车辆的转向设备的长度可调的轴和用于车辆的转向设备

摘要

本发明涉及一种用于车辆(60)的转向设备(50)的长度可调的轴(1)，其带有轴套区段(10)和枢轴区段(20)，其中，轴套区段(20)被设计用于至少部分包绕枢轴区段(20)，并且轴套区段(10)和枢轴区段(20)为了调节轴(1)的长度而能够沿轴向相互移动，轴套区段(10)具有轴套齿部(11)，并且枢轴区段(20)具有枢轴齿部(21)，其中，轴套齿部(11)和枢轴齿部(21)为了传递扭矩而相互咬合，并且其中，枢轴齿部(21)还在至少一个轴向端部(24)上通过塑料(30)被注塑包覆，其中，注塑包覆的塑料(30)通过枢轴齿部(21)中的至少一个保险槽(22)防轴向移动地固定。此外，本发明还涉及一种用于车辆(60)的转向设备(50)，其具有长度可调的轴(1)以及带有转向设备(50)的车辆(60)。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于车辆的转向设备的长度可调的轴，其带有轴套区段和枢轴区段，其中，轴套区段设计用于至少部分地包围枢轴区段，并且轴套区段和枢轴区段为了调整轴的长度而能够沿轴向相互移动，轴套区段具有轴套齿部，而枢轴区段具有枢轴齿部，其中，轴套齿部和枢轴齿部为了传递扭矩而相互咬合，并且其中，枢轴齿部还在至少一个端部上通过塑料注塑包覆，其中，注塑包覆的塑料通过枢轴齿部中的至少一个保险槽防轴向移动地固定。此外，本发明还涉及一种用于车辆的转向设备，其具有长度可调的轴。

背景技术

在现代的车辆中已知的是，安装使用转向设备，其能够使例如方向盘的位置根据不同的用户进行调整。为此通常还能够实现转向设备的转向柱的长度的可调性。转向柱可以通过长度可调的轴制备成转向设备的元件。在此，这种类型的长度可调的轴具有至少一个轴套区段，所述轴套区段包绕枢轴区段地布置。通过轴的部件的相互间的轴向移动，由此可以提供轴的长度可调性。在轴套区段和在枢轴区段中相互咬合的齿部实现扭矩在所述部件之间的传递，所述扭矩通过转向运动形成。无论是轴套区段还是枢轴区段都至少由金属材料、例如钢制成，以便确保例如克服扭曲的高稳定性。为了在轴套区段和枢轴区段无需配合精确地构成的情况下实现这两个部件的尽可能无缝隙的布置，此外还已知的是，在这两个部件之间布置塑料层，例如见文件EP 2 282 071 A2。此外还已知的是，枢轴区段的齿部通过注塑方法完全被塑料注塑包覆。由此能够通过塑料实现齿部的特别良好且简单的成型。为了避免塑料注塑部的轴向移动，此外还已知设置至少一个在齿部中槽状环绕的保险槽，所述保险槽在注塑包覆时通过塑料被填充。

在此被认为不利的是，在极低的温度下、尤其在温度明显低于冰点时，为轴的长度调节所需的力会明显提高。这尤其可能归咎于，枢轴区段的金属材料和塑料材料在寒冷作用下收缩，其中，塑料材料的长度膨胀系数大于金 属材料的长度膨胀系数。塑料注塑部由此比枢轴区段更剧烈地收缩。在较高温度下沿轴向略微从齿部伸出的塑料注塑部的端部由此会向齿部牵引，从而在局部形成被注塑包覆的枢轴区段的径向扩大。然而所述径向扩大被轴套区段限制，从而在调节轴的长度时形成高摩擦力。此外，还可能在该过程中形成塑料的撕裂，由此会降低塑料和进而整个轴的强度和稳定性。

基于该问题，根据现有技术已知的是，将塑料作为单独的构件制造，并且套插在枢轴区段、尤其不带齿部的枢轴区段上。该塑料轴套的长度收缩不会导致半径的变化。对此的弊端尤其在于，塑料中的精确的齿部必须在复杂的加工步骤中通过校准形成，齿部尤其仅具有极小的公差。然而这种类型的仅存在于塑料中的齿部还具有低于至少部分由金属材料制成的齿部的刚性。此外，塑料必须通过枢轴区段轴向上的其他部件防移动地固定。根据现有技术另一种可能性在于，枢轴区段上的齿部被薄塑料层喷涂。由此可以将塑料粘接在齿部的整个长度上。通过面状的粘接，即使在温度变化时也可以阻止塑料相对于与齿部的移动。在此被认为不利的是，在该方法中还需要对齿部后续加工，以便克服塑料厚度的不均匀性。此外，这种喷涂的塑料还需要较长的干燥时间，以便完全硬化。

发明内容

由此本发明所要解决的技术问题在于，至少部分克服上述弊端。本发明所要解决的技术问题尤其在于，提供一种用于车辆的转向设备的长度可调的轴以及用于车辆的转向设备，其尤其能够以简单且成本低廉的方式改进对所述轴的长度调节，其中，即使在温度变化的情况下也能够以基本上保持不变的力实现所述调节并且提高所述轴的稳定性。

以上技术问题通过用于车辆的转向设备的长度可调的轴解决，其带有轴套区段和枢轴区段(Zapfenabschnitt；亦称“轴颈区段”)，其中，轴套区段被设计用于至少部分包绕枢轴区段，并且轴套区段和枢轴区段为了调节轴的长度而能够沿轴向相互移动，轴套区段具有轴套齿部，并且枢轴区段具有枢轴齿部，其中，轴套齿部和枢轴齿部为了传递扭矩而相互咬合，并且其中，枢轴齿部还在至少一个轴向端部上通过塑料被注塑包覆，其中，注塑包覆的塑料通过枢轴齿部中的至少一个保险槽防轴向移动地固定，其中，枢轴齿部具有至少一个固定容纳部，其中，固定容纳部布置在枢轴齿部的至少一个保险 槽与通过塑料注塑包覆的轴向端部之间，并且其中，固定容纳部通过塑料被注塑包覆。此外，所述技术问题还通过一种用于车辆的转向设备解决，其具有长度可调的轴。本发明的其他技术特征和细节由说明书和附图给出。在此，关于根据本发明的长度可调的轴所述的技术特征和细节显然也适用于关于根据本发明的转向设备以及根据本发明的车辆，反之亦然，因此关于各个发明方面的公开内容始终可以相互引用。

根据本发明的第一方面，所述技术问题通过用于车辆的转向设备的长度可调的轴解决，所述轴带有轴套区段和枢轴区段，其中，轴套区段设计用于至少部分包绕枢轴区段，并且轴套区段和枢轴区段为了调节轴的长度能够沿轴向相互移动，轴套区段具有轴套齿部，并且枢轴区段具有枢轴齿部，其中，轴套齿部和枢轴齿部为了传递扭矩而相互咬合，并且其中，枢轴齿部还在至少一个轴向端部上通过塑料被注塑包覆，其中，注塑包覆的塑料通过在枢轴齿部中的至少一个保险槽防轴向移动地固定。根据本发明的长度可调的轴的特征在于，枢轴齿部具有至少一个固定容纳部，其中，固定容纳部布置在枢轴齿部的至少一个保险槽与通过塑料被注塑包覆的轴向端部之间，并且其中，固定容纳部通过塑料被注塑包覆。

根据本发明的长度可调的轴尤其设置用于车辆的转向设备。在此，根据本发明的轴尤其具有轴套区段，所述轴套区段设计用于至少部分包绕枢轴区段。这尤其意味着，枢轴区段至少部分完全布置在枢轴区段的内部。轴套区段和枢轴区段优选可以由金属材料、例如钢制成，由此能够实现构件中的高稳定性和高抗扭转强度。这两个区段还能够沿轴向相互移动，从而实现轴的长度调节。扭矩、尤其通过转向运动所形成的扭矩的特别好的传递能够通过相适配的齿部、即轴套区段上的轴套齿部和枢轴区段上的枢轴齿部实现。各个齿部的齿在此相互咬合并且因此导致扭矩的良好且直接的传递。齿部例如可以具有梅花形廓(Kleeblattprofil)。枢轴齿部此外还通过塑料、尤其聚甲酯(POM)被至少部分注塑包覆。至少部分是指，枢轴齿部的端部通过塑料被注塑包覆。通过塑料的注塑包覆，尤其可以实现轴套区段和枢轴区段的尽可能无缝隙的布置，而不必配合精确地构成轴套区段和枢轴区段。在此，枢轴齿部的塑料注塑部还适应于轴套齿部。在轴的长度调节时，如上所述，枢轴区段和轴套区段沿轴向相互移动。为了避免塑料相对于枢轴区段的移动，枢轴齿部具有至少一个保险槽。优选地通常具有两个保险槽。所述保险槽环绕地 槽状构成，并且构成在枢轴齿部中的凹陷。保险槽中的塑料由此与枢轴齿部构成沿轴向方向的形状配合，由此能够避免塑料在轴的长度调节时的轴向位移。显然，作为备选或补充，轴套区段的齿部还能够通过塑料被至少部分注塑包覆，由此能够实现同样的性质和优点。以下仅探讨枢轴区段的注塑包覆而不做限制，因为注塑包覆能够更简单、更加成本低廉且由此更经济地实现。

根据本发明，在长度可调的轴中规定，作为枢轴齿部中的保险槽的补充还设置至少一个固定容纳部。这种类型的固定容纳部能够例如设计为枢轴齿部中的凹陷。本发明的关键在于，固定容纳部布置在枢轴齿部的至少一个保险槽与注塑包封的端部之间。此外本发明的关键还在于，在注塑包覆时还通过塑料对固定容纳部进行注塑包覆。被注塑包覆的枢轴区段在低温时、尤其在温度明显低于冰点时的半径的扩大如上所述由于塑料材料和枢轴区段的材料的长度收缩的差异而引起。塑料材料收缩得更多，并且塑料注塑部的端部(该端部在没有长度收缩的情况下从枢轴齿部的端部伸出)被朝向枢轴齿部牵引。由此自动产生被注塑包覆的枢轴区段的半径的扩大，因此在调节轴的长度时必须克服高摩擦力。在此，构件的长度收缩的尺寸取决于温度和收缩的构件的自由长度。对于塑料注塑部来说，根据现有技术的设计方式，该自由长度通过保险槽与塑料注塑部的端部之间的间距确定。通过布置在枢轴齿部的至少一个保险槽与注塑包覆的端部之间的固定容纳部，由此可以显著缩短自由长度。自由长度尤其可以这样缩短，从而塑料的长度收缩即使在低温下也不足以使塑料注塑部的端部被牵引到枢轴齿部上。这样可靠地减小了被注塑包覆的枢轴区段的半径的扩大和由此带来的摩擦力。此外还得出，塑料中裂纹的构成尤其取决于上述自由长度。通过将至少一个固定容纳部布置在枢轴齿部中从而缩小自由长度，由此还能够减小或至少明显减小塑料中的裂纹构成。根据本发明的长度可调的轴的稳定性和进而使用寿命由此被提高。

此外在根据本发明的长度可调的轴中优选地规定，枢轴齿部的两个轴向端部通过塑料被注塑包覆，并且枢轴齿部具有至少两个固定容纳部，其中，固定容纳部分别布置在枢轴齿部的至少一个保险槽与通过塑料注塑包覆的轴向端部之间，其中，所述固定容纳部通过塑料被注塑包覆。为了确保枢轴区段与轴套区段之间尽可能良好的扭矩传递，优选的是，整个枢轴齿部通过所塑料被注塑包覆。通过根据本发明将固定容纳部布置在枢轴齿部的两个端部上，其中分别将固定容纳部布置在枢轴齿部的保险槽与和相应的与保险槽 相邻的端部之间，可以避免在枢轴齿部的两个端部上的被注塑包覆的枢轴区段的半径扩大。所有针对带有固定容纳部的枢轴齿部的轴向端部所述的优点当然也适用于枢轴齿部的第二轴向端部，只要所述第二轴向端部也同样通过塑料被注塑包覆而且设计带有固定容纳部。由此能够提供轴的特别好的长度可调性(尤其基本上与温度无关)和高稳定性。

还可以这样设计根据本发明的长度可调的轴，枢轴齿部具有三个或多个、优选六个、特别优选四个固定容纳部。通过三个或多个固定容纳部能够进一步缩小自由长度和进而减少如上所述的后果。固定容纳部例如能够沿轴向在枢轴齿部上尤其均匀分布地布置。由此得出，可以利用六个固定容纳部提供根据本发明的轴的长度可调性，所述长度可调性通过更多数量的固定容纳部也只能不明显地增加。此外由于针对每个固定容纳部都需要加工枢轴齿部，因此考虑到经济性因素，固定容纳部的数量为四个在改进根据本发明的轴的长度可调性和稳定性方面被认为是非常有利的。

在根据本发明的长度可调的轴中特别有利地规定，至少一个固定容纳部环绕地、尤其槽状环绕地构成。通过环绕的、尤其槽状环绕的固定容纳部，可以实现塑料在枢轴齿部和进而枢轴区段的整个周向上的固定。塑料的自由长度由此可以不大于环绕的固定容纳部与枢轴齿部的端部的间距。而且还能通过特备简单的方式和方法避免在枢轴区段的一个区段中出现的半径的扩大。

而且根据本发明的长度可调的轴设计为，固定容纳部的轴向延伸长度小于至少一个保险槽的轴向延伸长度。至少一个保险槽设计用于在轴的长度调节时固定塑料的轴向位置。为了使在所述长度调节中形成的大的作用力能够被吸收，保险槽因此必须尺寸充足地构成。然而作用在固定容纳部上的力可能明显更小。因此还可以将固定容纳部沿轴向设计得小于保险槽。这是特别有利的，因为在加工枢轴齿部时的费用会由此降低，并且此外还能够避免由于过大的固定容纳部所造成的枢轴齿部的削弱。

此外在根据本发明的长度可调的轴中规定，至少一个固定容纳部相对于枢轴齿部的最近的端部的固定间距小于最近的保险槽相对于枢轴齿部的该端部的保险间距的约一半、优选小于保险间距的约四分之一。在根据现有技术构成的长度可调的轴中，在寒冷作用下直接影响塑料的长度收缩的自由长度基本上通过保险间距确定。然而在根据本发明的长度可调的轴中，该自有 长度基本上通过固定间距确定。由于固定间距小于保险间距的约一半、优选小于保险间距的约四分之一，由此还以特别简单的方式和方法明显减低了塑料的长度收缩和由此带来的弊端。

作为备选和/或补充，根据本发明的长度可调的轴这样构成，从而使至少一个固定容纳部与枢轴齿部的最近的端部的固定间距小于约15mm、优选小于约10mm、特别优选小于5mm。在温度降低时，用来对枢轴齿部进行注塑包覆的塑料的绝对的长度收缩至少近似地与现有的自由长度线性相关。所述自由长度又通过固定容纳部相对于枢轴齿部的最近的轴向端部的间距和由此通过固定间距确定。通过具有较小绝对值(例如小于约15mm、优选小于约10mm、特别优选小于约5mm)的固定间距，由此同样可以以特别简单的方式和方法将长度收缩限制在较小、尤其无关紧要的小的数值上。由塑料的较大的长度收缩所带来的弊端能够由此避免或至少明显降低。

此外在根据本发明的长度可调的轴中规定，枢轴齿部在至少一个轴向端部上具有底切(Hinterschneidung；亦称“侧凹”)，其中，所述至少一个底切通过塑料被注塑包覆。底切是指在枢轴齿部的端部上枢轴齿部相对于其余枢轴区段的回缩。枢轴齿部的沿径向更靠外的部分由此具有比枢轴齿部的与其相邻且沿径向更靠内布置的部分更大的轴向延伸长度。这种类型的底切可以例如通过加工枢轴齿部、尤其切削加工枢轴齿部形成。在利用塑料注塑包覆底切时，该塑料由此构成形状配合地贴靠在底切中的突起。在低温下，可以通过形状配合的贴靠特别简单地避免由于长度收缩所致的塑料的轴向移动。由此可以避免由塑料的这种长度收缩带来的弊端。

尤其优选地，根据本发明的长度可调的轴可以这样改进，从而使至少一个底切与枢轴区段的轴线构成约30°至约45°的角度。在此尤其可以规定，底切具有大体上三角形的横截面，其中，三角形的两侧通过枢轴区段或枢轴齿部的材料构成。底切与枢轴区段的轴线之间的角度则可以采用所述两侧之间的角度。通过底切与枢轴区段的轴线之间的约30°至约45°的角度，一方面尤其能够确保剩余的枢轴齿部不会过于尖锐地结束，否则由此可能会导致枢轴齿部的端部的削弱。另一方面由此能够实现的是，通过底切所具有的尺寸，即使在由于低温条件下塑料的长度收缩造成牵引负载时，也可以确保底切中的塑料更可靠的形状配合。

根据本发明的第二方面，所述技术问题通过用于车辆的转向设备解决， 其具有长度可调的轴。根据本发明的转向设备的特征在于，长度可调的轴根据本发明的第一方面构成。相应地，根据本发明的转向设备本身具有与按照本发明的一方面所述的根据本发明的长度可调的轴所述相同的优点。

附图说明

本发明的其他优点、技术特征和细节由以下描述给出，其中结合附图对本发明的实施例进行详细描述。在此，在说明书中提到过的技术特征其本身分别或以任意组合的形式具有发明意义。具有相同功能和工作方式的元件在各个附图中被标注以相同的附图标记。在附图中：

图1示意性示出根据本发明的长度可调的轴的第一设计方式；

图2示意性示出根据本发明的长度可调的轴的第二设计方式；

图3示意性示出根据本发明的长度可调的轴的第三设计方式的底切的剖视图；和

图4示意性示出根据本发明的转向设备的车辆。

具体实施方式

在图1中示出根据本发明的长度可调的轴1的可能的设计方式。根据本发明的轴1可以设置用于安装在车辆60(未示出)的转向设备50中。在此，图1左侧部分示出根据本发明的轴1的俯视图，而图1右侧部分示出根据本发明的轴1的剖视图。根据本发明的轴1具有由其轴套区段10和枢轴区段20。轴套区段10和枢轴区段20优选由金属材料、尤其钢制成。明显能看出的是，轴套区段10和枢轴区段20相互共轴地布置，其中，轴套区段10至少部分包绕枢轴区段20。为了根据本发明的轴1的长度调节，轴套区段10和枢轴区段20能够沿轴向相互移动。尤其在右图中示出轴套齿部11和枢轴齿部21，例如分别对轴套齿部和枢轴齿部中的齿标注了附图标记。通过轴套齿部11和枢轴齿部21的相互咬合，可以确保扭矩在轴套区段10与枢轴区段20之间可靠地传递。为了实现轴套齿部11与枢轴齿部21相互间尽可能无缝隙的布置，枢轴齿部21通过塑料30被注塑包覆。由此能够可靠地避免例如在轴套齿部11和枢轴齿部21配合精确地构成时会出现的在温度变化时翘曲或相互卡住的问题。

图2示出根据本发明的轴1的、尤其根据本发明的轴1的枢轴区段20 的另一种设计方式。在此，枢轴区段20的端部区段以侧视图方式示出，而注塑在枢轴区段20的枢轴齿部21上的塑料30则以剖视图方式示出。在调节根据本发明的轴1的长度时，枢轴区段20和轴套区段10(未示出)沿轴向且由此平行于轴线26地相互移动。为了避免由此导致的塑料30相对于枢轴齿部21的位移，枢轴齿部21具有两个尺寸足够大的保险槽22。所述保险槽22在注塑包覆时通过塑料30被填充，并且通过由此构成的在塑料30与保险槽22的侧壁之间的形状配合能够阻止塑料30的轴向位移。然而在低温61(未示出)条件下，尤其是在温度远低于冰点时，可能会导致塑料30的轴向的长度收缩，所述长度收缩明显超过枢轴区段20和枢轴齿部21的轴向的长度收缩。这种类型的长度收缩除了温度差之外还主要直接取决于材料的自由长度。对于仅具有保险槽22的枢轴区段20来说，例如保险间距23自相应的保险槽22延伸至枢轴齿部21的端部24。由此可以在极低的温度61下出现相对较大的塑料30的长度收缩，由此塑料30的端部31会被牵引越过枢轴齿部21的端部24(未示出)。这会导致被注塑包覆的枢轴区段20的半径扩大。然而由此在轴1的长度调节时会在枢轴区段20与轴套区段10之间出现提高的摩擦力，所述提高的摩擦力会妨碍甚至完全阻止长度调节。因此根据本发明规定，在枢轴齿部21中设置多个固定容纳部40。所述固定容纳部40槽状环绕地构成。通过所述固定容纳部40、尤其与枢轴齿部21和塑料30的端部24、31相邻布置的两个固定容纳部40，能够明显减小如上所述的自由长度，尤其减小到固定间距41。所述固定间距41是固定容纳部40相对于枢轴齿部21的端部24的间距。通过与现有技术相比明显缩短的自由长度，能够使得由于低温61导致的长度收缩不足以使塑料30的端部31被牵引越过枢轴齿部21的端部24。因此，通过塑料30被注塑包覆的枢轴区段20的半径扩大和如上所述由此导致的弊端也能够可靠地避免。

图3示出根据本发明的轴1的枢轴区段20的可能的改进方式。在此，枢轴区段20在其端部24上具有底切25。在所示的设计方式中，底切25大体上三角形地构成，其中，在由三角形的由枢轴区段20的材料所构成的两侧中，其中一侧平行于枢轴区段20的轴线26地布置，另一侧以相对于所述轴线约30°至约45°的角度布置。由此，在注塑包覆枢轴齿部21时布置在底切25中的塑料30构成了与底切25的牢固的形状配合。在温度所致的塑料30的长度收缩(该长度收缩至少基本上平行于轴线26进行)时，塑料被可 靠地固持。作为相应布置的固定容纳部40(未示出)的补充，通过这种底切25也能够由此更可靠地避免被注塑包覆的枢轴区段20的半径扩大。

在图4中示出车辆60，其中构造有根据本发明的转向设备50。由此在该车辆60中显然也构造有根据本发明的长度可调的轴1，在图1、2和3中示出了其中可能的设计方式。由此在所示的车辆60中尤其可以确保的是，无论是在低温61下还是在高温62下，都能够实现、尤其没有阻碍地实现轴1的长度的可调性。尤其例如通过转向装置适应于各个用户的需求的可能性，能够由此确保车辆用户的舒适度的改善。

附图标记清单

1 轴

10轴套区段

11轴套齿部

20枢轴区段

21枢轴齿部

22保险槽

23保险间距

24枢轴齿部的端部

25底切

26轴线

30塑料

31塑料的端部

40固定容纳部

41固定间距

50转向设备

60车辆

61低温

62高温。