DE69602761T2

DE69602761T2 - Schnappverbindungssystem

Info

Publication number: DE69602761T2
Application number: DE69602761T
Authority: DE
Inventors: Ian Baynes; Michael Hancock
Original assignee: Nastech Europe Ltd
Current assignee: Nastech Europe Ltd
Priority date: 1995-09-08
Filing date: 1996-09-04
Publication date: 1999-12-09
Anticipated expiration: 2016-09-05
Also published as: CA2225280A1; GB9518412D0; GB2304792A; EP0848678A1; AU6882896A; EP0848678B1; KR19990028979A; US5797696A; DE69602761D1; WO1997009220A1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein System, das ein Verbinden von zwei Komponenten mittels einer automatischen Schnappverbindung gestattet. Es ist von besonderer, aber nicht ausschließlicher Bedeutung für Situationen, bei denen keine sekundären Operationen, wie beispielsweise eine Befestigung durch eine Mutter und einen Bolzen, zulässig sind, zum Beispiel an irgendeiner Stelle innerhalb einer Anordnung aus Lenksäule und Zahnstange.
Durch eine geeignete Ausbildung und unter Berücksichtigung von Herstellungstoleranzen ermöglicht es das erfindungsgemäße System, Teile, die von verschiedenen Firmen getrennt angeliefert werden, leicht miteinander zu verbinden.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Wellenanordnung geschaffen, mit einem Rohr und einer Welle, wobei die Welle innerhalb des Rohres gleitfähig ist, gekennzeichnet durch eine erste Einrichtung zum Vorbelasten des Rohres und der Welle in Klemmeingriff in einer Richtung quer zu einer dem Rohr und der Welle gemeinsamen Achse, wenn sich das Rohr und die Welle in einer vorbestimmten axialen Stellung befinden, und durch eine zweite Einrichtung zum Vorbelasten des Rohres und der Welle aus dem Klemmeingriff heraus, wenn das Rohr und die Welle sich nicht in der vorbestimmten Stellung befinden, wobei die erste Einrichtung zum Vorbelasten eine Vielzahl von axial mit gegenseitigen Abständen angeordneten, federbelasteten ersten Rollgliedern aufweist, wobei die zweite Einrichtung zum Vorbelasten wenigstens ein federbelastetes zweites Rollglied aufweist, und wobei in der Welle oder dem Rohr eine Vertiefung vorgesehen ist, um das wenigstens eine zweite Rollglied aufzunehmen, wenn das Rohr und die Welle sich in der vorbestimmten Stellung befinden.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Schnappverbindungssystem geschaffen, mit einem Rohr und mit einer Welle zum Einsetzen in das Rohr in einer vorbestimmten Stellung, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr und die Welle zusammenwirkende Oberflächen zum Eingriff miteinander als seitlich wirkender Keil haben, wenn das Rohr und die Welle sich in der vorbestimmten Stellung befinden, wobei wenigstens zwei axial beabstandete federbelastete erste Vorspannglieder in einem ersten, sich axial erstreckenden Teil entweder des Rohres oder der Welle gegenüber einem Scheitel des Keils vorgesehen sind und zum Vorbelasten der Welle in einen Keileingriff mit dem Rohr angeordnet sind, daß wenigstens ein federbelastetes Vorspannglied in einem zweiten, sich axial erstreckenden Teil entweder des Rohres oder der Welle benachbart dem Scheitel des Keils vorgesehen ist, um die Welle aus dem Keileingriff mit dem Rohr heraus zu drängen, wobei das wenigstens eine zweite Vorspannglied der Wirkung der ersten Vorspannglieder entgegenwirkt, um das Einsetzen der Welle in das Rohr zu erleichtern, und daß entweder die Welle oder das Rohr mit wenigstens einer Vertiefung zur Aufnahme des wenigstens einen zweiten Vorspannglieds versehen ist, wenn die vorbestimmte Stellung erreicht ist, wodurch die Welle dort axial lokalisiert ist und wodurch es der Keilwirkung gestattet ist, unter dem Einfluß der ersten Vorspannglieder als eine Schnappverbindung aufzutreten.
Vorzugsweise sind die ersten und zweiten Vorspannglieder in einem Sinn drehbar, der das Einsetzen der Welle in das Rohr und sein Zurückziehen erleichtert, zum Beispiel federbelastete Kugeln.
Für ein besseres Verständnis der Erfindung, und um zu zeigen, wie diese zur Wirkung gebracht werden kann, wird nun beispielsweise auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen.
Fig. 1 veranschaulicht ein typisches Beispiel der Verwendung des Schnappverbindungssystems zum Verbinden einer Lenksäule mit einer Lenkungszahnstange;
Fig. 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Welle und des Rohres in einem schematischen Längsquerschnitt, nicht zusammengefügt;
Fig. 3 zeigt das Rohr von Fig. 2 im Querschnitt nach der Linie B-B in Fig. 2;
Fig. 4A und 4B zeigen die Welle und das Rohr von Fig. 2 in der vorbestimmten Stellung zusammengefügt, im schematischen Längs- und Querschnitt, wobei der Schnitt auf der Linie A-A liegt;
Fig. 5 zeigt eine Variation in der Form des Rohres der Fig. 2 bis 4;
Fig. 6 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Welle und des Rohres im schematischen Längsschnitt, nicht zusammengefügt; und
Fig. 7A und 7B zeigen das Rohr und die Welle von Fig. 6 zusammengefügt im schematischen Längs- und Querschnitt.
Fig. 1 zeigt eine Lenksäule 1, die eine Zwischenwelle 2 aufweist und dazu dient, ein Lenkrad 3 mit einer Lenkungszahnstange 4 zu kuppeln. Wie gezeigt, sind die Zwischenwelle 2 und die Lenkungszahnstange 4 als Welle und Rohr (oder als Rohr und Welle) ausgebildet und können somit durch eine automatische Schnappverbindung gekuppelt werden, die keine ergänzenden Kupplungsvorgänge erfordert.
Die Fig. 2 bis 4 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel, in dem ein Rohr 10 mit einer äußeren Federhülse 11 versehen ist, die bei 11A geteilt ist und die so geformt und angeordnet ist, daß sie zwei obere Rollglieder oder Kugeln 12 und ein Rollglied oder eine untere Kugel 13 nach innen gegenüber dem Rohr vorspannt, wobei jede Kugel innerhalb einer Öffnung in der Rohrwand aufgenommen ist. Eine weitere Öffnung 14 in der Rohrwand dient dazu, einen nach innen gerichteten Vorsprung 15 der Federhülse 11 festzulegen, der zum Beispiel durch Umbiegen eines Teils des Endes der Hülse 11 gebildet ist, und um so eine axiale oder drehmäßige Verlagerung der Hülse 11 zu verhindern. Die Federhülse 11 könnte kreisförmigen (ringförmigen) Querschnitt haben, wie gezeigt, und sie muß nicht dem ganzen Umfang des Rohres 10 entsprechen.
Eine Welle 16 zum Einsetzen innerhalb des Rohres 10 ist mit einer Ausnehmung oder einem Loch 17 versehen, die oder das als Vertiefung wirkt. Wie in dem Querschnitt von Fig. 4 gezeigt ist, hat die Welle 16 eine V-Form, die zwei gegenseitig geneigte, seitliche Keilflächen bildet, und ihre äußere Oberfläche in dem Bereich, wo eine Keilwirkung auftreten soll, entspricht eng der inneren Oberfläche des Rohrs 10, das ebenfalls eine V-Form hat, wobei zu verstehen ist, daß ein ausreichender Freiraum vorgesehen ist, um ein Einsetzen der Welle 16 in das Rohr 10 zu ermöglichen.
Nach dem Einsetzen der Welle 16 spannt die untere Kugel 13 die Keilflächen weg von dem Rohr 10, gegen die Wirkung der oberen Kugeln 12. Ohne dieses Merkmal würde die Keilwirkung durch die oberen Kugeln verstärkt, und das Einsetzen der Welle würde eine erhöhte Kraft erfordern und allgemein schwieriger sein.
Wenn die Welle 16 in eine vorbestimmte Stellung eingesetzt worden ist, schnappt die untere Kugel 13 in die Vertiefung 17 in der Welle 16, wodurch sie positiv dazu beiträgt, die Welle 16 axial relativ zu dem Rohr 10 festzulegen. Eine solche Festlegung wird verstärkt durch die Vorspannwirkung der oberen Kugeln 12, die nun frei von jeglicher Behinderung von der unteren Kugel 13 her zum Verkeilen der Welle und des Rohrs miteinander wirken und so die Reibungskräfte zwischen diesen erhöhen. Diese Keilwirkung bedeutet, daß kein Spiel und kein Rattern aufgrund von Biegekräften auftritt, wenn das Rohr und die Welle zusammengefügt sind.
Wenn die Welle 16 über eine bedeutende Entfernung innerhalb des Rohres 10 eingesetzt werden muß, kann eine zusätzliche untere Kugel oder können zusätzliche untere Kugeln vorgesehen sein, die axial gegenüber der ersten mit Abstand angeordnet sind, mit entsprechenden Vertiefungen in der Welle.
Ein Auseinandernehmen ist normalerweise möglich unter Anwendung einer höheren Kraft als sie beim Zusammenfügen verwendet wurde.
In Fig. 5 ist der Vorsprung 15 durch einen längeren Vorsprung oder einen Haken 18 ersetzt, der sich in das Innere des Rohrs erstreckt und in der Richtung des Einsetzens der Welle 16 geneigt ist. Die Letztere ist mit einer Vertiefung 19 versehen, die an dem Vorsprung 18 angreift, wenn die Welle sich in der vorbestimmten Stellung befindet. In diesem Fall erfordert ein Trennen, daß das Rohr und die Welle positiv entriegelt werden.
Die Fig. 6 und 7 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel, das allgemein ähnlich zu dem ersten ist, aber einen Haltestift 20 umfaßt, der sich durch die Federhülse 11 und ein Loch in der Wand des Rohrs 10 hindurch erstreckt und der durch eine Federklammer 21 federbelastet ist. Der Stift 20 hebt sich an oder wird angehoben und die Klammer wird verbogen, wenn die Welle in das Rohr eingesetzt wird, und er schnappt in ein Loch in der Welle, wenn die vorbestimmte Stellung erreicht ist. Ein positives Zurückziehen des Stifts 20 kann für ein Auseinandernehmen erforderlich sein.
Es ist ersichtlich, daß, obwohl die Vorspannglieder als Kugeln gezeigt sind und an dem Rohr angeordnet sind, es in gleicher Weise möglich wäre, daß einige oder alle davon eine unterschiedliche Form haben, zum Beispiel Rollen, und daß sie an der Welle angeordnet sind (mit der Öffnung für die Schnappstellenkugel in dem Rohr ausgebildet).

Claims

1. Wellenanordnung mit einem Rohr (10) und einer Welle (16), wobei die Welle (16) innerhalb des Rohres (10) gleitfähig ist, gekennzeichnet durch eine erste Einrichtung (12) zum Vorbelasten des Rohres und der Welle in Klemmeingriff in einer Richtung quer zu einer dem Rohr und der Welle gemeinsamen Achse, wenn sich das Rohr und die Welle in einer vorbestimmten axialen Stellung befinden, und durch eine zweite Einrichtung (13) zum Vorbelasten des Rohres und der Welle aus dem Klemmeingriff heraus, wenn das Rohr und die Welle sich nicht in der vorbestimmten Stellung befinden, wobei die erste Einrichtung zum Vorbelasten eines Vielzahl von axial mit gegenseitigen Abständen angeordneten, federbelasteten ersten Rollgliedern (12) aufweist, wobei die zweite Einrichtung zum Vorbelasten wenigstens ein federbelastetes zweites Rollglied (13) aufweist, und wobei in der Welle (10) oder dem Rohr (16) eine Vertiefung vorgesehen ist, um das wenigstens eine zweite Rollglied (13) aufzunehmen, wenn das Rohr und die Welle sich in der vorbestimmten Stellung befinden.

2. Wellenanordnung nach Anspruch 1, bei der das Rohr (10) und die Welle (16) komplementäre, aneinander anliegende keilförmige Oberflächen haben.

3. Wellenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die zweite Einrichtung (13) so angeordnet ist, daß sie der ersten Einrichtung (12) quer gegenüberliegt.

4. Wellenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner eine Federhülse (11) aufweist, die an der Außenseite des Rohres (10) angebracht ist.

5. Wellenanordnung nach Anspruch 4, bei der das Rohr (10) eine Öffnung (14) aufweist und die Federhülse (11) einen nach innen ragenden Vorsprung (15) hat, der in die Rohröffnung eingreift.

6. Wellenanordnung nach Anspruch 4, bei der die Welle (16) eine Öffnung (19) aufweist und der Vorsprung (18) in die Wellenöffnung (19) eingreift, wenn das Rohr (10) und die Welle (16) sich in der vorbestimmten Stellung befinden.

7. Wellenanordnung nach Anspruch 4, bei der die Federhülse (11) und das Rohr (10) jeweils ein Durchgangsloch aufweisen und die Welle eine Öffnung trägt, wobei ein federbelasteter Stift (20) an der Federhülse (11) angebracht ist, wobei sich der Stift (20) durch das Loch der Federhülse und durch das Loch des Rohres erstreckt und, wenn das Rohr (10) und die Welle (16) sich in der vorbestimmten Stellung befinden, der Stift sich in die Wellenöffnung hinein erstreckt.

8. Schnappverbindungssystem mit einem Rohr (10) und mit einer Welle (16) zum Einsetzen in das Rohr in einer vorbestimmten Stellung, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (10) und die Welle (16) zusammenwirkende Oberflächen zum Eingriff miteinander als seitlich wirkender Keil haben, wenn das Rohr und die Welle sich in der vorbestimmten Stellung befinden, wobei wenigstens zwei axial beabstandete federbelastete erste Vorspannglieder (12) in einem ersten, sich axial erstreckenden Teil entweder des Rohres (10) oder der Welle (16) gegenüber einem Scheitel des Keils vorgesehen sind und zum Vorbelasten der Welle in einen Keileingriff mit dem Rohr angeordnet sind, daß wenigstens ein federbelastetes Vorspannglied (13) in einem zweiten, sich axial erstreckenden Teil entweder des Rohres oder der Welle benachbart dem Scheitel des Keils vorgesehen ist, um die Welle aus dem Keileingriff mit dem Rohr heraus zu drängen, wobei das wenigstens eine zweite Vorspannglied (13) der Wirkung der ersten Vorspannglieder (12) entgegenwirkt, um das Einsetzen der Welle in das Rohr zu erleichtern, und daß entweder die Welle oder das Rohr mit wenigstens einer Vertiefung zur Aufnahme des wenigstens einen zweiten Vorspannglieds (13) versehen ist, wenn die vorbestimmte Stellung erreicht ist, wodurch die Welle (16) dort axial lokalisiert ist und wodurch es der Keilwirkung gestattet ist, unter dem Einfluß der ersten Vorspannglieder (12) als eine Schnappverbindung aufzutreten.

9. Fahrzeuglenksäule mit einer Wellenanordnung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7 oder mit einem Schnappverbindungssystem nach Anspruch 8.