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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen einer
Kontraktionskraft einer stoßabsorbierenden
Lenksäulenanordnung.
Das Verfahren wird dazu eingesetzt, die Belastung auf einen gewünschten
Wert einzustellen, welche zum Zusammenziehen der Gesamtlänge der
Lenkwelle während eines
Zusammenstoßes
oder eines Aufpralls erforderlich ist. Weiterhin wird ein Verfahren
zur Herstellung der stoßabsorbierenden
Lenksäulenanordnung angegeben,
welches das Verfahren zur Einstellung der Kontraktionskraft umfasst.
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Bei
einer Lenkvorrichtung für
Kraftfahrzeuge wird ein Lenkmechanismus zur Übertragung der Bewegung eines
Lenkrades auf ein Lenkgetriebe verwendet, siehe 8.
Die erste Lenkwelle 2, an deren oberem Endabschnitt ein
Lenkrad 1 befestigt ist, ist drehbeweglich in eine Lenksäule 3 eingeführt. Diese Lenksäule 3 ist
an der unteren Oberfläche
eines Armaturenbrettes 6 durch eine obere 4 und
untere 5 Stütze
befestigt. Der obere Endabschnitt einer zweiten Lenkwelle 8 ist über ein
erstes Universalgelenk 7 mit einem unteren Endabschnitt
der ersten Lenkwelle 2 verbunden, die über die untere Endöffnung der Lenksäule 3 vorsteht.
Weiterhin ist der untere Endabschnitt dieser zweiten Lenkwelle 8 über ein
zweites Universalgelenk 9 an eine dritte Lenkwelle 10 angeschlossen,
die zu einem Lenkgetriebe führt.
Bei dem so aufgebauten Lenkmechanismus wird die Bewegung des Lenkrades
auf das Lenkgetriebe über die
in die Lenksäule
eingeführte
erste Lenkwelle, das erste Universalgelenk, die zweite Lenkwelle,
das zweite Universalgelenk, und die dritte Lenkwelle übertragen,
um einen bestimmten Lenkwinkel bei den Rädern zu erzeugen.
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Bei
dem so aufgebauten Lenkmechanismus sind die Lenksäule und
die Lenkwellen normalerweise so ausgebildet, dass sie eine stoßabsorbierende Wirkung
aufweisen, wobei sich bei einem Stoß die Gesamtlänge verkürzt, um
den Fahrer bei einem Zusammenstoß zu schützen. Die in der japanischen
offengelegten Patentanmeldung
JP 8-91230 A beschriebene Anordnung ist als
derartige, mit einer stoßabsorbierenden
Wirkung versehene Lenkwelle bekannt. Die
10 bis
16 zeigen
eine solche herkömmliche
Lenkwelle, die in der genannten Anmeldung beschrieben ist, und die
17 bis
21 zeigen
ein Verfahren zur Herstellung der mit einer stoßabsorbierenden Wirkung versehenen
Lenkwelle, welches ebenfalls in der genannten Anmeldung
JP 8-91230 A beschrieben
ist.
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Die
mit einer stoßabsorbierenden
Wirkung versehene Lenkwelle 11 ist so aufgebaut, dass eine äußere Welle 12 und
eine innere Welle 13 miteinander so vereinigt sind, dass
sie in Axialrichtung relativ verschiebbar sind (in Richtung von
links nach rechts in 10), wodurch sich die Gesamtlänge der
Welle verkürzt,
wenn eine Stosskraft in Axialrichtung einwirkt. Die äußere Welle 12 insgesamt
ist rohrförmig ausgebildet,
und ihr einer Endabschnitt (der linke Endabschnitt in den 10 und 14)
wird gezogen, wodurch an diesem Endabschnitt ein Abschnitt 14 mit kleinem
Durchmesser entsteht. Eine Innenverzahnung 15 ist auf der
Innenumfangsoberfläche
dieses Abschnitts 14 mit kleinem Durchmesser vorgesehen. Die
innere Welle 13 insgesamt ist ebenfalls rohrförmig, und
ist an ihrem einen Endabschnitt (dem rechten Endabschnitt in den 10 und 11)
vergrössert,
wodurch ein Abschnitt 16 mit grossem Durchmesser entsteht.
Eine Aussenverzahnung 17 ist auf der Aussenumfangsoberfläche dieses
Abschnitts 16 mit grossem Durchmesser so ausgebildet, dass
sie mit der Innenverzahnung 15 im Eingriff steht.
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Weiterhin
ist der vordere Endabschnitt (der rechte Endabschnitt in den 10 und 11)
des Abschnitts 16 mit grossem Durchmesser in Umfangsrichtung
geringfügig
gedrückt,
wodurch ein erster verformter Abschnitt 18 mit elliptischem
Querschnitt über
eine Länge
L entsteht. Die Hauptachse d1 dieses ersten verformten Abschnitts 18 ist
grösser
als der Durchmesser d0 des Körperabschnitts
des Abschnitts 16 mit grossem Durchmesser, und die Nebenachse
d2 des ersten verformten Abschnitts ist kleiner als dieser Durchmesser
d0 (d1 > d0 > d2). Es wird darauf
hingewiesen, dass die Durchmesser des Abschnitts 16 mit
grossem Durchmesser, auf welchem die Aussenverzahnung 17 vorgesehen
ist, sämtlich
durch den Durchmesser (pcd) jenes Abschnitts der Verzahnung repräsentiert
werden, welcher einem Rollkreis entspricht.
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Andererseits
ist der vordere Endabschnitt (der linke Endabschnitt in den 10 und 14) des
Abschnitts 14 mit kleinem Durchmesser ebenfalls geringfügig in dessen
Durchmesserrichtung gedrückt,
wodurch ein zweiter verformter Abschnitt 19 mit elliptischem
Querschnitt über
der Länge
L entsteht. Die Hauptachse D1 dieses ersten verformten Abschnitts 19 ist
grösser
als der Durchmesser D0 des Körperabschnitts
des Abschnitts 14 mit kleinem Durchmesser, und die Nebenachse
D2 des zweiten verformten Abschnitts 19 ist kleiner als
dieser Durchmesser D0 (D1 > D0 > D2). Die Durchmesser
des Abschnitts 14 mit kleinem Durchmesser, auf welchem die
Innenverzahnung 14 vorgesehen ist, werden ebenfalls sämtlich durch
den Durchmesser (pcd) jenes Abschnitts der Verzahnung repräsentiert,
welcher einem Rollkreis entspricht.
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Der
Durchmesser D0 des Abschnitts 14 mit kleinem Durchmesser
ist geringfügig
größer als
der Durchmesser d0 des Abschnitts 16 mit großem Durchmesser
(D0 > d0), so dass
die Innenverzahnung 15 und die Aussenverzahnung 17 in
lockeren Eingriff miteinander gebracht werden, und zwar an Abschnitten
abgesehen von dem ersten und zweiten verformten Abschnitt 18 bzw. 19.
Allerdings ist die Hauptachse d1 des ersten verformten Abschnitts 18 geringfügig größer ausgebildet
als der Durchmesser D0 des Körperabschnitts
des Abschnitts 14 mit kleinem Durchmesser (d1 > D0), und ist die Nebenachse D2
des zweiten verformten Abschnitts 19 geringfügig kleiner
ausgebildet als der Durchmesser d0 des Körperabschnitts des Abschnitts 16 mit
großem
Durchmesser (D2 < d0).
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Die äußere Welle 12 und
die innere Welle 13 mit der voranstehend beschriebenen
Form werden wie in 10 gezeigt miteinander vereinigt,
um so eine Lenkwelle 11 mit stoßabsorbierender Wirkung zur
Verfügung
zu stellen. Genauer gesagt befindet sich der an einem Endabschnitt
der inneren Welle 13 vorgesehene Abschnitt 16 mit
grossem Durchmesser innerhalb des Abschnitts 14 mit kleinem
Durchmesser, der an einem Endabschnitt der äusseren Welle 12 vorgesehen
ist, und werden die Innenverzahnung 15 auf der Innenumfangsoberfläche des
Abschnitts 14 mit kleinem Durchmesser und die Aussenverzahnung 17 auf
der Aussenumfangsoberfläche
des Abschnitts 16 mit grossem Durchmesser miteinander in Eingriff
gebracht. In diesem Zustand wird der erste verformte Abschnitt 18,
der auf dem Vorderendabschnitt des Abschnitts mit grossem Durchmesser angeordnet
ist, in einen Basisendabschnitt (den rechten Endabschnitt in den 10 und 14)
des Abschnitts 14 mit kleinem Durchmesser eingedrückt, während er
elastisch (oder plastisch) verformt wird. Auch der zweite verformte
Abschnitt 19, der auf dem Vorderendabschnitt des Abschnitts 14 mit
kleinem Durchmesser vorgesehen ist, wird in einen Basisendabschnitt
(den linken Endabschnitt in den 10 und 11)
des Abschnitts 16 mit grossem Durchmesser eingedrückt, wobei
er ebenfalls elastisch (oder plastisch) verformt wird.
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In
dem Zustand, in welchem wie in 10 gezeigt
die äussere
Welle 12 und die innere Welle 13 miteinander kombiniert
sind, steht die Aussenumfangsoberfläche des ersten verformten Abschnitts 18 im
Reibungseingriff mit dem Innenumfangsabschnitts des Basisendab schnitts
des Abschnitts 14 mit kleinem Durchmesser, und steht die
Innenumfangsoberfläche
des zweiten verformten Abschnitts 19 im Reibungseingriff
mit dem Aussenumfangsabschnitt des Basisendabschnitts des Abschnitts 16 mit
großem Durchmesser.
Dies führt
dazu, dass die äußere Welle 12 und
die innere Welle 13 für
die Übertragung
einer Drehkraft zwischen den beiden Wellen 12 und 13 miteinander
gekuppelt sind, jedoch gegen eine Relativverschiebung in Axialrichtung
gesichert sind, solange keine hohe Kraft einwirkt.
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Wie
geschildert wird die Kupplung zwischen der äußeren Welle 12 und
der inneren Welle 13 dadurch erzielt, dass die ersten und
zweiten verformten Abschnitte 18 und 19, die auf
der äußeren Welle 12 aus
Metall und der inneren Welle 13 vorgesehen sind, in Presspassung
mit angepassten Teilen gebracht werden, und daher ist der Kupplungsabschnitt ausreichend
wärmebeständig, und
geschieht es niemals, dass die Haltekraft des Kupplungsabschnitts
in Abhängigkeit
von den Benutzungsbedingungen unzureichend wird. Weiterhin sind
der erste und zweite verformte Abschnitt 18 und 19 an
zwei axial beabstandeten Orten in dem Kupplungsabschnitt zwischen
der äußeren Welle 12 und
der inneren Welle 13 angeordnet, und daher wird auch eine
ausreichende Biegesteifigkeit des Kupplungsabschnitts zwischen der äußeren Welle 12 und
der inneren Welle 13 sichergestellt.
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Wenn
eine hohe Kraft in Axialrichtung bei einem Zusammenstoss einwirkt,
werden die äußere Welle 12 und
die innere Welle 13 in Bezug aufeinander in Axialrichtung
relativ verschoben, gegen eine Reibungskraft, die auf die Presspassungsabschnitte durch
den ersten und zweiten verformten Abschnitt 18 und 19 einwirkt,
wodurch die Gesamtlänge
der stoßabsorbierenden
Lenkwelle 11 verkürzt
wird. Im Falle einer derartigen, mit einer stoßabsorbierenden Lenkwelle 11 ausgestatteten
Vorrichtung ist die zur Verkürzung
der Gesamtlänge
erforderliche Kraft ausreichend, wenn sie die Reibungskraft überwindet,
die auf die voranstehend geschilderten zwei Presspassungsabschnitte
einwirkt. Eine Kontraktionskraft, die zur Verkürzung der Gesamtlänge der
mit einer stoßabsorbierenden
Wirkung versehenen Lenkwelle 11 erforderlich ist, ist daher
stabil, ohne zu groß zu
werden, wodurch wirksam verhindert wird, dass eine hohe Stoßkraft auf
den Körper
eines Fahrers einwirkt, der bei einem Zusammenstoß gegen
das Lenkrad aufgetroffen ist.
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Wenn
die äußere Welle 12 und
die innere Welle 13 miteinander vereinigt werden sollen,
um auf diese Weise eine derartige, mit einer stoßabsorbierenden Wirkung versehene
Lenkwelle 11 auszubilden, wie sie in 10 gezeigt
ist, werden zuerst die beiden Wellen 12 und 13 miteinander
vereinigt, wie in 17 gezeigt ist. Im einzelnen
werden die Innenverzahnung 15 und die Aussenverzahnung 17 in
Eingriff miteinander gebracht, durch den Vorderendabschnitt des
Abschnitts 14 mit kleinem Durchmesser und den Vorderendabschnitt
des Abschnitts 16 mit großem Durchmesser. Dann wird,
wobei die Verzahnungen 15 und 17 im Eingriff miteinander
bleiben, die Aussenumfangsoberfläche
des Abschnitts 14 mit kleinem Durchmesser in dessen Durchmesserrichtung
nach innen druckbeaufschlagt. Ein Paar Druckstücke 20 und 20 werden
nämlich
um den Vorderendabschnitt des Abschnitts 14 mit kleinem
Durchmesser und den Vorderendabschnitt des Abschnitts 16 mit
großem
Durchmesser herum angeordnet, und die beiden Druckstücke 20 und 20 werden
nahe zusammengebracht, um so die Aussenumfangsoberfläche des
Abschnitts 14 mit kleinem Durchmesser mit einem hohen Druck
zu beaufschlagen. Die Innenseitenoberflächen dieser Druckstücke 20 und 20,
die an der Aussenumfangsoberfläche
des Abschnitts 14 mit kleinem Durchmesser anliegen, sind
mit Ausnehmungen 21 und 21 mit kreisringförmigem Querschnitt versehen,
die in enger Berührung
mit dieser Aussenumfangsoberfläche
stehen.
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Spalte 22 und 22 mit
einer Dicke 6 werden zwischen den Endoberflächen der
beiden Druckstücke 20 und 20 ausgebildet,
wobei die Ausnehmungen 21 und 21 in leichter Berührung mit
der Aussenumfangsoberfläche
des Abschnitts 14 mit kleinem Durchmesser stehen. Weiterhin
werden diese Druckstücke 20 und 20 kräftig in
Richtung zueinander gedrückt,
durch ein nicht gezeigtes Druckgerät, beispielsweise einen Hydraulikmechanismus.
So werden, wie in 19 gezeigt, die beiden Druckstücke 20 und 20 aufeinanderzubewegt,
bis die Dicke der Spalte 22 und 22 den Wert Null
annimmt, und die Querschnittsform des Vorderendabschnitts des Abschnitts 14 mit
kleinem Durchmesser wird plastisch zu einer elliptischen Form verformt,
wie in 19 gezeigt ist. Weiterhin wird
der Vorderendabschnitt des Abschnitts 16 mit grossem Durchmesser,
der in den Vorderendabschnitt des Abschnitts 14 mit kleinem Durchmesser
eingeführt
ist, ebenfalls in derselben Richtung durch die beiden Verzahnungen 15 und 17 gedrückt. Dann
wird auch die Querschnittsform des Vorderendabschnitts dieses Abschnitts
mit grossem Durchmesser plastisch zu einer elliptischen Form verformt,
wie in 19 gezeigt ist.
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Auf
diese Weise werden der Vorderendabschnitt des Abschnitts 14 mit
kleinem Durchmesser und der Vorderendabschnitt des Abschnitts 16 mit grossem
Durchmesser nach innen in Durchmesserrichtung gedrückt, und
werden die Querschnittsformen dieser beiden Vorderendabschnitte
plastisch zu einer elliptischen Form verformt, worauf die äussere Welle 12 und
die innere Welle 13 in Bezug aufeinander zueinander hin
in Axialrichtung verschoben werden. Nachdem nämlich diese beiden Wellen 12 und 13 aus
den beiden Druckstücken 20 und 20 herausgenommen
wurden, wird die äussere
Welle 12 nach links in 17 in
Bezug auf die innere Welle 13 verschoben, wogegen die innere
Welle 13 in 17 nach rechts in Bezug auf
die äussere
Welle 12 verschoben wird. Dann wird, wie in 10 gezeigt,
der Vorderendabschnitt des Abschnitts 14 mit kleinem Durchmesser
in Presspassung in den Basisendabschnitt des Abschnitts 16 mit
grossem Durchmesser eingepasst, wogegen der Vorderendabschnitt des
Abschnitts 16 mit grossem Durchmesser in Presspassung in
den Basisendabschnitt des Abschnitts 14 mit kleinem Durchmesser
eingepasst wird. Der mittlere Abschnitt des Abschnitts 14 mit
kleinem Durchmesser und der mittlere Abschnitt des Abschnitts 16 mit
grossem Durchmesser, die durch die Druckstücke 20 und 20 nicht
plastisch verformt werden, stehen in lockerem Eingriff miteinander.
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Bei
der in der voranstehend geschilderten offengelegten japanischen
Patentanmeldung
JP 8-91230
A beschriebenen Anordnung werden, wie in
20 gezeigt,
die Innenoberflächen
von Druckstücken
20a und
20a für die plastische
Verformung der Vorderendabschnitte (vgl.
17) des
Abschnitts mit kleinem Durchmesser und des Abschnitts mit grossem
Durchmesser, die miteinander in Eingriff stehen, nicht mit den Ausnehmungen
21 und
21 (
18 und
19)
versehen, sondern als einfache, ebene Oberflächen ausgebildet. Anderenfalls
werden, wie in
21 gezeigt, zwei Druckstücke
20b und
20b in Form
eines V-Blocks ausgebildet, so dass die Druckstücke
20b und
20b die
Vorderendabschnitte (vgl.
17) des
Abschnitts
14 mit kleinem Durchmesser und des Abschnitts
16 mit
großem
Durchmesser, die miteinander in Eingriff stehen, jeweils an zwei
Orten druckbeaufschlagen, also an insgesamt vier Orten.
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Bei
einer mit einer stoßabsorbierenden
Wirkung versehenen Lenkwelle 11, die tatsächlich in
ein Fahrzeug eingebaut ist, muss die Last, die zur Verkürzung der
Gesamtlänge
erforderlich ist, auf einen gewünschten
Wert eingestellt werden. Wenn nämlich ein
sogenannter sekundärer
Zusammenstoss auftritt, bei welchem der Körper eines Fahrers mit dem
Lenkrad (8) zusammenstößt, da das
Fahrzeug einen Zusammenstoss oder einen Aufprall erfährt, wird
das Lenkrad 1 nach vorn verschoben, während die mit einer stoßabsorbierenden
Wirkung versehene Lenkwelle 11 und die Lenksäule 3 verkürzt werden (8).
Um eine derartige Vorwärtsverschiebung des
Lenkrades 1 glatt durchzuführen, während der Stoss aufgefangen
wird, der auf den Körper
des Fahrers einwirkt, ist es erforderlich, die Last, die zum Zu sammenziehen
der mit einer stoßabsorbierenden Wirkung
versehenen Lenkwelle 11 und der Lenksäule 3 erforderlich
ist, auf einen gewünschten
Wert einzustellen.
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Weiterhin
ist es erforderlich, eine hohe Biegesteifigkeit der Lenkwelle 11 und
der Lenksäule 3 zu erzielen.
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Wie
voranstehend geschildert wird bei der in der japanischen offengelegten
Patentanmeldung
JP 8-91230
A gechilderten Anordnung eine Druckbeaufschlagung der Druckstücke
20,
20;
20a,
20a und
20b,
20b mit
konstantem Betrag oder konstanter Länge der Spalte δ durchgeführt.
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Bei
dieser Vorgehensweise treten jedoch gewisse Schwankungen der erhaltenen
Last für
das Einfahren auf, und schwankt auch die Biegesteifigkeit oder ist
nicht stabil.
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Unter
Berücksichtigung
dieser Umstände wurden
mit dem Verfahren entsprechend der früheren Offenbarung gemäß den 17 bis 21 Versuche
zur Einstellung der Kontraktionskraft durchgeführt. Dabei ergab sich, dass
eine unterschiedliche Form der Druckstücke 20, 20a und 20b einen
starken Einfluss auf die erhaltene Kontraktionskraft der stoßabsorbierenden
Lenkwelle hat, was zu der vorliegenden Erfindung führte. Anders
ausgedrückt,
besteht ein Vorteil des Verfahrens zur Einstellung der Kontraktionskraft
einer stoßabsorbierenden
Lenksäulenanordnung
gemäß der vorliegenden
Erfindung in der Erzielung einer Lenkeinrichtung, welche wirksam
einen Fahrer während
eines sekundären
Zusammenstoßes
dadurch schützen
kann, dass die Kraft, die zum Zusammenziehen der voranstehend geschilderten
stoßabsorbierenden
Lenksäulenanordnung
auf einen gewünschten
Wert einstellbar ist.
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Das
Verfahren zur Einstellung der Kontraktionskraft wird in Anspruch
1 wiedergegeben und ein Verfahren zur Herstellung der Lenksäulenanordnung wird
im Anspruch 2 angegeben.
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Die
Erfindung wird nachstehend näher
erläutert.
Es zeigt:
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1 eine
Teilquerschnittsansicht eines ersten Halbschrittes einer Lenksäulenanordnung;
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2 eine
Querschnittsansicht entlang der Linie A-A von 1;
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3 eine
Teilquerschnittsansicht eines zweiten Halbschrittes der Lenksäulenanordnung;
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4 eine
Teilquerschnittsansicht mit einer Darstellung des Zustands, in welchem
infolge eines Zusammenstossunfalls sich eine Welle zusammengezogen
hat;
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5 ein
Diagramm mit einer Darstellung der Beziehung zwischen einer Andrucklast
und einer Zusammenziehlast, wenn die Zusammenziehlast bzw. Kontraktionskraft
nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
eingestellt wird;
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6 ein
Diagramm mit einer Darstellung der Beziehung zwischen dem Ausmaß des Zusammenziehens
und einer Zusammenziehlast einer stoßabsorbierenden Lenkwelle,
die mit Einstellung der Zusammenziehlast bzw. Kontraktionskraft
gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellt wird;
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7 ein
Diagramm mit einer Darstellung der Beziehung zwischen dem Ausmaß des Zusammenziehens
und einer Zusammenziehlast einer stoßabsorbierenden Lenkwelle,
die durch ein anderes Verfahren als jenes gemäß der vorliegenden Erfindung
hergestellt wird;
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8 eine
Seitenansicht eines Beispiels für den
Lenkmechanismus, der eine Lenkwelle mit stoßabsorbierender Wirkung aufweist,
und bei welchem die vorliegende Erfindung eingesetzt werden soll;
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9 eine
Teilquerschnittsansicht einer weiteren Lenksäulenanordnung;
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10 eine
Querschnittsansicht wesentlicher Abschnitte eines Aufbaus nach dem
Stand der Technik;
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11 eine
Querschnittsansicht einer inneren Welle, die bei der Anordnung nach
dem Stand der Technik eingesetzt werden soll;
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12 eine
Querschnittsansicht entlang der Linie B-B von 11;
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13 eine
Querschnittsansicht entlang der Linie C-C von 11;
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14 eine
Querschnittsansicht einer äußeren Welle,
die bei der Anordnung nach dem Stand der Technik eingesetzt werden
soll;
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15 eine
Querschnittsansicht entlang der Linie D-D von 14;
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16 eine
Querschnittsansicht entlang der Linie E-E von 14;
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17 eine
Querschnittsansicht wesentlicher Abschnitte zur Verdeutlichung eines
Schrittes eines ersten bekannten Verfahrens zur Herstellung einer
stoßabsorbierenden
Lenkwelle;
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18 eine
Querschnittsansicht entlang der Linie F-F von 17 in
einem Zustand vor einer plastischen Verformung;
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19 eine
Querschnittsansicht entsprechend 18 in
einem Zustand nach einer plastischen Verformung;
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20 eine
Querschnittsansicht entsprechend 18, wobei
ein Schritt eines zweiten bekannten Verfahrens zur Herstellung einer
stoßabsorbierenden
Lenkwelle gezeigt ist; und
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21 eine
Querschnittsansicht wie in 18, zur
Verdeutlichung eines Schrittes eines dritten bekannten Verfahrens
zur Herstellung einer derartigen Lenkwelle.
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In 8 der
beigefügten
Zeichnungen ist ein Lenkmechanismus dargestellt, welcher zur Übertragung
der Bewegung eines Lenkrades auf ein Lenkgetriebe verwendet wird,
und bei welchem eine Säulenanordnung
mit stoßabsorbierender
Lenksäule
eingesetzt wird. Die erste Lenkwelle 2, an deren oberem Endabschnitt
ein Lenkrad 1 befestigt ist, ist drehbeweglich in eine
Lenksäule 3 eingeführt. Diese
Lenksäule 3 ist
an der unteren Oberfläche
eines Armaturenbretts 6 durch obere und untere Stützen 4 und 5 befestigt.
Der obere Endabschnitt einer zweiten Lenkwelle 8 ist über ein
erstes Universalgelenk 7 mit einem unteren Endabschnitt
der ersten Lenkwelle 2 verbunden, der aus der unteren Endöffnung der Lenksäule 3 vorspringt.
Weiterhin ist der untere Endabschnitt dieser zweiten Lenkwelle 8 über ein
zweites Universalgelenk 9 mit einer dritten Lenkwelle 10 verbunden,
die zu einem (nicht gezeigten) Lenkgetriebe führt. Bei dem so aufgebauten
Lenkmechanismus wird die Bewegung des Lenkrades 1 an das Lenkgetriebe über die
in die Lenksäule 3 eingeführte erste
Lenkwelle 2, das erste Universalgelenk 7, die zweite
Lenkwelle 8, das zweite Universalgelenk 9 und
die dritte Lenkwelle 10 übertragen, um einen bestimmten
Lenkwinkel bei den Rädern
einzustellen.
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Bei
dem wie voranstehend geschilderten aufgebauten Lenkmechanismus ist
eine Lenksäulenanordnung,
etwa die Lenksäule 3 und
die Lenkwelle 2, 8 oder 10, normalerweise
mit einer stoßabsorbierenden
Wirkung ausgestattet, durch welche die Gesamtlänge bei einem Stoss verkürzt wird,
um einen Fahrer während
eines Zusammenstosses oder Aufpralls zu schützen.
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Die 1 bis 4 zeigen
ein Beispiel für das
Verfahren zur Einstellung einer Kontraktionskraft einer stoßabsorbierenden
Lenksäulenanordnung. Eine
stoßabsorbierende
Lenkwelle oder Säulenanordnung 11 entspricht
der Lenkwelle 2 in 8. Der grundlegende
Aufbau der Säulenanordnung 11 selbst,
für welche
eine Kontraktionskraft durch das Verfahren gemäss der vorliegenden Erfindung
eingestellt wird, ist ebenso wie bei der konventionellen stoßabsorbierenden
Lenkwelle, die voranstehend auf der Grundlage der 10 bis 16 beschrieben wurde.
Der grundlegende Mechanismus des Verfahrens zur Herstellung dieser
stoßabsorbierenden Lenkwelle 11 selbst
ist ebenso wie bei dem herkömmlich
bekannten Verfahren zur Herstellung einer stoßabsorbierenden Lenkwelle,
die voranstehend anhand der 17 bis 21 beschrieben
wurde. Genauer gesagt werden gemäss
der vorliegenden Erfindung die Druckstücke 20 und 20,
welche die Ausnehmungen 21 und 21 mit Kreisbogenform
aufweisen, wie voranstehend anhand der 18 und 19 beschrieben,
oder die Druckstücke 20b und 20b in
Form eines V-förmigen
Blocks, wie in 21 gezeigt, nicht verwendet,
sondern es werden statt dessen Druckstücke mit ebenen Andruckabschnitten eingesetzt,
wie sie in 20 gezeigt sind. Allerdings wird
zwischen den Druckstücken
ein ausreichender Spalt ausgebildet, um die beiden Druckstücke zusammenzudrücken, wodurch
die Druckbeaufschlagungslast eingestellt werden kann. Im einzelnen
können
im Falle der in 20 gezeigten Druckstücke die beiden
Druckstücke 20 und 20 gegeneinander
um den Betrag der Dicke delta der Spalte 22 und 22 verschoben
werden, die zwischen den beiden Druckstücken vorhanden sind, jedoch
ist bei den Druckstücken,
die für
das Verfahren gemäss
der vorliegenden Erfindung verwendet werden, dazwischen eine ausreichende
Entfernung vorgesehen, so dass die Druckbeaufschlagungslast frei
einstellbar oder änderbar
ist.
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Um
das Verfahren zur Einstellung einer Kontraktionskraft einer stoßabsorbierenden
Lenk säulenanordnung
gemäß der vorliegenden
Erfindung durchzuführen,
werden zuerst eine Innenverzahnung 15 und eine Aussenverzahnung 17,
die auf der Umfangsoberfläche
der Welle oder des Säulenteils 12 bzw. 13 vorgesehen
sind, zuerst miteinander an einem Vorderendabschnitt in Eingriff
gebracht (dem linken Endabschnitt in den 1, 3 und 4), der
ein Endabschnitt der äusseren
Säulenteilwelle 12 ist,
und an einem hinteren Endabschnitt (dem rechten Endabschnitt in
den 1, 3 und 4), der
ein Endabschnitt des inneren Säulenteils
oder der inneren Welle 13 ist, wie in 1 dargestellt
ist. In dem Zustand, in welchem diese beiden Verzahnungen 15 und 17 miteinander
im Eingriff stehen, wird die Aussenumfangsoberfläche des äusseren Säulenteils oder der äusseren
Welle 12 nach innen in ihrer Durchmesserrichtung druckbeaufschlagt,
durch zwei Druckstücke 20a' und 20a', die gegeneinander
verschoben werden, wie in den 1 und 2 gezeigt ist.
Der Vorderendabschnitt der äusseren
Welle 12 und der hintere Endabschnitt der inneren Säulenteilwelle 13 werden
daher in Durchmesserrichtung durch die Druckstücke 20a' und 20a' druckbeaufschlagt, so dass die
Querschnitte dieser beiden Endabschnitte jeweils zu einer elliptischen
Form plastisch verformt werden. Die Formen der Ellipsen wurden voranstehend
anhand von 19 erläutert, obwohl die verwendeten
Druckstücke 20a' und 20a' sich von jenen
unterscheiden, die in 19 verwendet wurden.
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Insbesondere
wird für
das Verfahren zur Einstellung einer Kontraktionskraft einer stoßabsorbierenden
Lenkwelle gemäß der vorliegenden
Erfindung ein Paar von Druckstücken,
bei welchem die Andruckoberflächen 23 und 23 eben
sind und parallel zueinander verlaufen, als das voranstehend erwähnte Paar
von Druckstücken 20a' und 20a' verwendet. Während diese
beiden Andruckoberflächen 23 und 23 parallel
zueinander gehalten werden, werden die beiden voranstehend geschilderten
Druckstücke 20a' und 20a' nahe aneinander
gebracht. Wie voranstehend erwähnt
ist die Entfernung zwischen den Druckstücken 20a' und 20a' ausreichend
groß,
so dass die Andrucklast einstellbar ist.
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Wenn
die Querschnitte des Vorderendabschnitts der äußeren Welle 12 und
des hinteren Endabschnitts der inneren Welle 13 auf diese
Art und Weise jeweils zu einer Ellipsenform durch die beiden Druckstücke 20a' und 20a' verformt werden,
werden die äußere Welle 12 und
die innere Welle 13 dazu gezwungen, sich in Richtung aufeinander
zu verschieben. Dann werden, wie in 3 gezeigt,
der vordere Endabschnitt der äußeren Welle
und der hintere Endabschnitt der inneren Welle 13 so angeordnet,
dass sie einander nur um eine gewünschte Länge L in Axialrichtung überlappen.
Diese gewünschte
Länge L
ist die norma le Befestigungslänge,
in welcher die voranstehend erwähnte äussere Welle 12 und
innere Welle 13 aneinander im Normalzustand befestigt werden (in
einem Zustand, in welchem kein Zusammenstossunfall aufgetreten ist).
Bei einem sekundären
Zusammenstoss ist, wie in 4 gezeigt,
die Befestigungslänge
zwischen der äusseren
Welle 12 und der inneren Welle 13 grösser als
die voranstehend erwähnte normale
Befestigungslänge
L, so dass die Gesamtlänge
der voranstehend geschilderten Lenkwelle 11 verkürzt wird.
Bei dem Verfahren zur Einstellung einer Kontraktionskraft einer
stoßabsorbierenden Lenkwelle
gemäss
der vorliegenden Erfindung wird die Andrucklast, um die beiden voranstehend
geschilderten Druckstücke 20a und 20a' nahe zueinander
zu bringen, geändert,
um die Kontraktionskraft zum Zusammenziehen der Gesamtlänge der
voranstehend geschilderten Lenkwelle 11 auf einen gewünschten
Wert einzustellen.
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Wenn,
wie sich bei den von den vorliegenden Erfindern durchgeführten Versuchen
herausgestellt hat, zwei Druckstücke,
deren Andruckoberflächen 23 und 23 eben
und parallel zueinander angeordnet sind, als die beiden Druckstücke 20a' und 20a' verwendet werden,
und diese Druckstücke 20a' und 20a' nahe zueinander
gebracht werden, während
die beiden Andruckoberflächen 23 und 23 parallel
zueinander gehalten werden, ist die Beziehung zwischen der Andrucklast,
die dazu dient, die beiden Druckstücke 20a' und 20a' nahe zueinander zu bringen, und der
voranstehend erwähnten
Kontraktionskraft so, wie in 5 gezeigt
ist. Wie deutlich aus 5 hervorgeht, sind die Andrucklast
und die Kontraktionskraft im Wesentlichen proportional zueinander.
Daher ist es möglich,
die Zusammenziehlast bzw. Kontraktionskraft durch Einstellung der
Andrucklast auf einen gewünschten
Wert einzustellen. Es wird darauf hingewiesen, dass die in 5 gezeigte
Zusammenziehlast eine Last ist, die dazu erforderlich ist, das Zusammenziehen
der stoßabsorbierenden
Lenkwelle 11 in Gang zu setzen, bei welcher die äussere Welle 12 und
die innere Welle 13 aneinander nur über die voranstehend geschilderte
normale Befestigungslänge
L befestigt sind, um die Befestigungslänge der Wellen 12 und 13 zu
vergrössern.
Der Begriff Zusammenziehlast ist äquivalent zu der Bezeichnung
Kontraktionskraft zu verstehen.
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Bei
von den vorliegenden Erfindern durchgeführten Versuchen hat sich ergeben,
dass dann, wenn ein Eingriffsabschnitt zwischen der äusseren Welle 12 und
der inneren Welle 13 durch die Druckstücke 20a' und 20a' plastisch verformt wurde, welche
die beiden ebenen Oberflächen 22 und 22 parallel
zueinander als Andruckoberflächen
aufweisen, die Andrucklast und die Kontraktionskraft im Wesentlichen
proportional zueinander waren. Wenn dagegen die Druckstücke 20 und 20,
welche die Ausnehmungen 21 und 21 mit Kreisbogenform
aufweisen, die in den 18 und 19 gezeigt
sind, oder die Druckstücke 20b und 20b in
Form eines V-Blocks gemäss 21 verwendet
wurden, so stellte sich heraus, dass die Andrucklast und die Kontraktionskraft keine
Proportionalität
aufwiesen, so dass es schwierig war, die Kontraktionskraft durch
die Andrucklast einzustellen.
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Bei
dem Verfahren zur Einstellung der Kontraktionskraft einer stoßabsorbierenden
Lenkwelle gemäss
der vorliegenden Erfindung, welches wie voranstehend geschildert
durchgeführt
wird, kann die Kraft, die zum Zusammenziehen einer stoßabsorbierenden
Lenkwelle 11 erforderlich ist, auf einen gewünschten
Wert eingestellt werden, um so eine Lenkeinrichtung zu erzielen,
die den Fahrer bei einem sekundären
Zusammenstoß wirksam
schützen
kann. Darüber
hinaus ist die Biegesteifigkeit des verbundenen Abschnitts zwischen
der äusseren
Welle 12 und der inneren Welle 13, wenn die beiden
Wellen aneinander nur über
die voranstehend geschilderte normale Befestigungslänge L befestigt
werden, höher (grösser), um
so zu verhindern, dass dieser verbundene Abschnitt im Normalzustand
wackelig ist. Die Gründe
hierfür
werden unter Bezugnahme auf die 6 und 7 beschrieben.
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Wie
voranstehend geschildert sind bei der Lenkwelle 11, die
beiden Wellen 12 und 13 aufeinander zu verschieben,
wie in 3 gezeigt ist, nachdem die Querschnittsformen
des Endabschnitts der äusseren
Welle 12 und des Endabschnitts der inneren Welle 13 plastisch
verformt wurden, in dem Zustand, in welchem der Endabschnitt der äusseren Welle 12 und
der Endabschnitt der inneren Welle 13 miteinander in Eingriff
gebracht wurden, wie in 1 gezeigt ist. Aus diesem Grund
sind diese beiden Wellen 12 und 13 fest aneinander
an zwei Orten befestigt, die in Axialrichtung auseinanderliegen,
wie aus 3 hervorgeht, und wird die Festigkeit
der Befestigung im mittleren Abschnitt zwischen diesen beiden Orten
sehr gering. Um daher die Biegesteifigkeit des verbundenen Abschnitts
zwischen den beiden Wellen 12 und 13 zu erhöhen ist
es erforderlich, die Festigkeit der Befestigung an diesen beiden
Orten zu erhöhen.
Da diese befestigten Abschnitte an den beiden Orten dadurch ausgebildet
werden, dass ein erster verformter Abschnitt 18 und zweiter
verformter Abschnitt 19, die gleichzeitig plastisch verformt
wurden, voneinander in Axialrichtung entfernt gehalten werden (wie
in 3 gezeigt ist), muss die Festigkeit der Befestigung
an den voranstehend geschilderten zwei Orten gleich sein, um die
Festigkeit der Befestigung an jedem der beiden Orte zu erhöhen.
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Daher
haben die vorliegenden Erfinder Versuche durchgeführt, um
das Ausmass des Einflusses einer unterschiedlichen Form bei den
Druckstücken 20, 20a und 20b,
die voranstehend geschildert wurden, auf die Festigkeit der Befestigung
des befestigten Abschnitts der Lenkwelle 11 zu ermitteln.
Hierbei ergab sich, dass dann, wenn der Eingriffsabschnitt zwischen
der äusseren
Welle 12 und der inneren Welle 13 durch die Druckstücke 20a' und 20a' plastisch verformt
wird, deren Andruckoberflächen 23 und 23 eben
und parallel zueinander ausgebildet sind, die Beziehung zwischen
dem Ausmass des Zusammenziehens und einer Kontraktionskraft der Lenkwelle 11 so
wie in 6 gezeigt ist. In 6 ist das
Ausmass des Zusammenziehens auf der Abszisse aufgetragen, und die
Zusammenziehlast bzw. Kontraktionskraft auf der Ordinate. Der Wert
Null der Abszisse gibt die Position jenes Zustands an, in welchem
die äussere
Welle 12 und die innere Welle 13 voneinander getrennt
sind, während
der Eingriffsabschnitt zwischen der äusseren Welle 12 und
der inneren Welle 13 plastisch verformt bleibt, wie in 1 (oder 17)
gezeigt ist. Weiterhin gibt die Position der normalen Befestigungslänge L auf
der Abszisse die Position eines Zustands an, in welchem die beiden
Wellen 12 und 13 im normalen Benutzungszustand
aneinander befestigt sind.
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Weiterhin
gibt die Position des Punktes P auf der Abszisse die Position eines
Zustands an, in welchem die voranstehend geschilderte Lenkwelle 11 sich
zusammengezogen hat, infolge einer derartigen Kontraktionskraft,
wie sie während
eines Zusammenstossunfalls auftritt, so dass der zweite verformte Abschnitt 19,
der auf dem einen Endabschnitt der inneren Welle 13 vorgesehen
ist, aus der Innenverzahnung 15 der äusseren Welle 12 herausgelangt
ist. In diesem Zustand, der durch die Position des Punktes P angezeigt
wird, umfasst die Kontraktionskraft, die zum Zusammenziehen der
Lenkwelle 11 erforderlich ist, nur die Kraft zum Festhalten
des zusammengebauten Abschnitts zwischen dem zweiten verformten Abschnitt 19,
der auf dem einen Endabschnitt der äusseren Welle 12 vorgesehen
ist, und der Aussenverzahnung 17 auf der Aussenumfangsoberfläche der
inneren Welle 13. Wenn daher die Zusammenziehlast alpha
an diesem Punkt P etwa die Hälfte
der Zusammenziehlast an der Position der voranstehend erwähnten normalen
Befestigungslänge
L beträgt,
ist die Festigkeit der Befestigung an den voranstehend geschilderten
zwei Orten im wesentlichen gleich. Bei den vorliegenden Erfindern
durchgeführten
Versuchen stellte sich heraus, dass die Zusammenziehlast alpha an
der Position P im wesentlichen gleich der Zusammenziehlast beta
ist, welche gegenüber
der normalen Befestigungslänge
L zum Punkt P hin abgenommen hat (alpha = beta), und dass die Festigkeit
der Befestigung an den voranstehend geschilderten zwei Orten im
wesentlichen gleich ist.
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Wenn
andererseits die Druckstücke 20 und 20 verwendet
wurden, welche die in den 18 und 19 gezeigten,
kreisbogenförmigen
Ausnehmungen 21 und 21 aufweisen, oder die Druckstücke 20b und 20b in
Form eines V-förmigen
Blocks, wie in 21 gezeigt, um die Lenkwelle 11 auszubilden,
so gab es einen beträchtlichen
Unterschied einer Zusammenziehlast alpha an einem Abschnitt entsprechend
der Position des Punktes P und einer Zusammenziehlast beta', welche verringert
wurde, von einem Abschnitt entsprechend der normalen Befestigungslänge L zu
einem Abschnitt entsprechend der Position des Punktes P, und dieser
Unterschied ist in 7 gezeigt. Eine große Differenz
zwischen den beiden Lasten alpha' und
beta' wie voranstehend
erwähnt
bedeutet, dass die Festigkeit der Befestigung des Befestigungsabschnitts
zwischen der äußeren Welle 12 und
der inneren Welle 13 klein ist.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass bei der in den Figuren dargestellten
Anordnung der Abschnitt 14 mit kleinem Durchmesser auf
dem Endabschnitt der äußeren Welle 12 vorgesehen
ist, wogegen der Abschnitt 16 mit großem Durchmesser nicht auf dem Endabschnitt
der inneren Welle 13 angeordnet ist. Statt dessen ist die
Länge in
Axialrichtung der Aussenverzahnung 17, die auf der Aussenumfangsoberfläche des
Endabschnitts dieser Innenwelle 13 vorgesehen ist, ausreichend
sichergestellt. Jedoch muss der Aufbau dieses Teils entsprechend
dem Ausmass des Zusammenziehens (Hub) erfolgen, welches für die Lenkwelle 11 erforderlich
ist. Weiterhin können
in dem Zustand, in welchem ein Ende der äusseren Welle 12 und
ein Ende der inneren Welle 13 miteinander in Eingriff gebracht
wurde, die ebenen Oberflächen 23 und 23 der
beiden Druckstücke 20a' und 20a', welche diese
beiden Wellen 12 und 13 in Richtung des Durchmessers
nach innen druckbeaufschlagen, zufriedenstellend eingesetzt werden,
soweit deren Abschnitte, welche die Aussenumfangsoberfläche der äusseren
Wellen 12 berühren,
im wesentlichen eben sind, also auch, wenn diese Abschnitte geringfügig gekrümmt sind.
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9 zeigt
eine weitere Lenksäulenanordnung,
bei welcher eine innere Welle 113 massiv ist, mit Ausnahme
eines rechten Endabschnitts, der dadurch rohrförmig ausgebildet ist, dass
ein Axialloch 113a vorgesehen ist. Der übrige Aufbau bei dieser Abänderung
ist ebenso wie bei der geschilderten vohergehenden Lenksäulenanordnung.
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Um
eine derartige massive innere Welle oder ein Säulenteil herzustellen wird
eine solide Welle oder ein Säulenteil
zuerst mit einer Aussenverzahnung durch Walzen oder Pressen versehen,
und daraufhin wird ein Axialloch 113a an einem Ende des massiven
Wellenteils hergestellt.
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Das
Verfahren zur Einstellung einer Kontraktionskraft einer stoßabsorbierenden
Lenksäulenanordnung
wird wie voranstehend geschildert durchgeführt, und daher kann mit diesem
Verfahren erzielt werden, dass eine Lenkeinrichtung zur Verfügung gestellt
wird, die einen Fahrer während
eines sekundären
Zusammenstosses wirksam schützen
kann.
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Das äußere und
ebenso das innere Säulenteil,
dessen Außen-
und Innengewinde durch Drücken
einer Gewindeschneidbacke an einer Säule oder umgekehrt hergestellt
wird, weist bessere Eigenschaften in Bezug auf die Oberflächenrauhigkeit auf
als ein entsprechendes Teil, welches durch Walzen oder eine ähnliche
Bearbeitung hergestellt wird, so dass geringere Schwankungen der
Kontraktionskraft einer stoßabsorbierenden
Lenkwelle oder einer Säulenanordnung
auftreten, die erhalten wird, so dass stabilere Eigenschaften der
Lenksäulenanordnung
erzielt werden können.