DE60008349T2

DE60008349T2 - Lösbare schnellverschlussverbindung für eine teleskopische welle

Info

Publication number: DE60008349T2
Application number: DE60008349T
Authority: DE
Inventors: C. Gordon BUTTERFIELD; D. Allan COX; C. Giovanni ALBINI
Original assignee: Torrington Co
Current assignee: Timken US LLC
Priority date: 1999-09-16
Filing date: 2000-09-05
Publication date: 2004-12-02
Anticipated expiration: 2020-09-06
Also published as: DE60008349D1; CA2359484A1; US20020074466A1; EP1131238B1; EP1131238A1; WO2001019661A1; US20010011693A1; US6550727B2

Description

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf in der Länge einstellbare Wellen und insbesondere auf schnell veränderbare teleskopische Wellen mit positiver Verriegelung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und wie aus DE-A-30 33 398 bekannt.
Es gibt unzählige Anwendungen in vielen verschiedenen Gebieten für in der Länge einstellbare Wellen mit positiven Verriegelungsmerkmalen. Eine solche Anwendung besteht in teleskopischen einstellbaren Lenksäulen von Motorfahrzeugen, bei denen es erwünscht ist, in der Lage zu sein, schnell die Länge der Lenksäule zu verändern und sie in der gewählten Stellung positiv zu verriegeln.
Viele in der Länge einstellbare Wellen haben eine schnell veränderbare Fähigkeit, die auf Reibungs-Verriegelungs-Mechanismen beruht, ähnlich zu Spannhülsen, bei denen ein abgeschrägter Ring auf ein mit einem Schlitz versehenes Rohrglied aufgeschraubt wird, um ein dazu passendes Rohr oder eine Welle durch Reibungseingriff in der richtigen Position innerhalb des mit dem Schlitz versehenen Rohres zu verriegeln. Diese Anordnungen sind recht wirksam, aber sie bieten eine Klemmkraft, die durch die Sorgfältigkeit der Bedienungsperson beim Festziehen des mit Gewinde versehenen Rings begrenzt ist wie auch durch Verschleiß und Verunreinigung der Klemmoberflächen. Auch bieten diese Anordnungen nicht eine positive Verriegelung, da die Klemmkraft durch eine große axiale Last auf die Welle überwunden werden kann.
Viele andere gegenwärtige Wellen haben Einstellverriegelungen mit Zahnstange und Klinke, bei denen eine Klinke von einer Zahnstange an dem gleitenden Glied der Welle wegge schwenkt wird, um eine Änderung der Länge zu ermöglichen. Nach dem Lösen schwenkt die Klinke zurück in Eingriff mit der Zahnstange durch Federwirkung, um die Welle in ihrer Stellung zu verriegeln.
Gegenwärtig werden noch andere Wellen hergestellt durch Verschrauben der Innenseite eines Rohres mit der Außenseite einer dazu passenden Welle, worauf dann etwas mehr als die Hälfte der Gewinde an beiden Gliedern in axialer Richtung weggeschnitten wird, indem Flachstellen an gegenüberliegenden Seiten der Welle und gekrümmte Nuten an gegenüber liegenden Seiten der Innenseite des Rohres maschinell bearbeitet werden. Die Welle kann dann in das Rohr eingesetzt werden, wobei ihre verbleibenden Gewindegänge mit den gekrümmten Nuten des Rohres ausgerichtet werden, so dass dieses in die gewünschte Stellung gleitet. Der Welle wird eine Vierteldrehung gegeben, um sie in irgendeiner Position relativ zu dem Rohr zu verriegeln. Um die Länge des Welle/Rohr-Paares anders einzustellen, ist es nur notwendig, eines der Glieder um eine Vierteldrehung zu verdrehen und es in die neue Position zu verschieben und wieder zu verriegeln. Diese Vorrichtungen bieten eine schnelle Einstellung und sind für eine positive Verriegelung geeignet, aber das Vorhandensein von Grat an den Kanten der maschinell bearbeiteten Flachstellen und Nuten verhindert oft das Verdrehen des Rohres und der Welle in die verriegelte Stellung. Selbst ohne Grat können die Flachstellen an den Kanten der Gewindegänge an der Welle und an dem Rohr gegeneinander anschlagen und ein Verdrehen in die verriegelte Stellung verhindern; weil sie keine normale Einführung haben, wie sie bei gewöhnlichen Gewinden zu finden wären.
Das Vorstehende veranschaulicht Beschränkungen, die bekanntermaßen bei gegenwärtigen schnell veränderbaren, in der Länge einstellbaren Wellen bestehen. Somit wäre es eindeutig vorteilhaft, eine Alternative zu schaffen, die auf das Überwinden einer oder mehrerer der oben beschriebenen Beschränkungen gerichtet ist. Gemäß dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 wird eine geeignete Alternative mit Merkmalen geschaffen, die vollständiger nachstehend offenbart werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1a, 1b und 1c sind drei Querschnittsansichten einer teleskopischen Welle der Erfindung;
2 ist eine bruchstücksweise, auseinandergezogene Darstellung der teleskopischen Welle in Längsrichtung, teilweise geschnitten; und
3a und 3b sind bruchstücksweise perspektivische Ansichten einer alternativen Ausführungsform des inneren Wellenglieds und eines Längsschnitts des zugehörigen äußeren Rohrglieds.
DETAILBESCHREIBUNG
Die 1a, 1b und 1c zeigen Querschnittsansichten der teleskopischen Welle 100 der Erfindung. Um die Merkmale der Erfindung am besten zu verstehen, ist es am besten, die 1, 2 und 3 in geeigneter Weise in ihrer Reihenfolge zu betrachten, um Längsansichten und perspektivische Ansichten zu sehen, wenn nötig. In ihrer einfachsten Form besteht die teleskopische Welle 100 aus einem äußeren Rohrglied 10 und einem axial verschiebbaren inneren Rohrglied 20, die jeweils ovale Querschnitte und abwechselnde Nuten und Rippen in Umfangsrichtung (siehe 2) oder alternativ kontinuierliche Gewindegänge an ihren Berührungsoberflächen haben. Das äußere Rohrglied 10 hat einen größeren Durchmesser D_A und einen kleineren Durchmesser D_B. Das innere Wellenglied 20, das innerhalb des äußeren Rohres 10 angeordnet ist, hat passende Rippen und Nuten und hat auch einen ovalen Querschnitt mit einem größeren Durchmesser D_C und einem kleineren Durchmesser D_D.
1a zeigt die größeren Durchmesser D_A des äußeren Rohrglieds 10 und D_C des inneren Wellenglieds 20 in paralleler Beziehung. In dieser Stellung kann das innere Wellenglied 20 axial innerhalb des äußeren Rohrglieds 10 gleiten. 1b zeigt den größeren Durchmesser D_C der inneren Welle 20 verdreht in eine Stellung, die sich dem kleineren Durchmesser D_B des äußeren Rohres 10 annähert, in welcher seine Nuten 27 und Rippen 25 beginnen, mit den Rippen 15 und den Nuten 17 des Rohres 10 in gegenseitigen Eingriff zu kommen.
1c zeigt das äußere Rohr und die innere Welle in der vollständig verriegelten Stellung, in welcher die größeren Durchmesser unter rechten Winkeln zueinander stehen. Hier sind die Rippen 15 des Rohres maximal im Eingriff mit den Nuten 27 der Welle, und die Rippen 25 der Welle sind maximal in Eingriff mit den Nuten 15 des Rohres. Selbst obwohl ein großer Unterschied in den Durchmessern des Rohres und der Welle besteht, können natürlich die alternierenden Rippen 15 und Nuten 17 des äußeren Rohres 10 dazu tendieren, an den alternierenden Nuten 27 und Rippen 25 der inneren Welle 20 anzugreifen, allein aufgrund der Schwierigkeit, eine lange Welle in einem langen Rohr zentriert zu halten, und sie können es schwierig machen, eines relativ zu dem anderen zu verschieben. Um irgendeinen unerwünschten Eingriff zu vermeiden, kann ein Zentrierstopfen 30 schwenkbar an dem Ende der Welle 20 an einem Stift oder an einem Gelenk 35 angebracht sein. Dieser Stopfen 30 hat einen Gleitsitz in dem äußeren Rohr 10, so dass er leicht beweglich ist, aber er geht gerade an den Rippen des Rohres vorbei. Der Stopfen 30 hält die innere Welle 20 richtig zentriert in dem äußeren Rohr 10, so dass es keine unerwünschten Eingriffe zwischen den Rippen und Nuten der Glieder gibt, wenn die Welle teleskopisch eingestellt wird. Wenn die Rippen und Nuten der inneren und äußeren Glieder an einem gegenseitigen Eingriff durch andere Mittel gehindert sind, wird natürlich der Zentrierstopfen nicht benötigt.
2 zeigt eine bruchstücksweise auseinandergezogene Darstellung, teilweise im Längsschnitt, der teleskopischen Welle der Erfindung, wie in 1c gezeigt. In dieser Ansicht sind die Rippen 15 und Nuten 17 des Rohres 10 und die dazu passenden Nuten 27 und Rippen 25 der Welle 20 in ihrer Verriegelungskonfiguration zu sehen, wobei die größeren Durchmesser sich unter rechten Winkeln zueinander kreuzen. (D_B ist parallel zu D_C). Der Zentrierstopfen 30 ist drehbar an dem Ende der Welle 20 durch eine Spindel oder ein anderes Befestigungsmittel 35 angebracht, so dass, wenn die größeren Durchmesser der Welle und des Rohres parallel zueinander sind, wie in 1a, der Stopfen 30 die Nuten und Rippen der Welle 20 getrennt von den Rippen und Nuten des Rohres 10 hält. Diese Zentrierwirkung gestattet eine glatte und leichte Längeneinstellung. Die Welle kann aus einem Rohr mit dicker Wand (nicht gezeigt) hergestellt sein, um Gewicht zu sparen. In diesem Fall würde das Befestigungsmittel für den Stopfen eine Anpassung benötigen, um den Zentrierstopfen an der Welle durch irgendeine von mehreren wohlbekannten Optionen zu befestigen.
Die 3a und 3b zeigen eine alternative Ausführung des inneren Wellenglieds 50 und des äußeren Rohrglieds 40. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Rippen 55, 45 und die Nuten 57, 47 nur an den Teilen des äußeren Rohres 40 und der inneren Welle 50 vorgesehen, die tatsächlich miteinander in Eingriff stehen, wenn sie verriegelt sind. Die Enden 42 des äußeren Glieds 40, ausgerichtet mit dem größeren Durchmesser, und die Seiten 52 des inneren Gliedes 50, ausgerichtet mit seinem kleineren Durchmesser, brauchen nicht irgendwelche Rippen und Nuten zu haben. Somit treten die Rippen und Nuten nur an den Oberflächen der Welle und des Rohres auf, die mit dem größeren Durchmesser der Welle und dem kleineren Durchmesser des Rohres ausgerichtet sind. Es ist aus diesen Figuren klar, dass die innere Welle 50 nicht oval sein muss, wie in 3a gezeigt. Die Seiten 52 können flach sein, so dass die Welle ein Doppel-D-Profil hat, so lange sie Rippen 50 und Nuten 57 an ihren Enden hat, um mit Nuten 47 und Rippen 45 an den Seiten des äußeren Rohres 40 in Eingriff zu kommen. Die Gestalten der inneren und äußeren Glieder können irgendwelche sein, die kongruente gekrümmte Querschnitte haben, an denen die Rippen und Nuten angeordnet sind.
Die Verfahren zum Herstellen der Erfindung umfassen das vollständige Versehen mit Gewinde des inneren Durchmessers eines Rohres und des äußeren Durchmessers einer Welle und das Verformen dieser beiden, bis der größere Durchmesser der Welle etwa gleich dem kleineren Durchmesser des Rohres ist. Die Rippen und Nuten können als getrennte parallele Formen in Umfangsrichtung oder als ein kontinuierliches Gewinde hergestellt werden. Die Gewinde oder alternativ die Nuten und Rippen können durch Schneid- oder maschinelle Bearbeitungsvorgänge gebildet werden, oder sie können auch durch Rollen oder andere nichtschneidende Techniken ausgebildet werden. Dies würde durch die verfügbare Einrichtung bestimmt werden.
Ein anderes Verfahren zum Herstellen der teleskopischen Welle erfordert das Bereitstellen eines Rohres mit einem ovalen Querschnitt und einer Welle, die hohl sein kann, auch mit einem ovalen Querschnitt. Ein kreisförmiges Gewindewerkzeug, Schneidwerkzeug oder Rollwerkzeug wird verwendet, um alternierende Nuten und Rippen an der Welle und an dem Rohr in Ausrichtung mit dem größeren Durchmesser des ersteren und dem kleineren Durchmesser des letzteren auszubilden. Dies würde den Vorteil haben, die Menge des benötigten Ausgangsmaterials zu vermindern. Es würde auch den Abfall vermindern, indem der Betrag des Schneidens vermindert wird, der notwendig ist, um die Rippen und Nuten an der Welle und an dem Rohr auszubilden, in Fällen, wo das Schneideverfahren gewählt wird, um die Rippen und Nuten auszubilden.
Um ein Verdrehen des Rohres oder der Welle über einen größeren Bogen als notwendig zu verhindern, um die teleskopische Wellenlänge zu verriegeln, wäre es möglich, den größeren Durchmesser D_C der Welle 20 geringfügig größer als den kleineren Durchmesser D_B des Rohres 10 zu machen. Dies würde ein Verdrehen der Welle über die verriegelte Stellung hinaus zurück in eine unverriegelte Stellung verhindern, aber es könnte ein Verklemmen der miteinander in Eingriff stehenden Rippen und Nuten verursachen, wenn die Teile zu fest verdreht werden. Eine andere Lösung ist es, eine axiale Kodierung oder eine andere Diskontinuität in den alternierenden Rippen und Nuten vorzusehen. Die Diskontinuität kann durch eine axiale Unterbrechung in den alternierenden Rippen und Nuten gebildet sein, wie beispielsweise durch eine Schweißperle oder eine eingerollte Nut, um das glatte Nuten/Rippen-Profil zu unterbrechen. Diese Diskontinuität kann an einem oder an beiden Gliedern vorgesehen sein. Da sie nicht irgendwelche zusätzliche Herstellungsschritte erfordert, ist die erste Option bevorzugt, nämlich diejenige, einen größeren Wellendurchmesser größer als der kleinere Rohrdurchmesser vorzusehen.

Claims

Teleskopische Welle (100) zur schnellen Längeneinstellung mit – einem Rohr (10; 40), das einen nicht kreisförmigen Querschnitt mit einem inneren größeren Durchmesser (D_A) und kleineren Durchmesser (D_B) hat; – einem inneren Wellenglied (20; 50), angeordnet innerhalb des Rohres (10; 40), wobei das innere Wellenglied (20; 50) auch einen nicht kreisförmigen Querschnitt mit einem größeren Durchmesser (D_C) und einem kleineren Durchmesser (D_D) hat; dadurch gekennzeichnet, daß – das Rohr (10; 40) eine Vielzahl von im wesentlichen umfangsmäßigen abwechselnden Rippen (15; 54) und Nuten (17; 47) auf wenigstens einem Teil seiner inneren Oberfläche hat und das innere Wellenglied (20; 50) dazu passende Rippen (25; 55) und Nuten (27; 57) hat; – wobei die Rippen (15; 45) und Nuten (17; 47) des Rohres (10; 40) in die Nuten (27; 57) und Rippen (25; 55) des inneren Wellenglieds (20; 50) eingreifen, wenn der größere Wellendurchmesser (D_C) im wesentlichen parallel zu dem kleineren Rohrdurchmesser (D_B) ist.
Teleskopische Welle (100) nach Anspruch 1, die ferner Mittel zum Begrenzen der Verdrehung des inneren Wellenglieds (20; 50) innerhalb des Rohres (10; 40) aufweist.
Teleskopische Welle (100) nach Anspruch 2, bei der die Mittel zum Begrenzen der Verdrehung des inneren Wellenglieds (20) innerhalb des Rohres (10) beinhalten, daß der innere größere Wellendurchmesser (D_C) geringfügig größer ist als der kleinere Rohrdurchmesser (D_B), so daß der innere Wellendurchmesser (20) auf geringfügig weniger als 180° Drehung innerhalb des Rohres (10) begrenzt ist und die Rippen (15, 25) und die Nuten (17, 27) des Rohres (10) und des inneren Wellenglieds (20) an der Grenze der Verdrehung vollständig ineinander eingreifen.
Teleskopisches Rohr (100) nach Anspruch 1, bei dem die abwechselnden, sich in Umfangsrichtung erstreckenden Rippen (15, 25; 45, 55) und Nuten (17, 27; 47, 57) des Rohres (10; 40) und des inneren Wellenglieds (20; 50) ein kontinuierliches Gewinde aufweisen.
Teleskopische Welle (100) nach Anspruch 1, die ferner einen Zentrierstopfen (30) aufweist, der einen nicht kreisförmigen Querschnitt hat, der dem Querschnitt des Rohres (10; 40) entspricht und der einen Gleitsitz in dem Rohr (10; 40) hat, wobei der Stopfen (30) drehbar an dem Ende des inneren Wellenglieds (20; 50) befestigt ist, um das Wellenglied (20; 50) innerhalb des Rohres (10; 40) radial zu zentrieren.
Teleskopische Welle (100) nach Anspruch 2, bei der die Einrichtung zum Begrenzen der Verdrehung des inneren Wellenglieds (20) innerhalb des Rohres (10) wenigstens eine axiale Diskontinuität in den Rippen (15) und den Nuten (17) des Rohres (10) aufweist, um als Anschlag gegen weitere Verdrehung zu wirken, wenn das innere Wellenglied (20) in die verriegelte Stellung in dem Rohr (10) verdreht worden ist.
Verfahren zum Herstellen einer schnell veränderbaren, in Längsrichtung einstellbaren teleskopischen Welle (100), mit den folgenden Schritten: – Vorsehen eines äußeren Rohrglieds (10; 40), das einen nicht kreisförmigen Querschnitt mit einem inneren größeren Durchmesser (D_A) und einem kleineren Durchmesser (D_B) hat; – Ausbilden einer Vielzahl von abwechselnden, sich in Umfangsrichtung erstreckenden Rippen (15; 45) und Nuten (17; 47) an wenigstens einem Teil der inneren Oberfläche des äußeren Rohrglieds (10; 40); – Vorsehen eines inneren Wellenglieds (20; 50), das einen nicht kreisförmigen Querschnitt mit einem größeren Durchmesser (D_C) und einem kleineren Durchmesser (D_D) hat; – Ausbilden einer Vielzahl von im wesentlichen sich in Umfangsrichtung erstreckenden, abwechselnden Rippen (25; 55) und Nuten (27; 57) an wenigstens einem Teil der äußeren Oberfläche des inneren Wellenglieds (20; 50).
Verfahren nach Anspruch 7, das den weiteren Schritt aufweist: – Drehbares Befestigen eines Zentrierstopfens (30) an dem Ende des inneren Wellenglieds (20; 50) zum radialen Zentrieren des inneren Wellenglieds (20; 50) innerhalb des äußeren Rohrglieds (10; 40).
Verfahren nach Anspruch 7, das den weiteren Schritt aufweist: – Ausbilden wenigstens einer axialen Diskontinuität in den Rippen (15) und Nuten (17) des äußeren Rohrgliedes (10), um als Verdrehungsstopp zu wirken, wenn das innere Wellenglied (20) in die verriegelte Stellung in dem äußeren Rohrglied (10) verdreht worden ist.
Verfahren zum Herstellen einer schnell veränderbaren, in der Länge einstellbaren teleskopischen Welle (100), mit den folgenden Schritten: – Vorsehen eines äußeren Rohrglieds (10; 40); – Verformen des äußeren Rohrglieds (10; 40) zur Ausbildung eines nicht kreisförmigen Querschnitts mit einem inneren größeren Durchmesser (D_A) und einem kleineren Durchmesser (D_B); – Vorsehen eines hohlen inneren Wellenglieds (20; 50); – Verformen des inneren Wellenglieds (20; 50), um einen kontinuierlichen nicht kreisförmigen Querschnitt mit einem äußeren größeren Durchmesser (D_C) und einem kleineren Durchmesser (D_D) zu bilden, wobei der größere Durchmesser (D_C) des inneren Wellenglieds (20; 50) gleich dem kleineren Durchmesser (D_B) des äußeren Rohres (10; 40) ist; und – Ausbilden einer Vielzahl von zueinander passenden, alternierenden, sich in Umfangsrichtung erstreckenden Rippen (15; 25; 45, 55) und Nuten (17, 27; 47, 57) an wenigstens einem Teil der inneren Oberfläche des äußeren Rohrglieds (10; 40) und der äußeren Oberfläche des inneren Wellenglieds (20; 50).