andere Rohr gepresst wird.
Die oben beschriebenen drei Ausführungsbeispiele liefern Beispiele für die Verwendung der vorliegenden Lehren an einer Position zwischen einem Außenrohr und einem Innenrohr. Die vorliegenden Lehren können jedoch auch an einer Position zwischen einer Außenwelle und einer Innenwelle angewendet werden, in welchem Fall die Innenwelle massiv oder zylindrisch sein kann. Die vorliegende Erfindung kann auch an einer Position zwischen einem Lenkrohr und einer Konsole verwendet werden, die ein zylindrisches Element einschließt, das verwendet wird, um das Lenkrohr an einer Fahrzeugkarosserie zu befestigen.
Die Erfindung nach Anspruch 1 ermöglicht die Herstellung von Lenkvorrichtungen, bei denen ein relativ kostengünstiges inneres Wellenelement mit kreisförmigem Querschnitt mit einem relativ kostengünstigen äußeren Wellenelement mit kreisförmigem Querschnitt in geeignetem Maß weniger starr in der axialen Richtung und starr in der Drehrichtung verbunden wird. Somit können Lenkvorrichtungen vom Energie absorbierenden Typ zu relativ geringen Kosten hergestellt werden. Außerdem kann eine Charge aus Lenkvorrichtungen vom Energie absorbierenden Typ gleichmäßige Energieabsorptionsleistungen liefern. Durch Ändern der Zahl, der Qualität, der Dicke usw. der feinen Elemente können verschiedene Arten von Energieabsorptionsleistungen geliefert werden.
Die Verbesserungen gemäß den Ansprüchen 2 bis 7 ermöglichen eine gleichmäßige Energieabsorptionsleistung für eine Charge aus Lenkvorrichtungen vom Energie absorbierenden Typ.
Das Montageverfahren gemäß Anspruch 8 ermöglicht einen zuverlässigen Zusammenbau einer Charge aus Lenkvorrichtungen mit gleichmäßiger Energieabsorptionsleistung.
Die Verbesserungen gemäß den Ansprüchen 9 bis 11 ermöglichen ferner eine gleichmäßige Energieabsorptionsleistung für eine Charge aus Lenkwellen vom Energie absorbierenden Typ.
Der Montageapparat gemäß Anspruch 12 ermöglicht einen hoch effizienten Zusammenbau von Lenkvorrichtungen mit gleichmäßiger Energieabsorptionsleistung.

Claims

Lenkvorrichtung vom Energie absorbierenden Typ mit einem äußeren zylindrischen Element (OU), das um ein inneres Wellenelement (IN) herum aufgepresst ist, wobei die äußere Form des inneren Wellenelements (IN) einen kreisförmigen Querschnitt aufweist; wobei die innere Form des äußeren zylindrischen Elements (OU) einen kreisförmigen Querschnitt aufweist und einen Durchmesser aufweist, der größer ist als der Durchmesser der äußeren Form des inneren Wellenelements (IN); und eine Vielzahl von feinen Elementen (W) zwischen dem äußeren zylindrischen Element (OU) und dem inneren Wellenelement (IN) angeordnet sind, wobei jedes feine Element, das zwischen dem äußeren zylindrischen Element (OU) und dem inneren Wellenelement (IN) angeordnet ist, entlang einer geraden Linie in der axialen Richtung des inneren Wellenelements (IN) und des äußeren zylindrischen Elements (OU) verläuft, dadurch gekennzeichnet, dass: die feinen Elemente (W) geradlinig entlang der Überschneidung zwischen dem äußeren zylindrischen Element (OU) und dem inneren Wellenelement (IN) entlang der geraden Linie in der axialen Richtung verlaufen, ohne gekrümmt zu sein.
Lenkvorrichtung vom Energie absorbierenden Typ nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vickershärte des inneren Wellenelements (IN) und die Vickershärte der feinen Elemente (W) sich um mindestens 200 unterscheiden oder die Vickershärte des äußeren zylindrischen Elements (OU) und die Vickershärte der feinen Elemente (W) sich um mindestens 200 unterscheiden.
Lenkvorrichtung vom Energie absorbierenden Typ nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die umfangsmäßige Anordnung der Vielzahl von feinen Elementen (W) entsprechend der Drucklast eingestellt wurde, die nötig ist, um das äußere zylindrische Element (OU) um das innere Wellenelement (IN) herum aufzupressen.
Lenkvorrichtung vom Energie absorbierenden Typ nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das innere Wellenelement (IN) und das äußere zylindrische Element (OU) mit einem Abstand (G) zwischen den Elementen aufeinander gepresst sind, wobei der Abstand (G) zumindest über die Länge der feinen Elemente (W) in der axialen Richtung definiert ist.
Lenkvorrichtung vom Energie absorbierenden Typ nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der feinen Elemente (W) in der axialen Richtung mindestens so groß ist wie eine vorgegebene Länge, die einen Abstand (G) zwischen dem inneren Wellenelement (IN) und dem äußeren zylindrischen Element (OU) sicherstellt, wenn das innere Wellenelement (IN) und das äußere zylindrische Element (OU) Energie absorbieren und tiefer aufeinander gepresst werden.
Lenkvorrichtung vom Energie absorbierenden Typ nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bewegung der feinen Elemente (W) in der axialen Richtung durch starres Verkuppeln der feinen Elemente (W) mit einer Stirnfläche des inneren Wellenelements (IN) oder mit einer Stirnfläche (OU) des äußeren zylindrischen Elements (OU) verhindert wird.
Lenkvorrichtung vom Energie absorbierenden Typ nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Einzugsverhinderungsmittel (A1, B1, C1, D1, E1, F1, G1) an der Stirnfläche eines Kupplungsabschnitts der einzelnen feinen Elemente (W) angeordnet ist.
Lenkvorrichtung vom Energie absorbierenden Typ nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das innere Wellenelement (IN) ein inneres Rohr oder eine innere Welle ist und das äußere zylindrische Element (OU) ein äußeres Rohr oder eine äußere Welle ist.
Lenkvorrichtung vom Energie absorbierenden Typ nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bewegung der feinen Elemente (W) in der axialen Richtung in Bezug auf entweder das Wellenelement (IN) oder das äußere zylindrische Element (OU) verhindert ist und in Bezug auf das jeweils andere von dem inneren Wellenelement (IN) und dem äußeren zylindrischen Element (OU) zugelassen ist.
Lenkvorrichtung vom Energie absorbierenden Typ nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt von jedem feinen Element (W) kreisförmig ist.
Lenkvorrichtung vom Energie absorbierenden Typ nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass jedes feine Element (W) aus Stahldraht besteht.
Lenkvorrichtung vom Energie absorbierenden Typ nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass jedes feine Element (W) aus Stahldraht mit einer Eigenschaft, dass seine Starrheit zunimmt, wenn er gekrümmt wird, besteht.
Verfahren zum Zusammenbauen einer Lenkvorrichtung vom Energie absorbierenden Typ durch Aufpressen eines äußeren zylindrischen Elements (OU) um ein inneres Wellenelement (IN), wobei das Verfahren durch folgendes gekennzeichnet ist: Führen einer Vielzahl von feinen Elementen (W) in gerader Linie entlang der Überschneidung zwischen dem äußeren zylindrischen Element (OU) und dem inneren Wellenelement (IN) ohne Krümmung entlang einer geraden Linie, wobei die gerade Linie entlang der äußeren Form des inneren Wellenelements (IN) oder einer inneren Form des äußeren zylindrischen Elements (OU) in dessen axialer Richtung verläuft; und Presspassen des äußeren zylindrischen Elements (OU) um das innere Wellenelement (IN), während mittels der feinen Elemente (W) für einen Abstand (G) zwischen dem inneren Wellenelement (IN) und dem äußeren zylindrischen Element (OU) gesorgt wird, wobei der Abstand (G) zumindest über die Länge der feinen Elemente (W) definiert ist, die zwischen den Elementen angeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das innere Wellenelement (IN) und/oder das äußere zylindrische Element (OU) und/oder die feinen Elemente (W) während des Pressschritts über ihre jeweilige Elastizitätsgrenze hinaus verformt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 und 14, ferner dadurch gekennzeichnet, dass die Presslast, die während des Pressschritts angelegt wird, gemessen wird und die feinen Elemente (W) abgeschnitten werden, wenn die gemessene Presslast einen vorgegebenen Wert erreicht.
Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, ferner durch folgendes gekennzeichnet: Führen einer vorgegebenen Länge der Vielzahl von feinen Elementen (W) in axialer Richtung der inneren Form des äußeren zylindrischen Elements (OU) und Pressen des inneren Wellenelements (IN), während verhindert wird, dass die feinen Elemente (W) weiter in das zylindrische Element (OU) gezogen werden.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das innere Wellenelement (IN) ein inneres Rohr oder eine innere Welle ist, und dass das äußere zylindrische Element (OU) ein äußeres Rohr oder eine äußere Welle ist.