用于机动车辆的长度可调节的转向轴及用于转向轴的异形套筒的制作方法

用于机动车辆的长度可调节的转向轴及用于转向轴的异形套筒
现有技术
1.本发明涉及用于机动车辆的长度可调节的转向轴，该转向轴包括具有非圆形内横截面的中空的外轴，在外轴中以扭矩锁定且轴向可移动的方式接纳有内轴，其中，在内轴与外轴之间布置有异形套筒，该异形套筒具有连接至内轴的紧固部分，并且内轴构造成至少部分为中空轴，该中空轴具有内部，该内部朝向插入到外轴中的端部敞开。
2.为了允许机动车辆中的转向柱相对于驾驶员的位置进行调节，伸缩式转向轴是已知的，在伸缩式转向轴中，至少一个轴部分构造为长度可调节的以便沿长度方向或轴向方向进行长度调节。在机动车辆转向系统中，长度可调节的转向轴可以形成在驾驶员侧的转向主轴或在转向主轴与转向器之间的中间转向轴。
3.例如在de 10 2017 201 709 a1中描述的根据序言的转向轴具有构造为中空轴的外轴，内轴插入到外轴中以便能够以伸缩的方式轴向地移位。对于扭矩传递，内轴具有带有非圆形横截面轮廓的传递部分、例如具有轴向延伸齿的齿部部分，传递部分以扭矩锁定的方式接合在对应的内轮廓、例如外轴的对应的内齿部中。内轴同样可以至少部分地、优选在传递部分的区域中以管状形式构造为中空轴，其中，内部在插入到外轴中的端部处具有端面开口。
4.为了减小轴向调节期间的摩擦力并且为了减小在大多数情况下由钢制造的外轴与内轴之间的角度间隙，从现有技术中已知使用滑动套筒，该滑动套筒以异形套筒的形式至少部分地布置在内轴与外轴之间的扭矩传递的传递横截面的区域中。异形套筒由在钢上能够容易地滑动的材料制造或涂覆有在钢上能够容易地滑动的材料，优选塑料材料、比如聚丙烯(pp)、聚四氟乙烯(ptfe)等，并且异形套筒至少部分地封围传递部分，并且例如在齿部部分的一部分上轴向地延伸。制造可以作为塑料注射模制部件进行，该部件固定至内轴使得该部件尤其不能从内轴的自由端部移除。
5.为了进行轴向固定，异形套筒具有连接至内轴的紧固部分。为了进行连接，在提及的de 10 2017 201 709a1中提出的是至少一个紧固元件从外部布置在内轴上，该紧固元件连接至从外部环绕内轴的紧固部分。例如，可以设置从内轴向外突出并将异形套筒以形状配合的方式保持或轴向地支撑的突出部，或可以设置从外侧引入到内轴中的凹陷部，紧固部分接合到该凹陷部中。
6.为了允许平滑的轴向调节，并且同时确保在可能的情况下不出现角度间隙，在制造和组装异形套筒时必须维持窄的公差。然而，由于在已知连接中的紧固部分从外部位于内轴上，并且因此紧固部分位于内轴和外轴的用于扭矩传递的功能表面之间或在该功能表面内，因此在固定异形套筒时即使轻微的变形或公差都可能影响摩擦力，使得例如在调节时可能会出现不利的高移位力。这导致在异形套筒的尺寸准确和精确制造以及固定方面的相对高的费用。
7.鉴于上文中的问题，本发明的目的是减少生产和组装方面的费用。


技术实现要素：

8.根据本发明，该目的通过具有权利要求1的特征的转向轴来实现。有利的进一步改进方案将通过从属权利要求而变得明显。
9.在一种用于机动车辆的长度可调节的转向轴中，该转向轴包括具有非圆形内横截面的中空的外轴，在外轴中以扭矩锁定且轴向可移动的方式被接纳有内轴，其中，在内轴与外轴之间布置有异形套筒，该异形套筒具有连接至内轴的紧固部分，并且内轴构造成至少部分为中空轴，该中空轴具有内部，该内部朝向插入到外轴中的端部敞开，根据本发明设置的是，紧固部分从端部延伸到内轴的内部中并连接至该内部的内表面。
10.非圆形内截面应理解为表示与圆柱形状不同的任何形状。
11.异形套筒的紧固部分以下述方式连接至内部的内表面：使得异形套筒至少沿在内轴的纵向轴线的方向上的方向固定。因此防止异形套筒相对于内轴沿纵向方向的方向的相对移位。因此可以有效地防止异形套筒相对于内轴被带入到不期望的相对位置中，换言之，可以防止异形套筒和内轴的意外分离。
12.在本发明中，异形套筒的紧固部分从内侧、即在紧固部分的内部中连接至中空的内轴，而不是像现有技术那样从外侧连接连接至中空的内轴。如在现有技术中已知的，异形套筒具有支承区域，该支承区域至少部分地从外部封围内轴，并且在组装状态下该支承区域布置在内轴与外轴之间的扭矩传递部分中并且具有滑动支承表面。异形套筒还具有连接至支承区域的紧固部分，但该紧固部分不像现有技术中那样从外部连接、即连接至内轴的外侧表面或端面，而是根据本发明，该紧固部分在内部连接至中空的内轴的内部中的内表面并且该紧固部分至少沿轴向方向固定至内轴。
13.由于根据本发明紧固部分移动到内轴的内部中，因此在外侧上不需要用于固定的额外的轴向部分，并且相应地在内轴的外侧上可得到用于支承区域的更大长度。因此，异形套筒可以在具有相同长度的情况下在更大的轴向支承区域上、优选在齿部上延伸，或者内轴本身可以制成更短以便允许更深地插入到外轴中。因此，当转向轴在发生碰撞情况下被轴向地推动在一起时，设置成用于能量吸收的路径可以有利地增加，而不改变异形套筒的支承特性。然而，在根据本发明的转向轴中的能量吸收是可选的特征，该可选的特征对于执行根据本发明的教导而言不是必需的。
14.根据本发明的异形套筒的支承区域在扭矩传递的非圆形区域例如齿部的区域中至少部分地从外侧封围内轴。在端面端部处，异形套筒优选地经由连接部分连接至紧固部分，该紧固部分延伸穿过端面开口回到内轴的内部中，其中，根据本发明的异形套筒从内侧连接至内轴。换言之，异形套筒以下述方式围绕内轴的敞开端部接合：使得在该部分中为管状的内轴的壁布置在径向地位于内侧的紧固部分与径向地位于外侧的支承部分之间。
15.支承部分的横截面优选地与内轴的布置有支承部分的区域的横截面对应。支承部分优选地在形式上为管状并且具有非圆形的横截面轮廓。支承部分优选地比内轴短。内轴优选地至少部分在形式上为管状并且在其插入到外轴中的端部处具有通向内部的端面开口。优选地，传递部分位于端部处，该传递部分可以优选地构造为齿部部分。根据本发明的异形套筒然后可以在内轴上沿一个方向从外部延伸至齿部部分的端部，其中，异形套筒优选地经由连接部分连接至紧固部分，该紧固部分沿相反方向插入到所述端面开口中并延伸到内轴的内部中。换言之，异形套筒围绕端面开口的边缘接合并且紧固部分延伸回到异形
套筒的开口横截面中，使得当附接至内轴时异形套筒在齿部部分的区域中从外部围绕内轴并且以齿部部分的传递部分通过端部开口插入到内轴的内部中。
16.为了固定异形套筒，可以在内轴和异形套筒上设置对应的紧固装置。紧固装置可以布置在异形套筒的紧固部分上并且紧固装置在紧固部分所插入的内部区域中连接至内轴内的内壁。为此，内壁优选具有对应的连接元件。连接元件可以构造成产生形状配合和/或力配合和/或物质对物质的连接。由此有利的是，相对于内轴布置在内侧的紧固装置在空间上和在功能上与布置在外侧上的支承部分分离，并且不管紧固装置的功能如何，紧固装置可以与异形套筒的支承区域机械地断开联接。紧固部分的由于制造和组装时的公差、或者还由操作条件比如温度波动等引起的可能变形对支承部分没有直接的机械影响。这导致下述特别的优势：内轴和异形套筒的连接对内轴与外轴之间的摩擦不再有直接影响，因为这两个功能在空间上彼此分开。因此，在不损害功能的情况下允许更大的公差，使得进而又可以减少制造和组装方面的费用。
17.紧固部分可以优选地具有径向外表面，该径向外表面连接至径向地界定内部的内表面。径向外表面位于紧固部分的外侧向表面处并且在径向方向上位于与内轴的内侧向表面相反。径向外表面和内表面可以优选地具有相互对应的连接元件，这些连接元件用于形成能够在从内部指出的轴向方向上被加载的连接。
18.可以设置的是，紧固部分在形式上为管状。紧固部分可以例如具有管状部分，该管状部分在端面处经由至少一个连接部分连接至从外部环绕内轴的异形套筒的支承部分。管状部分可以具有管座或者替代性地可以具有在圆周方向上分离的多个单独的管段。紧固部分从敞开端部向后延伸到异形套筒的敞开横截面中，其中，在敞开端部与敞开横截面之间形成环形间隙，内轴的端部可以引入到该环形间隙中以进行组装。紧固部分由此通过端面开口轴向地插入内部中，并且支承部分环绕外部分。因此，异形套筒的紧固部分以套环的方式围绕内轴的端面端部接合。
19.紧固部分的横截面可以与内轴的内横截面相适应，使得在插入时例如通过非圆形的横截面或在周向方向上有效的相互接合的形状配合元件来产生在旋转方面固定的连接。
20.可以是有利的是，在内表面上和在紧固部分上布置有可以连接至彼此的相互对应的连接元件。内轴可以在径向内表面上具有一个或更多个连接元件，所述一个或更多个连接元件与紧固部分上的一个或更多个对应的相对的连接元件进行连接接合。这些连接元件优选地布置成在周向方向上均匀地分布。
21.可以设置的是，在内轴上形成有至少一个形状配合元件，所述至少一个形状配合元件从内表面径向向内突出到内部中，并且所述至少一个形状形状配合元件可以与紧固部分的形状配合接纳件进行形状配合接合。内轴的形状配合元件可以具有至少一个径向向内突出的突出部，该突出部径向地接合到对应的形状配合接纳件中，该形状配合接纳件例如可以构造为在紧固部分中的凹部、凹陷部或径向开口，或作为在轴向和/或径向方向上的底切部。因此可以产生异形套筒与内轴的在圆周方向和轴向方向上都有效的形状配合连接，该形状配合连接用作拉出保护并防止紧固部分从内轴的开口抽出。这种构型可以以较低的费用制造，并且可以通过紧凑的结构形式实现可靠且持久的连接。
22.原则上，相反的布置也是可能的，在该布置中，紧固部分具有径向向外突出的形状配合元件，该形状配合元件从内侧接合到在内侧中形成在内轴的内壁的对应的形状配合接
纳件中。
23.向内突出的突出部可以优选地通过内部的内壁的冷成型来产生。例如，这可以通过从开口引入的轴向嵌缝来实现，该嵌缝可以经济地制造并且产生材料的径向向内突出的凸起。例如，嵌缝可以径向地接合到紧固部分中的对应的形状配合接纳件中，该形状配合接纳件例如为插入到内轴中的管座中的开口或孔口。
24.本发明的有利的实施方式可以设置的是，紧固部分是杯形的，其中，杯状基部在内部中布置成与端面轴向地间隔开。当从端面看时，杯状部以凹入的方式延伸到内部中，使得杯状基部在异形套筒的支承部分的内部布置在与端部相距一定距离处，并且在组装状态下杯状部相应地位于内轴的内部中。借助于杯状基部——该杯状基部完全或至少部分封闭并且以板的方式在内部的横截面或至少部分横截面上延伸——可以产生异形套筒的更高稳定性以及与内轴连接的更高稳定性。例如，延伸通过径向开口的突出部可以在轴向方向上支撑抵靠杯状基部。此外，内部可以由杯状基部封闭。
25.在有利的实施方式中，异形套筒由热塑性聚合物制造为塑料注注射模制部件。如果内轴和外轴例如由钢或铝合金形成，则由此可以实现良好的滑动性能。
26.对于通过塑料注射模制的制造，在杯状基部处布置注射点、优选居中地布置是有利的。可以在杯状基部上形成塑料熔体的径向延伸的流动前沿，该流动前沿沿轴向首先流过异形套筒的紧固部分并且进一步流过支承部分。由此发生整个异形套筒的均匀轴向填充，而不会由于会聚的流动前沿而形成结合线。
27.根据本发明，一种用于通过塑料注射模制生产异形套管的方法，在该方法中，将熔融的塑料熔体通过注射通道在注射点处注射到注射模具的模具腔中，注射模具具有带有端面端部的轴向延伸的中空轮廓空间，设置的是在中空轮廓空间内距端部一定距离处和一径向距离处布置有盘形的、径向延伸的浇口空间，该浇口空间通过至少一个模具通道连接至布置在端面处的连接空间，模具通道在轴向上与中空轮廓的轴向方向相反地指向端部，该连接空间连接至中空轮廓空间，其中，聚合物熔体沿轴向方向居中地注射到浇口空间中并经由模具通道和连接空间轴向地引入到中空轮廓空间中。
28.中空轮廓空间用于形成异形套筒的支承部分。异形套筒具有——如上文中所述——杯形紧固部分，该紧固部分从端部以凹入的方式延伸到管状支承部分的开口横截面中，其中，盘形杯状基部在距端部一定距离处。杯状基部由上述盘形浇口空间在注射模具中形成，该浇口空间具有——优选中央——注射点。从浇口空间朝向端部同轴地延伸有至少一个具有管状横截面的模具通道或分布在周向上的多个模具通道，通过模具通道模制紧固部分。该模具通道通向端面连接空间，另一管状模具腔从该端面连接空间沿相反方向沿朝向浇口空间的方向向后延伸，另一模具腔环绕所述模具腔，所述模具腔以径向距离同轴地界定紧固部分并且在另一模具腔中模制支承部分。
29.有利的实施方式设置的是，塑料熔体在其进入中空轮廓空间之前积聚在浇口空间和/或连接空间中。为此，设置的是浇口空间具有比模具通道或通道更大的内横截面。因此，塑料熔体可以在其被注射时首先积聚在浇口空间中，并且然后在端面处以均匀的轴向流动前沿流动到模具通道或通道中并流动到随后的连接空间中，在该连接空间中模制连接部分。通过在端面处连接至中空轮廓空间的模具通道，优选在周向上封闭的流动前沿然后能够沿轴向方向在整个中空轮廓空间扩散开，直到该空间被完全填充为止。由此有利的是，可
以避免在中空轮廓空间中模制的支承部分中的不期望的结合线。
30.根据本发明的装置的用于转向轴的异形套筒优选地通过根据本发明的方法生产。
附图说明
31.在下文中将参照附图更详细地说明本发明的有利的实施方式。具体地：
32.图1以示意性立体图示出了根据本发明的转向轴，
33.图2以分解图示出了来自图1中的转向轴的细节，
34.图3以分解图示出了根据图1和图2的转向轴的内轴和异形套筒，
35.图4示出了在组装状态下穿过根据图2和图3的内轴的纵向截面，
36.图5以第二角度取向示出了类似于图4的纵向截面，
37.图6示出了在注射模制操作开始时的第一阶段中用于生产根据本发明的异形套筒的注射模具，
38.图7示出了在注射模制操作的第二阶段中的根据图6的注射模具，
39.图8示出了在注射模制操作结束时的另一阶段中的根据图7的注射模具，
40.图9是根据本发明的异形套筒的轴向视图，
41.图10示出了穿过根据图9的异形套筒的纵向截面。
具体实施方式
42.在各个图中，相同的部件总是被提供有相同的附图标记，并且因此通常在每种情况下也仅被命名或提及一次。
43.图1示出了长度可调节的转向轴1，该转向轴1沿着轴线l(纵向轴线)延伸并且具有内轴2和外轴3。外轴3在外轴3的位于附图中右侧的外端部处具有附接部分31，该附接部分31用于在旋转方面固定地连接至未示出的车辆转向系统、例如连接至转向柱的转向主轴。例如，出于该目的可以使用可夹紧的叉状部。在外轴3的面向内轴2的侧部处，外轴3构造为中空轴，该中空轴在其朝向内轴2(参见图2)敞开的开口32中具有内齿部，该内齿部具有沿纵向方向延伸的径向向内突出的齿。齿通过从外侧引入到外轴3中的变形而形成在外轴3中。
44.内轴2在其远离外轴3的外端部处具有附接部分21、例如用于在旋转方面固定地连接至未示出的车辆转向系统的另一轴的叉状部。该叉状部形成未示出的万向节的一部分。
45.内轴2在其面向外轴3的端部区域处具有齿部部分22，该齿部部分22具有带有沿纵向方向延伸的齿的外齿部，这可以在图2、图3、图4和图5中看出。齿部部分22优选地在内轴2的一部分上延伸。根据本发明的异形套筒4配装在齿部部分22上。通过支承部分41，异形套筒4从外部封围齿部部分22的端部区域，其中，支承部分41的壁在横截面中遵循齿的外形，即支承部分41的壁构造成与齿部部分22的齿部轮廓对应。
46.通过齿部部分22和配装在齿部部分22上的异形套筒4，内轴2轴向地插入到外轴3的开口32中以进行组装，如图2中通过箭头所指示。在插入状态下，齿部部分22通过配装在齿部部分22上的异形套筒4以在旋转方面固定的方式接合到外轴3的内齿部中，其中，支承部分41位于齿部部分22与内齿部之间。内轴2和外轴3因此在旋转方面固定以用于扭矩的传递，但能够在附接部分21与附接部分31之间轴向地移动以进行长度调节，如图1中通过双箭
头所指示。
47.内轴2和外轴3通常由钢制造，并且异形套筒4通常由塑料材料、优选由热塑性聚合物通过注射模制方法来制造，使得通过支承部分41产生对沿纵向方向的调节的平滑滑动支承。然而，也能够想到并且可能的是内轴2和/或外轴3由铝合金制造。
48.图3示出了与内轴2分开的异形套筒4。图4和图5沿相对于轴线l的不同取向示出了其上已固定有异形套筒4的齿部部分22。
49.内轴2在齿部部分22的区域中构造为中空轴，该中空轴具有内部23，该内部23在端部处敞开并且在组装状态下具有朝向外轴3敞开的开口。
50.可以从图4和图5中所示的截面看出——图4和图5描绘了图2的组装状态——倚靠外部的支承部分41在齿部部分21上延伸。根据本发明异型套筒4具有紧固部分42，该紧固部分42通过端面轴向开口插入到内轴2的内部23中。紧固部分42经由端面连接部分43连接至支承部分41。
51.在所示的实施方式中，紧固部分42呈杯形并且具有管状部分44和杯状基部45。管状部分44沿着内壁穿过端面开口延伸到内部23中，其中，盘形杯状基部45在内部23中位于距端部一定距离处。内轴2的壁的具有齿部部分21的端部区域——内轴2在该区域中是中空的——径向地位于紧固部分42与支承部分21之间。紧固部分42围绕内轴2的端部接合。
52.紧固部分42在紧固部分的外周上具有径向凹部46，该径向凹部46可以在管状部分44中呈开口的形式。内轴2具有径向向内突出到内部中的突出部24。突出部24以形状配合的方式接合到径向凹部46中，使得产生在轴向方向上有效的形状配合的连接，其中，突出部24在轴向方向上、即在纵向轴线l的方向上以形状配合的方式与基部部分45协作并与基部部分45接合。优选地多个突出部24和对应的凹部46——在所示示例中为四个——布置成分布在周向上、优选地布置成均匀地分布在周向上。优选地设置两个或三个或四个凹部46，并且以与凹部46的数目相匹配的对应相等的数目设置突出部24。
53.突出部24可以呈塑料嵌缝的形式，突出部24可冷成型到内部23的端面边缘中。在图5中可以特别清楚地看到突出部24的形式和到凹部46中的接合，图5示出了位于截面平面中的穿过形状配合的连接的截面。
54.在内部23中由突出部24和凹部46形成的形状配合连接实现异型套筒4与内轴2的可靠的形状配合连接。因此有利的是，在内轴2的外侧上没有连接装置，使得支承部分41可以制成相对更长并且不会因紧固而受损。
55.在图9中以轴向视图以及在图10中以纵向截面分别示出了根据本发明的异型套筒2。具有管状部分44的杯形紧固部分42和在管状部分44中形成为开口的径向凹部46在图9和图10中清晰可见。如所示的，凹部46可以优选地邻接杯状基部45。因此，在组装状态下，突出部24可以轴向地支撑在杯状基部45上并提供内轴2与异型套筒4之间的形状配合连接。
56.浇口47居中地定位在杯状基部45上。
57.在图6、图7和图8中示意性地示出了通过根据本发明的方法的异型套筒2的塑料注射模制操作制造，图6、图7和图8以截面形式示意性地示出了处于连续填充状态下的注射模具5。在外模具51与芯52之间形成模具腔，该模具腔包括用于支承部分21的中空轮廓空间53，轮廓空间53连接至用于模制出连接部分43的连接空间54。因此在端面处连接有模具通道55，这些模具通道55界定管状部分44。模具通道55从浇口空间56开始，该浇口空间56位于
中空轮廓空间53的内部并且界定盘形杯状基部45。浇口通道57从外部居中地通向浇口空间56中，将熔融的塑料材料通过该浇口通道注射在中央浇口点中。
58.塑料熔体用双向影线示出。在注射操作开始时，塑料材料——如图6中所示——经由浇口通道57居中地注射到浇口空间56中并且在浇口空间56中沿所有方向径向向外扩散，如由箭头所指示。塑料熔体从浇口空间56进入模具通道55，并从模具通道55进入连接空间54。如图7中所示，一旦连接空间54被填充，在周向上封闭的流动前沿沿轴向方向移动到中空轮廓空间53中，直到轮廓空间53被完全填充为止，如图8中所示。然后可以将芯52沿由箭头所示的方向从外模具51轴向地抽出，并且当塑料熔体已经固化时，可以移除完成的异形套筒4。
59.由于浇口空间55具有比模具通道54的流动横截面大的流动横截面，并且特别是比中空轮廓空间53的横截面大，塑料熔体在其被注射时积聚，并且确保的是形成了在圆周方向上封闭的流动前沿，流动前沿实现中空轮廓空间53的均匀轴向填充而没有不期望的结合线。
60.附图标记列表
61.1转向柱
62.2内轴
63.21附接部分
64.22齿部部分
65.23内部
66.24突出部
67.24突出部
68.3外轴
69.31附接部分
70.32开口
71.4异形套筒
72.41支承部分
73.42紧固部分
74.43连接部分
75.44管状部分
76.45杯状基部
77.46凹部
78.47浇口
79.5注射模具
80.51外模具
81.52芯
82.53中空轮廓空间
83.54连接空间
84.55模具通道
85.56浇口空间
86.57浇口通道
87.l轴线(纵向轴线)。