DE102009020658A1

DE102009020658A1 - Kopplungsvorrichtung, insbesondere für eine Fahrzeuglenkspindel

Info

Publication number: DE102009020658A1
Application number: DE102009020658A
Authority: DE
Inventors: Detlef Dipl.-Ing. Hansen; Holger Dipl.-Ing. Kittler; Hans Dipl.-Ing. Klümper; Andre Dipl.-Ing. Schulz
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2009-05-08
Filing date: 2009-05-08
Publication date: 2010-03-04

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kopplungsvorrichtung (1), insbesondere für eine Fahrzeuglenkspindel, mit einer Innenwelle (2), einer die Innenwelle (2) in axialer Richtung zumindest abschnittsweise und koaxial umfassenden Außenwelle (3) und einer zwischen Innenwelle (2) und Außenwelle (3) angeordneten elastischen Schicht.
Erfindungswesentlich ist dabei, dass die elastische Schicht als Dämpfungselement (4) ausgebildet und drehfest mit der Innenwelle (2) verbunden, insbesondere auf die aufgespritzt ist, und in der Art eines Außenmehrkants ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kopplungsvorrichtung, insbesondere für eine Fahrzeuglenkspindel, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 1.
Eine gattungsgemäße Vorrichtung ist aus der DE 697 30 933 T2 bekannt. Die Druckschrift offenbart eine Kopplungsvorrichtung einer Kraftfahrzeug-Lenksäule, die eine äußere Welle, eine innere Welle und eine zwischen den beiden Wellen angeordnete Zwischeneinheit umfasst, die aus einem Zwischenelement mit einer elastischen Schicht gebildet ist, und wobei die elastische Schicht mit der inneren Welle in Verbindung steht. Zur Bereitstellung einer Drehverbindung weist die Innenfläche der äußeren Welle und die Außenfläche des Zwischenelements jeweils einen Bereich mit einer Verzahnung auf. Es erfolgt eine Drehverbindung zwischen der inneren Welle und dem Zwischenelement durch eine korrespondierende Formgebung der Außenfläche der Innenwelle mit der Formgebung der Innenfläche des Zwischenelements. Beide Bauteile weisen als Form zwei diametral gegenüber liegende Bögen auf, die an den jeweils gegenüber liegende Endpunkten durch zwei zueinander parallel angeordneten Geraden miteinander verbunden sind. Mithin sind die Abmessungen der beiden Bauteile unterschiedlich voneinander gestaltet, so, dass ein Spiel zwischen den beiden Bauteilen ermöglicht ist, wobei diese sich bei einer Schädigung der elastischen Schicht kontaktieren und die Übertragung des Drehmomentes weiterhin ermöglichen. Ferner weist ein Ende der Innenwelle eine Deformation auf, die mit einer konisch erweiterten Form des Zwischenelements korrespondiert und dadurch eine axiale Abzugssicherung bildet.
Aus der DE 101 61 555 A1 ist ein nachgiebiges Isolierglied für eine Welle, insbesondere für eine Lenksäule bei einem Kraftfahrzeug bekannt.
Weitere Kopplungsvorrichtungen, insbesondere bei Lenkspindeln, sind bspw. aus der EP 1 028 046 A2 , aus der EP 0 848 175 B1 und aus der EP 1 180 465 A2 bekannt.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für eine gattungsgemäße Kopplungsvorrichtung, eine verbesserte oder zumindest eine andere Ausführungsform anzugeben, die insbesondere ein geringes Gewicht aufweist und einfach zu montieren ist.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, eine zwischen einer Innenwelle und einer koaxial dazu angeordneten Außenwelle einer Fahrzeuglenkspindel angeordnete elastische Schicht als Dämpfungselement auszubilden und drehfest mit der Innenwelle zu verbinden, insbesondere auf diese aufzuspritzen, wobei das Dämpfungselement gleichzeitig in der Art eines Außenmehrkants ausgebildet wird, der in einen komplementär dazu ausgebildeten Innenmehrkant der Außenwelle eingreift und dadurch sowohl einerseits eine insbesondere vibrationsdämpfende Wirkung entfalten kann, andererseits aber zugleich eine zuverlässige Drehmomentenübertragung gewährleistet. Vorzugsweise ist dabei das Dämpfungselement aus Kunststoff ausgebildet und wird auf die Innenwelle aufgespritzt, wobei während des Aufspritzvorgangs zugleich eine drehfeste Verbindung mit der Innenwelle hergestellt wird. Zur Herstellung des erfindungsgemäß ausgebildeten Dämpfungselements muss lediglich eine entsprechend ausgebildete Spritzform geschaffen werden, mit Hilfe welcher eine Vielzahl derartiger Dämpfungselemente kostengünstig herstellbar ist. Gleichzeitig vereinfacht sich mit dem erfindungsgemäß angeordneten Dämpfungselement die Montage der Fahrzeuglenkspindel erheblich, wodurch die Fertigungskosten im Kraftfahrzeugbereich gesenkt werden können.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung, ist das Dämpfungselement aus Kunststoff, insbesondere aus einem Elastomer, ausgebildet. Elastomere sind formfeste aber elastisch verformbare Kunststoffe, deren Glasübergangspunkt sich unterhalb der Raumtemperatur befindet. Aus diesem Grund können sich derartige Kunststoffe bei Zug- und Druckbelastung elastisch verformen, finden aber danach wieder in ihre ursprüngliche, unverformte Gestalt zurück. Das besondere an Elastomeren ist, dass ihre Elastizität nicht auf Anziehungskräften zwischen sich ändernden Atomabständen beruht, sondern ein statisch-dynamisches Gleichgewicht zwischen Ordnung und Entropie darstellt. Das Elastomer speichert daher keinerlei Spannenergie in sich selbst, sondern strahlt die beim Dehnen zugeführte Energie als Wärme aus und erhöht stattdessen seine innere Ordnung. Für ein erneutes Zusammenziehen benötigt daher das Elastomer die Zufuhr von Energie, welche es bspw. durch Brownsche Molekularbewegungen der Umgebungswärme entnimmt. Generell sind derartige Elastomere hinsichtlich ihrer Eigenschaften relativ flexibel einstellbar, so dass mit derartigen Elastomeren insbesondere ein bei Kraftfahrzeugen auftretender großer Temperatureinsatzbereich mühelos abgedeckt werden kann. Zudem sind Elastomere vergleichsweise kostengünstige Werkstoffe die ihre Elastizität und damit auch ihr Dämpfungsverhalten über einen langen Zeitraum erhalten können.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung, weist der als Außensechskant ausgebildete Außenmehrkant drei Radialeinschnitte auf, die jeweils an nicht direkt zueinander benachbarten Kanten des Außensechskants angeordnet sind. Derartige Einschnitte erleichtern die Montage der Innenwelle mit dem darauf angeordneten Dämpfungselement in der Außenwelle erheblich, da sie ein zumindest geringfügiges radiales Zusammendrücken des Dämpfungselements beim Einführvorgang in die Außenwelle ermöglichen. Gleichzeitig verbessern derartige Einschnitte auch das Dämpfungsverhalten an sich, da sich die durch die jeweiligen Einschnitte voneinander getrennten Abschnitte des Dämpfungselements unabhängig voneinander verformen können und die Einschnitte eine Schwingungsübertragung zwischen den einzelnen durch diese abgetrennten Abschnitte verhindern.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
Dabei zeigen, jeweils schematisch,
1 eine Ansicht auf eine Innenwelle mit einem erfindungsgemäßen Dämpfungselement,
2 unterschiedliche Ansichten auf die Innenwelle mit dem Dämpfungselement gemäß der 1,
3 eine Darstellung wie in 1, jedoch bei einer anderen Ausführungsform,
4 eine Darstellung wie in 2, jedoch bei der gemäß der 3 dargestellten Ausführungsform,
5 ebenfalls eine Darstellung wie in 1, jedoch bei einer weiteren Ausführungsform,
6 unterschiedliche Seitenansichten der gemäß der 5 dargestellten Ausführungsform,
7 eine Explosionsdarstellung einer erfindungsgemäßen Kopplungsvorrichtung mit Innenwelle, Dämpfungselement, Außenwelle und Endanschlag,
8a, b Schnittdarstellungen durch eine Kopplungsvorrichtung gemäß der 7 in unterschiedlichen Schnittebenen,
9 eine Darstellung wie in 7, jedoch bei einem einteilig mit der Innenwelle ausgebildeten Endanschlag,
10a, b Schnittdarstellungen durch die Kopplungsvorrichtung gemäß der 9 in unterschiedlichen Schnittebenen.
Entsprechend den 7 und 9, weist eine erfindungsgemäße Kopplungsvorrichtung 1, insbesondere für eine Fahrzeuglenkspindel, eine Innenwelle 2 sowie eine diese Innenwelle 2 in axialer Richtung zumindest abschnittsweise und koaxial umfassende Außenwelle 3 auf. Zwischen der Innenwelle 2 und der Außenwelle 3 ist dabei eine elastische Schicht angeordnet, die erfindungsgemäß als Dämpfungselement 4 ausgebildet ist. Das Dämpfungselement 4 ist dabei drehfest mit der Innenwelle 2 verbunden, insbesondere aus Kunststoff ausgebildet und auf diese aufgespritzt, und weist eine Außenkontur in der Art eines Außenmehrkants, hier eines Außensechskants, auf. Komplementär dazu weist die Außenwelle 3 einen Innenmehrkant, hier einen Innensechskant, auf, so dass durch ein axiales Einschieben der Innenwelle 2 zusammen mit dem Dämpfungselement 4 in die Außenwelle 3 ein drehfester Verbund zwischen der Innenwelle 2 und der Außenwelle 3 hergestellt werden kann.
Wie im vorigen Absatz bereits erwähnt, ist das Dämpfungselement 4 aus Kunststoff, vorzugsweise aus einem Elastomer, ausgebildet und weist dadurch über einen breiten Temperaturbereich elastische Eigenschaften auf. Diese elastischen Eigenschaften werden insbesondere zur Verhinderung bzw. Reduzierung einer Vibrationsübertragung zwischen der Innenwelle 2 und der Außenwelle 3 benötigt. Durch die moderne Kunststofftechnologie lassen sich dabei die Eigenschaften des Dämpfungselements 4 nahezu frei wählen.
Betrachtet man die 1 und 2, so kann man erkennen, dass das als Außensechskant ausgebildete Dämpfungselement 4 drei Radialeinschnitte 5, 5^I und 5^II aufweist, die jeweils an nicht direkt zueinander benachbarten Kanten 6 des Außensechskants angeordnet sind. Zusätzlich ist an der Innenwelle 2 ein Kragen 7 ausgebildet, der axial beabstandet zu dem Außensechskant, dass heißt zu dem Dämpfungselement 4, angeordnet ist. Zwischen dem Kragen 7 und dem Dämpfungselement 4 liegt somit ein Axialspalt 8. Der Kragen 7 ist dabei vorzugsweise einteilig mit der Innenwelle 2 ausgebildet. Auf einer Innenmantelfläche der Innenwelle 2 sind vorzugsweise Axialriefen 9 angeordnet, welche eine Längsverschiebung der Innenwelle 2 zu einer weiteren, nicht gezeigten, Lenkwelle ermöglichen, insbesondere in einem Crashfall.
Im Vergleich zu den 1 und 2, weisen die gemäß den 3 und 4 gezeigten Dämpfungselemente 4 sechs Radialschnitte 5, 5^I , 5^II , 5^III , 5^IV , 5^V auf, die jeweils an direkt zueinander benachbarten Kanten 6 des Außensechskants, dass heißt des Dämpfungselements 4 angeordnet sind. Auch bei der gemäß den 3 und 4 gezeigten Innenwelle 2 ist in Axialrichtung zwischen dem Dämpfungselement 4 und einem Kragen 7 ein Axialspalt 8 vorgesehen.
Bei den gemäß den 5 und 6 gezeigten Innenwellen 2 weist der Außensechkant, dass heißt das Dämpfungselement 4, ebenfalls sechs Radialeinschnitte 5, 5^I , 5^II , 5^III , 5^IV , 5^V auf, die jeweils mittig an den Flächen 10 des Sechskants angeordnet sind. Im Übrigen entspricht die Darstellung gemäß den 5 und 6 denen der 1 bis 4. Durch die einzelnen Radialeinschnitte 5 kann insbesondere ein Zusammenbau der erfindungsgemäßen Kopplungsvorrichtung 1 erleichtert werden, da die Radialeinschnitte 5 bis 5^V ein Unterbrechen einer Außenkontur des Dämpfungselements 4 in der Umfangsrichtung bewirken und dadurch einen elastischen Widerstand der derart unterteilten Segmente verringern.
Gemäß den 7 und 8 ist eine Kopplungsvorrichtung 1 mit einem jeweiligen Endanschlag 11 gezeigt, welcher axial gegenüberliegend des Kragens 7 angeordnet ist und der dieselbe Außenmehrkantkontur aufweist, wie das Dämpfungselement 4. Bei dem gemäß den 7 und 8 gezeigten Endanschlag 11 ist dieser separat zur Innenwelle 2 ausgebildet und bspw. über einen an der Innenwelle ausgebildeten Zweiflach 12, mit einer entsprechend komplementär ausgebildeten Zweifachstelle 12' im Endanschlag 11 zusammenwirkt, drehfest verbunden. Bei der gemäß der 7 und 8 gezeigten Kopplungsvorrichtung muss diese zur Montage lediglich axial ineinander geschoben werden, dass heißt zunächst die Innenwelle 2 mit dem Dämpfungselement 4 in die Außenwelle 3 und anschließend der Endanschlag 11 auf die Innenwelle 2 oder aber die bereits komplett vormontierte Innenwelle 2 zusammen mit dem Dämpfungselement 4 und dem Endanschlag 11 in die Außenwelle 3. An der Außenwelle 3 ist dabei gemäß den 7 und 8 ein Kardananschluss 13 vorgesehen.
Im Unterschied zu der gemäß der 7 dargestellten Kopplungsvorrichtung 1, weist die Kopplungsvorrichtung 1 gemäß den 9 und 10 zwar ebenfalls einen Endanschlag 11 auf, dieser ist jedoch, wie dies deutlich den 10a und 10b zu entnehmen ist, einstückig mit der Innenwelle 2 ausgebildet, wodurch die Teilevielfalt nochmals reduziert und der Zusammenbau der erfindungsgemäßen Kopplungsvorrichtung 1 nochmals vereinfacht werden kann. In diesem Fall ist der Endanschlag 11 aus demselben Material ausgebildet wie die Innenwelle 2, während dies bei einer Ausführungsform gemäß den 7 und 8 nicht zwingend der Fall sein muss, so dass der Endanschlag 11 bspw. aus Kunststoff ausgebildet sein kann.
Mit der erfindungsgemäßen Kopplungsvorrichtung 1 lässt sich insbesondere eine deutlich verbesserte Dämpfungsfunktion sowie eine vereinfachte und damit optimierte Montage erreichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 69730933 T2 [0002]
- DE 10161555 A1 [0003]
- EP 1028046 A2 [0004]
- EP 0848175 B1 [0004]
- EP 1180465 A2 [0004]

Claims

Kopplungsvorrichtung (1), insbesondere für eine Fahrzeuglenkspindel, mit einer Innenwelle (2), einer die Innenwelle (2) in axialer Richtung zumindest abschnittsweise und koaxial umfassenden Außenwelle (3) und einer zwischen Innenwelle (2) und Außenwelle (3) angeordneten elastischen Schicht, dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Schicht als Dämpfungselement (4) ausgebildet und drehfest mit der Innenwelle (2) verbunden, insbesondere auf die aufgespritzt ist, und in der Art eines Außenmehrkants ausgebildet ist.
Kopplungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (4) in der Art eines Außensechskants ausgebildet ist
Kopplungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (4) aus Kunststoff, insbesondere aus einem Elastomer, ausgebildet ist
Kopplungsvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Außensechskant drei Radialeinschnitte (5, 5^I , 5^II ) aufweist, die jeweils an nicht direkt zueinander benachbarten Kanten (6) des Außensechskants angeordnet sind.
Kopplungsvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Außensechskant sechs Radialeinschnitte (5, 5^I , 5^II , 5^III , 5^IV , 5^V ) aufweist, die jeweils an direkt zueinander benachbarten Kanten (6) des Außensechskants angeordnet sind.
Kopplungsvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Außensechskant sechs Radialeinschnitte (5, 5^I , 5^II , 5^III , 5^IV , 5^V ) aufweist, die jeweils mittig an den Flächen (10) des Außensechskants angeordnet sind.
Kopplungsvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Innenwelle ein Kragen (7) ausgebildet ist, der axial beabstandet zu dem Dämpfungselement (4) angeordnet ist.
Kopplungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Endanschlag (11) vorgesehen ist der axial gegenüberliegend des Kragens (7) angeordnet ist und der dieselbe Außenmehrkantform aufweist, wie das Dämpfungselement (4).
Kopplungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Endanschlag (11) einen integralen Bestandteil der Innenwelle (2) bildet oder aus separat zu dieser ausgebildet ist.
Kopplungsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Endanschlag (11) einen Innenflachbereich (12') und die Innenwelle (2) einen komplementär dazu ausgebildeten Außenflachbereich (12) aufweist, über welche der Endanschlag (11) drehfest mit der Innenwelle (2) verbunden ist.
Kopplungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenwelle (3) einen zumindest zum Dämpfungselement (4) komplementären Innenmehrkant, insbesondere Innensechskant, aufweist.