DE60309793T2

DE60309793T2 - Teleskopische Kupplung mit Wälzlagern

Info

Publication number: DE60309793T2
Application number: DE60309793T
Authority: DE
Inventors: Jesus R. Garcia
Original assignee: Delphi Technologies Inc
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2002-09-11
Filing date: 2003-08-15
Publication date: 2007-09-13
Anticipated expiration: 2023-08-16
Also published as: US20040048677A1; EP1398242A2; EP1398242A3; US6960139B2; DE60309793D1; EP1398242B1

Description

Diese Erfindung betrifft allgemein Wellenanordnungen und insbesondere eine Wellenanordnung mit einer inneren Welle, die axial innerhalb einer äußeren Welle beweglich ist.
Hintergrund der Erfindung
Wellenanordnungen mit relativ axial beweglichen inneren und äußeren Wellen haben viele verschiedene Funktionen, wobei eine die Übertragung von Drehmoment ist. Gewöhnlich ist zwischen den Wellen ein Schlupfgelenk vorgesehen, um eine relative Axialbewegung zu erleichtern.
Eine Anforderung an das Gelenk ist, daß sein Widerstand gegenüber relativer axialer Wellenbewegung auf einem Minimum gehalten wird, die allgemein als „Schlupflast" bezeichnet wird, so dass die Wellen zum Zeitpunkt der Herstellung leicht zusammengesetzt werden können, um die Produktion zu beschleunigen, ohne dass sich ergonomische Bedenken ergeben. Eine niedrige Schlupflast ist auch besonders wichtig, wenn die Wellenanordnung Drehmoment überträgt, was passieren muss, wenn sie mit der Lenksäule eines Kraftfahrzeugs verwendet wird.
Die Kunden verlangen immer geringere Schlupflasten. Mit den aktuell verfügbaren Auslegungen ist es jedoch schwer, diesen Wünschen nachzukommen.
Die EP 1136341 offenbart eine Wellenanordnung, die zu einer Längenschwankung in der Lage ist und ein teleskopisches Rohr umfasst, wobei das Rohr drei getrennte Bahnabschnitte umfasst, in welchen an der Welle angebrachte Rollen geführt werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Nach der vorliegenden Erfindung ist eine Wellenanordnung zur Verwendung mit einer Lenksäule oder ähnlichem nach Anspruch 1 vorgesehen. Die Rollen sind bevorzugt durch Stifte an der inneren Welle angeordnet, die von der inneren Welle radial nach außen vorstehen. Die Stifte sind be- vorzugt paarweise angeordnet, wobei die Stifte jedes Paars radial nach außen in entgegengesetzten Richtungen an einer gemeinsamen Mittellinie vorstehen. Jedes Paar von Stiften ist in der gleichen Querebene wie ein anderes Paar von Stiften angeordnet, oder die Stiftpaare können in voneinander beabstandeter Beziehung entlang der Länge der Welle beabstandet sein. Die Rollen sind bevorzugt durch Nadellager an den Stiften angebracht.
Die Wellenanordnung dieser Erfindung hat selbst bei hohen Drehmomentniveaus eine niedrige Schlupflast und wird bei Verwendung null oder nahezu null Peitschen oder Durchbiegung entwickeln. Das Phänomen Slip-Stick, das in vielen relativ axial beweglichen Wellenanordnungen aus dem Stand der Technik üblich ist, ist bei der Wellenanordnung der vorliegenden Erfindung reduziert oder sogar beseitigt. Slip-Stick bedeutet nämlich die Tendenz einer Welle, relativ zu der anderen Welle zu klemmen, wodurch eine erhöhte axiale Belastung erforderlich wird, ehe die Bewegung beginnt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die obengenannten sowie weitere Merkmale, Aufgaben und Vorteile dieser Erfindung werden im Laufe der folgenden Beschreibung deutlicher, insbesondere unter Berücksichtigung der beigefügten Zeichnung; worin:
1 eine Perspektivansicht ist, welche zeigt, daß die Wellenanordnung dieser Erfindung ein Lenksäule mit einem Lenkgetriebe eines Kraft- fahrzeugs verbindet;
2 eine Seitenaufrißansicht der Wellenanordnung mit ausgebrochenen Teilen ist;
3 eine Explosionsansicht der Wellenanordnung ist;
4 eine Ansicht in Richtung des Pfeils 4 in 2 ist;
5 eine Aufrißansicht der inneren Welle ist, wobei die Rollen weggelassen wurden;
6 eine Aufrißansicht ähnlich 5 ist, die eine Modifizierung der inneren Welle zeigt; und
7 eine Endansicht der in 6 gezeigten inneren Welle ist.
Kurze Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Unter besonderem Bezug auf die Zeichnungen ist in 2 eine Wellenanordnung 10 mit einer länglichen rohrförmigen äußeren Welle 12 mit offenem Ende und einer länglichen inneren Welle 14 gezeigt, die sich der Länge nach innerhalb der äußeren Welle 12 erstreckt, wobei die Längsmittellinie der inneren Welle mit derjenigen der äußeren Welle zusammenfällt. Ein Schlupfgelenk 16 zwischen den Wellen ermöglicht eine axiale Wellenbewegung.
1 zeigt die Wellenanordnung zwischen einer Lenksäule 18 und einem Lenkgetriebe 20 eines Kraftfahrzeugs. In dieser Umgebung wird die Anordnung 10 manchmal als Zwischenwelle bezeichnet. Die Lenksäule 18 hat eine Lenkwelle 22, die zur Drehung und axialen Bewegung innerhalb eines rohrförmigen Mantels 24 gestützt wird. Das vordere Ende der Lenkwelle 22 ist durch ein Universalgelenk 25 mit dem hinteren Ende der äußeren Welle 12 verbunden, und das vordere Ende der inneren Welle 14 ist durch ein Universalgelenk 26 mit dem Lenkgetriebe 20 verbunden. Nach der Verwendung in 1 gleicht die Wellenanordnung 10 eine Versetzung zwischen der Lenksäule 18 und dem Lenkgetriebe 20 ab.
Unter weiterem Bezug auf 2 sowie auf 3–5 ist die äußere Welle 12 über ihre gesamte Länge von gleichmäßigem Querschnitt und hat eine äußere Umfangswand 32 mit gegenüberliegenden, seitlich voneinander beabstandeten, sich axial erstreckenden bogenförmigen Wandabschnitten 34 und 36. Die Wandabschnitte 34 und 36 liegen einander direkt gegen- über und haben die gleiche Umfangsausdehnung.
Flache Wandsegmente 38 und 40 erstrecken sich von den Längskanten 42 und 44 des Wandabschnitts 34 radial nach innen. Flache Wandsegmente 46 und 48 erstrecken sich von den Längskanten 52 und 54 des Wandabschnitts 36 radial nach innen. Die Wandsegmente 38, 40, 46 und 48 sehen Rollenbahnen vor.
Die Wandsegmente 38 und 46 liegen rechtwinklig zueinander und sind an ihren dicht angrenzenden inneren Enden durch eine schmale Verbindungsbrücke 55 verbunden. Die Wandsegmente 40 und 48 liegen rechtwinklig zueinander und sind an ihren dicht angrenzenden inneren Enden durch eine schmale Verbindungsbrücke 56 verbunden.
Die Wandabschnitte, Wandsegmente und Verbindungsbrücken sind bevorzugt alle integrale Bestandteile der äußeren Welle und erstrecken sich über deren volle Länge.
Das Schlupfgelenk 16 umfaßt mehrere zylindrische Stifte 60, 62, 64, 66, 70, 72 und 74, die sich von der Welle 14 radial nach außen erstrecken, wobei eine Rolle 73 zur Drehung an jedem Stift durch Nadellager 75 angebracht ist.
Die Stifte sind bevorzugt paarweise angeordnet, wobei die Stifte jedes Paars in entgegengesetzten Richtungen von der inneren Welle 14 an einer gemeinsamen Mittellinie radial nach außen vorstehen. Es gibt ein erstes Paar von Stiften 60, 62, ein zweites Paar von Stiften 64, 66, ein drittes Paar von Stiften 68, 70 und ein viertes Paar von Stiften 72, 74. Bei der Ausführungsform von 2–5 sind die Mittellinie des Paars von Stiften 60, 62 und die Mittellinie des Paars von Stiften 64, 66 senkrecht zueinander und derart angeordnet, dass die Stifte 60–66 in einer Gruppe 76 sind, die ein Kreuz in einer gemeinsamen Querebene bildet. Die Mittellinie des Paars von Stiften 68, 70 und die Mittellinie des Paars von Stiften 72, 74 sind senkrecht zueinander und derart angeordnet, dass die Stifte 68–74 in einer Gruppe 78 sind, die ein Kreuz in einer gemeinsamen Querebene bildet, die axial von der Gruppe 76 der Stifte 60–66 beabstandet ist.
Man wird bemerken, dass das Paar von Stiften 60, 62 und das Paar von Stiften 68, 70 parallel und in einer ersten axialen Ebene angeordnet sind, die sich zu der Welle 14 der Länge nach erstreckt und das Paar von Stiften 64, 66 und das Paar von Stiften 72, 74 parallel und in einer zweiten axialen Ebene angeordnet sind, die sich zu der Welle der Länge nach senkrecht zu der ersten axialen Ebene erstreckt.
Es versteht sich, dass zusätzliche Gruppen von vier Stiften in kreuzender Beziehung in axial voneinander beabstandeter Beziehung entlang der Länge der inneren Welle 14 vorgesehen sein können, wie dies für nötig oder erwünscht gehalten wird.
Die Stifte 60, 68 sind angrenzend an die Bahn 38, die Stifte 64, 72 sind angrenzend an die Bahn 46, die Stifte 62, 70 sind angrenzend an die Bahn 48, und die Stifte 66, 74 sind angrenzend an die Bahn 40. Die Rollen 73 an den Stiften rollen an den angrenzenden Bahnen.
Unter Bezug auf 6 und 7 ist eine Modifizierung gezeigt, bei welcher eine innere Welle 79 vier Paare von Stiften hat, und wieder stehen die Stifte jedes Paars von der inneren Welle 79 in entgegengesetzten Richtungen an der gleichen Mittellinie vor. Die innere Welle 79 selbst ist wie die innere Welle 14 der ersten Ausführungsform. Die Stifte 80–94 sind wie die Stifte 60–74 der ersten Ausführungsform, obwohl sie unterschiedlich entlang der inneren Welle verteilt sind, und nicht gezeigte Rollen, die aber wie die Rollen 73 der ersten Ausführungsform sind, sind zur Drehung an den Stiften und dafür durch ähnliche Nadellager angebracht. Es gibt ein erstes Paar von Stiften 80, 82, ein zweites Paar von Stiften 84, 86, ein drittes Paar von Stiften 88, 90 und ein viertes Paar von Stiften 92, 94. Jedes Paar von Stiften ist axial von den anderen Paaren beabstandet. Die Mittellinien der abwechselnden Paare von Stiften 80, 82 und 88, 90 sind parallel zueinander, und die Mittellinien der verbleibenden Paare von Stiften 84, 86 und 92, 94 sind parallel zueinander, aber um 90° zu den Stiften 80, 82, 88 und 90 gedreht, so dass sie senkrecht dazu sind. Es sei auch bemerkt, dass die Stifte 80, 82 und die Stifte 88, 90 in einer ersten axialen Ebene angeordnet sind, die sich zu der Welle 79 der Länge nach erstreckt und die Stifte 84, 86 sowie die Stifte 92, 94 in einer zweiten axialen Ebene angeordnet sind, die sich zu der Welle 79 der Länge nach senkrecht zu der ersten axialen Ebene erstreckt. Zusätzliche Paare von Stiften können in axial voneinander beabstandeter Beziehung entlang der Länge der Welle 79 vorgesehen sein können, wie dies für nötig oder erwünscht gehalten wird. Die innere Welle 79 kann axial in der vorher beschriebenen äußeren Welle 12 gleiten, wobei ihre Rollen in die Bahnen 38, 40, 46 und 48 auf die gleiche Weise wie bei der ersten Ausführungsform eingreifen, und zusammengebaut können die innere Welle 79 und die äußere Welle 12 eben falls als Zwischenwelle mit einer Lenksäule wie in 1 verwendet werden. Eine Endansicht der inneren Welle 79 in der äußeren Welle 12 würde genau wie die Endansicht der inneren Welle 14 in der äußeren Welle 12 aussehen, die in 4 gezeigt ist.
Die innere Welle 14 zusammen mit den davon nach außen vorstehenden Stiften kann, falls gewünscht, als ein einziges Schmiedestück ausgebildet sein.

Claims

Schlupfwellenanordnung (10) zur Verwendung mit einer Lenksäule (18), die folgendes aufweist: eine längliche rohrförmige äußere Welle (12); eine längliche innere Welle (14), die sich der Länge nach innerhalb der äußeren Welle (12) erstreckt; und ein Schlupfgelenk (16), welches die innere und die äußere Welle (12, 14) koppelt und wirksam ist, um Drehmoment in entgegengesetzten Richtungen zwischen den Wellen zu übertragen und eine relative axiale Bewegung zwischen den Wellen zu ermöglichen, wobei das Schlupfgelenk (16) mehrere Rollen (73) umfasst, die an der inneren Welle (14) zur Drehung um entsprechende Rollenachsen parallel zu einer Längsachse der inneren Welle (14) angebracht sind, wobei wenigstens einige der mehreren Rollen (73) entlang der inneren Welle (14) relativ zu anderen der mehreren Rollen (73) axial beabstandet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Schlupfgelenk (16) eine einzige Rollenbahnfläche (38, 40, 46, 48) umfasst, die jeder der Rollen (73) an der äußeren Welle (12) zugeordnet ist und während der Übertragung des Drehmoments in entgegengesetzten Richtungen an jeder zugeordneten Rolle (73) nur an einer Seite angreift und sie stützt, wobei die mehreren Rollen (73) mehrere diametral entgegengesetzte Paare der Rollen (73) umfassen, wobei wenigstens ein Satz der mehreren Rollenpaare von wenigstens einem anderen Satz der mehreren Rollenpaare axial beabstandet ist, und wobei es vier der Sätze von Rollenpaaren gibt.
Anordnung nach Anspruch 1, bei welcher zwei der Sätze von Rol- lenpaaren in einer ersten gemeinsamen Ebene liegen und bei wel- cher die zwei verbleibenden Sätze von Rollenpaaren in einer zweiten, gemeinsamen Ebene liegen, die von der ersten gemeinsamen Ebene axial beabstandet ist.
Anordnung nach Anspruch 1, bei welcher jeder der vier Sätze von Rollenpaaren in einer zugeordneten Ebene liegt und bei welcher jede Ebene von den anderen Ebenen axial beabstandet ist.
Wellenanordnung 10 nach Anspruch 1, bei welcher die Rollen (73) an der inneren Welle (14) durch Stifte (60, 62, 64, 66, 68, 70, 72, 74) angebracht sind, die von der inneren Welle (14) radial nach außen vorstehen.
Wellenanordnung 10 nach Anspruch 1, bei welcher die äußere Welle (12) eine äußere Umfangswand (32) aufweist und sich die Bahnflächen (38, 40, 46, 48) von der Wand (32) radial nach innen erstrecken.
Wellenanordnung 10 nach Anspruch 1, bei welcher die äußere Welle (12) eine äußere Umfangswand (32) aufweist, die seitlich beabstandete, sich axial erstreckende Wandabschnitte (34, 36) umfasst, und sich die Bahnflächen (38, 40, 46, 48) von den Wandabschnitten (34, 36) radial nach innen erstrecken.
Wellenanordnung 10 nach Anspruch 1, bei welcher die äußere Welle (12) eine äußere Umfangswand (32) aufweist, die seitlich beabstandete, sich axial erstreckende erste und zweite Wandabschnitte (34, 36) umfasst, die Wandabschnitte (34, 36) im Querschnitt bogenförmig sind, jeder der Wandabschnitte (34, 36) sich axial erstreckende Seitenkanten (42, 44, 52 und 54) aufweist und sich die Bahnflächen (38, 40, 46, 48) von den entsprechenden Seitenkanten (42, 44, 52, 54) radial nach innen erstrecken.
Wellenanordnung 10 nach Anspruch 7, bei welcher die Rollen (73) an der inneren Welle (14) durch Stifte (60, 62, 64, 66, 68, 70, 72, 74) angebracht sind, die von der inneren Welle (14) radial nach außen vorstehen.
Wellenanordnung 10 nach Anspruch 8, bei welcher die Stifte (60, 62, 64, 66, 68, 70, 72, 74) in Paaren angeordnet sind, wobei die Stifte (60, 62, 64, 66, 68, 70, 72, 74) jedes Paars in entgegengesetzten Richtungen an einer gemeinsamen Mittellinie radial nach außen vorstehen.
Wellenanordnung 10 nach Anspruch 9, bei welcher die Mittellinien eines ersten Paars der Stifte (60, 62) und eines zweiten Paars der Stifte (68, 70) parallel zueinander liegen und die Mittellinien eines dritten Paars der Stifte (64, 66) und eine vierten Paars der Stifte (72, 74) parallel zueinander, aber senkrecht zu den Mittellinien des ersten und des zweiten Paars der Stifte (60, 62, 68, 70) liegen.
Wellenanordnung 10 nach Anspruch 10, bei welcher das erste und das dritte Paar von Stiften (60, 62, 64, 66) in einer ersten Querebene angeordnet sind und das zweite und das vierte Paar von Stiften (68, 70, 72, 74) in einer zweiten Querebene angeordnet sind, die von der ersten Querebene axial beabstandet ist.
Wellenanordnung 10 nach Anspruch 11, bei welcher die ersten, zweiten, dritten und vierten Paare der Stifte (60, 62, 64, 66, 68, 70, 72, 74) axial voneinander beabstandet sind. '
Wellenanordnung 10 nach Anspruch 1, bei welcher die äußere Welle (12) eine äußere Umfangswand (32) aufweist, die gegenüberliegende, seitlich beabstandete, sich axial erstreckende erste und zweite Wandabschnitte (34, 36) aufweist, wobei der erste Wandabschnitt (34) sich axial erstreckende erste und zweite Seitenkanten (42, 44) aufweist, wobei der zweite Wandabschnitt (36) sich axial erstreckende dritte und vierte Seitenkanten (52, 54) aufweist, wobei die ersten und die dritten Seitenkanten (42, 52) am Umfang voneinander beabstandet und aneinander angrenzend sind, wobei die zweiten und die vierten Seitenkanten (44, 54) am Umfang voneinander beabstandet und aneinander angrenzend sind, wobei die Umfangswand (32) Wandsegmente (38, 40, 46, 48) umfasst, die sich von den entsprechenden ersten, zweiten, dritten und vierten Seitenkanten (42, 44, 52, 54) radial nach innen erstrecken, wobei jedes der Wandsegmente (38, 40, 46, 48) ein der Bahnflächen bildet.
Wellenanordnung 10 nach Anspruch 13, bei welcher die Rollen (73) an der inneren Welle durch Stifte (60, 62, 64, 66, 68, 70, 72, 74) angebracht sind, die sich von der inneren Welle (14) radial nach außen erstrecken.
Wellenanordnung 10 nach Anspruch 14, bei welcher einige der Stifte (60, 62, 64, 66, 68, 70, 72, 74) von anderen Stiften (60, 62, 64, 66, 68, 70, 72, 74) axial beabstandet sind.
Wellenanordnung 10 nach Anspruch 13, bei welcher die Stifte (60, 62, 64, 66, 68, 70, 72, 74) paarweise angeordnet sind, wobei die Stifte (60, 62, 64, 66, 68, 70, 72, 74) jedes Paars in entgegengesetz- ten Richtungen an einer gemeinsamen Mittellinie radial nach außen, vorstehen.
Wellenanordnung 10 nach Anspruch 16, bei welcher die Mittellinien eines ersten Paars der Stifte (60, 62) und eines zweiten Paars der Stifte (68, 70) parallel zueinander liegen und die Mittellinien eines dritten Paars der Stifte (64, 66) und eines vierten Paars der Stifte (72, 74) parallel zueinander, aber senkrecht zu den Mittellinien des ersten und des zweiten Paars der Stifte (60, 62, 68, 70) liegen.
Wellenanordnung 10 nach Anspruch 17, bei welcher eine der Wellen (12) ein hinteres Ende hat, das mit dem vorderen Ende einer Lenkwelle (22) der Lenksäule (18) eines Kraftfahrzeugs verbunden ist.
Wellenanordnung 10 nach Anspruch 17, bei welcher das erste und das dritte Paar von Stiften (60, 62, 64, 66) in einer ersten Querebene angeordnet sind und das zweiten und das vierte Paar von Stiften (68, 70, 72, 74) in einer zweiten Querebene angeordnet sind, die von der ersten Querebene axial beabstandet ist.
Wellenanordnung 10 nach Anspruch 17, bei welcher das erste, zweite, dritte und vierte Paar der Stifte (60, 62, 64, 66, 68, 70, 72, 74) axial voneinander beabstandet sind.