固定元件，具有固定元件的轉向軸承及具有轉向軸承與固定元件的轉向柱的制作方法
【專利摘要】本發明涉及固定元件（1），具有環形體（3，12a，26）及保持舌（4），這些保持舌由環形體（3，12a，26）伸出及終止在固定元件（1）中的相對固定元件（1）的中心軸線（5）定中的孔（6）上，其中，該孔（6）在軸向上與中心軸線（5）同向地穿過固定元件（1）及在孔（6）的徑向最窄位置上至少由構成在保持舌（4）的端面的前邊緣（7）來限定，及其中各至少兩個限定保持舌（4）的一部分的表面（8，9）彼此相交并終止在各個前邊緣（7）上，所述表面中的表面（8）構成在保持舌（4）的正面上。
【專利說明】固定元件，具有固定元件的轉向軸承及具有轉向軸承與固定元件的轉向柱
【技術領域】
[0001]本發明涉及具有環形體及保持舌的固定元件,這些保持舌由環形體伸出及終止在固定元件中的一個相對固定元件的中心軸線定中的孔上，其中，該孔在軸向上與中心軸線同向地穿過固定元件延伸及在孔的徑向最窄位置上至少由構成在保持舌端面的前邊緣來限定，其中，各至少兩個限定保持舌的一部分的表面彼此相交并終止在各個前邊緣上，其中一個表面構成在保持舌的前側上。本發明還涉及具有這種固定元件的轉向軸承及具有一個轉向軸承與至少一個固定元件的轉向柱。
【背景技術】
[0002]這種固定元件通過保持舌形狀-力鎖合地支撐在一個軸的表面上。在DE3305419A1中也被稱為齒圈的固定元件是有彈性的及被硬化的。在齒圈的中心軸線上相對的保持舌(齒)之間，孔的自由橫截面的徑向尺寸小于與齒圈配合的軸的在相同方向上測量的徑向外部尺寸。如果將齒圈套到軸上，齒將彈性地偏轉及彈開，以致孔的自由橫截面增大到軸的徑向外部尺寸及軸可被推入孔中。
[0003]保持舌的前邊緣在齒圈的根據規定的位置上在保持舌的彈性預載荷下輕微地抓入軸的表面。為此軸的表面必需軟。在此情況下前邊緣切入到軸表面的材料中。因此齒圈的配合通常為力-形狀鎖合的。當逆著軸的初始導入方向對齒圈加載時，該齒圈通過保持舌支撐在軸上并抓入到該軸中。因此這種固定元件也被稱為自鎖式固定元件。
[0004]這種固定元件可有利地在任意位置上并由此與公差無關地固定在軸上。此外該固定元件可作為大批量物件有利地制造及被設置來例如通常在轉向柱的上部分中保證轉向軸承在轉向軸上的軸配合。
[0005]在EP2249050A1中描述了一個按類構成的類型的轉向柱。轉向軸承為角接觸球軸承。兩個彼此相對放置及被相互預加載的角接觸球軸承的內圈各借助一個卡圈在軸上定中。對著卡圈各有一個波形彈簧或其它彈簧軸向彈性地被預加載。彈簧、卡圈及由此各個內圈都與一個齒圈相固定。
[0006]在DE102009051107B3中描述了一個按類構成的類型的、用于使一個構成轉向主軸的軸可轉動地支承在轉向柱的套管中的轉向軸承。角接觸球軸承的內圈與所屬類型的固定元件構成一體。在轉向柱組裝時必然有利地少組裝一個構件。用于組裝、供給、倉儲及運輸的成本可保持較小。此外降低了這種轉向柱的制造成本。
[0007]轉向柱為組件，對其在工作安全性及碰撞時的特性方面提出了高的要求。因此不允許:在碰撞時轉向主軸類似匕首地侵入駕駛室。因此對所屬類型的固定元件的軸向保持能力的要求是非常高的。
[0008]具有組合的固定元件的轉向軸承的齒圈及內圈由板材沖壓并冷成型。前邊緣是大多數旋轉對稱的環的初始孔的結果。特別是固定元件的保持能力與該前邊緣的構型相關。
[0009]邊緣通常由兩個彼此相交的表面形成。與此相應地，所述表面中的終止在前邊緣上的一個表面為保持舌的正面，它與保持舌的兩個前面垂直地延伸及向著中心軸線。該正面在固定元件制造時通過孔形成及在徑向上限定固定元件中孔的一部分。另一表面是各個保持舌的固定元件前面上的一個面區段，它在齒圈沿輸送方向安裝時向著軸指向。
【發明內容】
[0010]本發明的任務在于:給出尤其為轉向柱中的應用而設置的固定元件及轉向軸承，它們的軸配合可靠地被保持并且它們可簡單地且成本上有利地制造。
[0011]該任務將根據權利要求1的方案來解決。
[0012]根據本發明，形成前邊緣的兩個表面在固定元件的至少一個保持舌上、最好在所有保持舌上以至少一個銳角相互傾斜。由前邊緣出發的兩個表面在彼此之間所夾持的角度在15°≤α≤60°的范圍內。
[0013]圖7表示現有技術的齒圈101形式的、未按比例描繪的固定元件100的沿其中心軸線的半個截面。齒圈101具有一個環形體102，由該環形體朝向中心軸線103伸出保持舌104。環形體102基本上構成空心圓柱形但也可選擇地構成盤形或具有這兩種構型的混合形式。在圖中上面的保持舌104被剖割地表示。保持舌104由固定圈100的材料通過彎曲轉變而來，以致這些保持舌相對徑向平面E以角度β傾斜。該徑向平面E被中心軸線103垂直地穿過。在齒圈101裝配到一個軸上的情況下，使該軸在圖中自左方穿過齒圈101或使齒圈101自右向左地移到軸上。
[0014]每個保持舌104具有兩個前邊緣105及105a,它們在軸向上限定了保持舌104的正面107。由于各個保持舌104相對徑向平面E傾斜,前邊緣105由保持舌104的端部108向著中心軸線103在徑向上伸得最遠。在前邊緣105上兩個表面106及107彼此相交并終止在那里。各個表面106被構成在保持舌104的前面上及由環形體伸出并一直延伸到固定元件100的端部108及由此直至保持舌104的端部108。另一表面107是各個保持舌104的正面側的一個正面。表面106與107以一個90°的角度相互傾斜。前邊緣105應盡可能地不被削弱。在固定元件的軟的部分硬化前的制造及處理過程中，并非在任何情況下均能保證前邊緣的不被削弱的輪廓，由此可對固定元件在軸上的保持能力產生不利的影響。
[0015]就本發明所描述的固定元件與現有技術不同地具有兩個表面，即前面和正面，它們由前邊緣出發刀刃形地以銳角相互傾斜。因此對于大部分的固定元件本身在軸上的保持能力的改善就得到保障，因為銳利的邊緣很好地抓入軸的表面。軸尤其應由未硬化的鋼來作而固定元件則至少在被構成刀刃的前邊緣上盡可能地被硬化處理。從抵抗能力、彈性特性的觀點及出于成本的原因有利的是，對整個固定元件或對與固定元件構成一體的內圈進行硬化處理。對于邊緣或前邊緣也理解為這樣的邊緣，其借助半徑、其它曲線形式的圓角或棱角被折斷。優選的邊緣半徑為< 0.4mm，尤其為0.2mm。這同樣適用于倒角。
[0016]具有這樣的固定元件，其中，保持舌在固定圈制造好但還未安裝到軸上時在前面以一個徑向平面結束-就是說在初始狀態中未在軸向上轉向。當軸插入到對其外徑來說略微小些的孔中時，這種固定元件的保持舌才被移離徑向平面并被調整成傾斜的。保持舌必需與軸的移入方向同向地彈性偏移，直到孔對于軸直徑來說足夠大為止。本發明也適用于這種固定元件。但本發明優先適用于這樣的固定元件，在該固定元件上在制造時就已使保持舌轉變為以銳角相對徑向平面傾斜。在此情況下，保持舌相對徑向平面以一個角度傾斜還是相對該徑向平面弧形地還是間歇傾斜地延伸則是無所謂的。
[0017]根據本發明的一個方案，類似刀刃地構成的前邊緣超過所述表面中的一個表面的水平或超過彼此相交在前邊緣上的兩個表面的水平。表面區段在離前邊緣較近處由各個表面彎曲地或直線地上升并超過該表面的水平直到前邊緣為止。該構型的優點在于:盡管基于由該表面凸出的邊緣在軟的部分上可能產生無意的邊緣斷口，但總可保持一個相對銳利地凸出的剩余材料。
[0018]保持舌的前邊緣或刀刃直線地延伸并例如切向地定向。變換地，它也可在一個圓周線上彎曲地延伸，其曲率相應于固定元件以后裝配在其上的軸的表面曲率。
[0019]本發明的一個方案在于:各個保持舌的前邊緣被至少一個部分地延伸在所述表面的一個中的凹槽中斷。這種構型可以對仍要進一步改善的保持能力產生正面的影響，因為這些前邊緣將這樣總地更好地抓入并緊貼在軸的表面中。此外通過中斷構成齒狀的刀刃可更好地壓入軸表面。
[0020]固定元件的保持舌最好與環形體一體地單一材料地構成。為了構成保持舌而形成徑向槽，在圓周方向上切割環形體，通過這些徑向槽使保持舌可彼此相對彈性移動地被相互分隔為在圓周方向上相鄰的保持舌。在四周閉合的或被開過一次槽的環形體在圓周上將保持舌保持在其位置上，因為這些保持舌與該環形體構成一體。槽可以如此地窄，以致在槽旁邊的保持舌相互接觸。而本發明的一個優選方案則在于:固定元件的中心孔由一個與前邊緣連接的帶有缺口的內邊緣來限定。保持舌由終止在環形體上的及向著孔張開的缺口在圓周上相互分開。四周閉合的或變換地被開過一次槽的環形體將保持舌保持在一起。借助缺口的圓角可避免固定元件中的缺口應力及由此產生的裂縫。此外通過選擇缺口的適當尺寸能可變地形成保持舌的彈性特性。
[0021]還提出了具有根據本發明的固定元件的轉向軸承。該轉向軸承至少具有內圈及滾動體、外滾道(可能設在外圈上或直接設在一個套管中)、保持架。固定元件在該轉向軸承中可選擇地作為單獨構件組合在一個自保持單元中，該單元例如由外圈、滾珠、內圈、彈簧圈及齒圈構成。變換地，固定元件與轉向軸承的內圈一體地單一材料地構成。
[0022]還提出了具有至少一個轉向管及一個借助轉向軸承可轉動地支承在轉向管中的轉向主軸的轉向柱。在該轉向柱中轉向軸承的內圈至少借助固定元件形狀-力鎖合地固定在轉向主軸上，其中，該固定元件被作成單獨的構件或組合在該內圈中。內圈在軸向上在固定于轉向主軸上的固定元件旁邊剛性或彈性地、有或沒有中間連接至少一個彈簧元件地支撐在轉向主軸上。
[0023]對于“軸” 一詞應理解為所有的構件及機器元件，它們適合并被設置來可轉動地或剛性地接收及固定各種構件。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]以下將借助實施例詳細地描述本發明。
[0025]圖1，2及3:圖1表示一個固定元件I的主視圖，該固定元件被構成齒圈2。圖2表示固定元件I的沿圖1中線I1-1I及沿中心軸線5的剖視圖。圖3不按尺寸比例地表示圖2中細節Z的一個放大視圖。
[0026]固定元件I具有一個帶有保持舌4的環形體3,保持舌在固定元件I中終止在一個相對固定元件I的中心軸線5定中的孔6上。孔6在軸向上與中心軸線5同向地穿過固定元件I。孔6的徑向最窄位置由內徑Rl至R9來描述及在保持舌4的端面通過前邊緣7來限定。孔6還由一個與前邊緣7連接的帶有缺口 Ia的內邊緣來限定。缺口 Ia由環形體3出發及向著孔6張開，由此保持舌4在圓周上相互分開及彼此以均勻的分度角Y分布在圓周上。
[0027]至少兩個限定各個保持舌4的表面的一部分的表面8及9分別在各個前邊緣7上彼此相交。表面8構成在各個保持舌4的正面上并由前邊緣7及7a限定。另一表面9覆蓋固定元件I的前面及為一個延續在環形體3的內圓柱形的表面10中的面區段。保持舌4由被中心軸線5垂直地穿過的并且相互平行的徑向平面E及E，軸向地伸出并相對各個徑向平面E或E，傾斜。
[0028]M3:表面8及9從前邊緣7伸出及以一個銳角α相互傾斜。由此前邊緣7由各個保持舌的端部4a在徑向上向著中心軸線5比前邊緣7a伸得更遠，以致當將一個軸插入孔6時僅是前邊緣7與該軸的表面形成接觸。此外前邊緣7在徑向上超過表面8 (正面)地伸出，因為表面8在向著前邊緣7的方向上具有一個平的面區段8a，該面區段的延伸由表面8起向著前邊緣7超過表面8的水平一直上升到前邊緣7,以致前邊緣7超過一個前邊緣的及構成在正面上的表面8的本來的水平而伸入到孔6中。
[0029]圖2及3:各個保持舌4上的各個前邊緣7被一個部分地延伸在兩個表面8及9中的凹槽11中斷。
[0030]圖4:圖4表示一個轉向軸承15，它由一個內圈12、一個外圈13及在保持架14中導行的滾動體28構成。固定元件I與內圈12構成一體。固定元件I的環形體12a與內圈12的滾道區段12b構成一體。滾動體28在該滾道區段12b上滾動。在滾道區段12b之后緊接著是與內圈12構成一體的軸配合區段12c，在該軸配合區段上連接著內圈12的一個延長區段12d。在該延長區段12d上徑向向外成型出保持凸起12e，通過這些保持凸起使各零件即外圈13、具有滾動體28的保持架14及具有固定元件I的內圈12保持成一個本身自保持的單元。
[0031]圖1，3及4:固定元件I具有環形體12a，而在其它方面也相應于由圖1及3所示的結構，其中在這種情況下，圖3給出了圖4中的細節Y。環形體12a設有保持舌4，這些保持舌在固定元件I中終止在一個相對固定元件I的中心軸線5定中的孔6上。孔6在軸向上與中心軸線5同向地穿過固定元件I。在孔6的徑向最窄位置上，前邊緣7的延伸通過內徑Rl至R9來描述。孔6還由一個與前邊緣7連接的帶有缺口 Ia的內邊緣來限定。缺口Ia由環形體3出發及向著孔6張開，由此保持舌4在圓周上相互分開及彼此以均勻的分度角Y分布在圓周上。
[0032]至少兩個限定各個保持舌4的表面的一部分的表面8及9分別彼此相交在各個前邊緣7上。表面8構成在各個保持舌4的正面及終止在前邊緣7及7a上。另一表面9覆蓋固定元件I的前面及為一個延續在環形體3的內圓柱形的表面10中的面區段。保持舌4由相互平行的徑向平面E及E,伸出并相對這些徑向平面E或E,傾斜。
[0033]表面8及9從前邊緣7導出及以一個銳角α相互傾斜。在此情況下，前邊緣7在徑向上超過表面8 (正面)的本來的水平。面區段8a具有一個由表面8起向著前邊緣7超過表面8的水平上升到前邊緣7的延伸，以致前邊緣7超過構造在正面的表面8地伸入到孔6中。
[0034]圖3及4:各個保持舌4上的各個前邊緣7被一個部分地延伸在兩個表面8及9中的凹槽11中斷。
[0035]M5:? 5以沿著轉向主軸17的中心軸線5的縱截面表示轉向柱20的一個區段。該轉向柱20具有轉向軸承15、轉向管16及轉向主軸17。轉向主軸17借助轉向軸承15可轉動地支承在轉向管16中。為此外圈13固定地配合在轉向管16中及內圈12固定地配合在轉向主軸17上。內圈12用軸配合區段12c可以通過壓配合支撐在轉向主軸17的軸座18上。延長區段12d與轉向主軸17無接觸。此外內圈12借助固定元件I在軸向上固定地保持在轉向主軸17上，以防軸向位移。為此，保持舌4在彈性預載荷下緊貼在轉向主軸17的表面19上并用前邊緣7抓入該表面19中。
[0036]M6以沿其中心軸線5的縱截面表示轉向柱25的一個區段。轉向柱25具有一個在轉向管16中的轉向軸承21、一個卡圈22、一個波形彈簧23、一個齒圈24形式的固定元件I及轉向主軸17。
[0037]圖1，3及6:齒圈24基本上如齒圈2那樣地構成及可用對圖1及3的描述來說明。與齒圈2不同地，固定元件I不具有環形體3而具有環形體26，該環形體26在圖中指向右方并在此情況下在圓周上包圍著保持舌4。由此齒圈24具有一個平的正面27，波形彈簧23支撐在該正面上。齒圈24克服波形彈簧23的力借助保持舌4支撐在轉向主軸17上。卡圈22借助波形彈簧被壓在并被夾緊在轉向軸承21的內圈28與轉向主軸17之間。內圈21在一個方向上通過卡圈22支撐在轉向主軸17上而其它部分與轉向主軸17無接觸及在另一方向上通過在保持架14中導行的滾動體28支撐在外圈13上。
[0038]附圖標記
[0039]I固定元件5中心軸線
[0040]Ia 缺口6 孔
[0041]2齒圈7前邊緣
[0042]3環形體7a前邊緣
[0043]4保持舌8表面
[0044]8a表面區段21轉向軸承
[0045]9表面22卡圈
[0046]10內圓柱形的面23波形彈簧
[0047]11凹槽24齒圈
[0048]12內圈25轉向柱
[0049]12a環形體26環形體
[0050]12b滾道區段27平的面
[0051]12c軸配合區段28滾動體
[0052]12d延長區段100固定元件
[0053]12e保持凸起101齒圈
[0054]13外圈102環形體
[0055]14保持架103中心軸線
[0056]15轉向軸承104保持舌[0057]16轉向管/套管105前邊緣
[0058]17轉向主軸106表面
[0059]18軸座107表面/正面
[0060]19轉向主軸的表面108端部
[0061] 20轉向柱
【權利要求】
1.固定元件(I)，具有環形體(3,12a,26)及保持舌(4),這些保持舌由所述環形體(3,12a，26)伸出及終止在所述固定元件(I)中的相對所述固定元件(I)的中心軸線(5)定中的孔(6)上，其中，該孔(6)在軸向上與中心軸線(5)同向地穿過所述固定元件(I)及在所述孔(6)的徑向最窄位置上至少由構成在所述保持舌(4)的端面的前邊緣(7)來限定，及其中各至少兩個限定所述保持舌(4)的一部分的表面(8，9)彼此相交并終止在各個前邊緣(7)上，其中所述表面(8)中的構成在所述保持舌(4)的正面上，其特征在于:在所述保持舌(4)中的至少一個上，所述表面(8，9)至少在所述表面(8，9)過渡到所述前邊緣(7)中的地方以至少一個銳角相互傾斜地延伸。
2.根據權利要求1的固定元件，其特征在于:所述前邊緣(7)超過所述表面(8)中的至少一個的水平。
3.根據權利要求1的固定元件，其特征在于:所述前邊緣被折斷。
4.根據權利要3的固定元件，其特征在于:所述前邊緣以0.2至0.4mm的半徑被折斷。
5.根據權利要求2的固定元件，其特征在于:所述前邊緣(7)超過構成在正面的表面(8)地伸入所述孔(6)中，其中，所述保持舌(4)由至少一個被中心軸線(5)垂直地穿過的徑向平面(E，E，)伸出并相對該徑向平面(E，E，)傾斜。
6.根據權利要求1的固定元件，其特征在于:所述前邊緣(7)被部分地延伸在所述表面(8,9)中的至少一個中的凹槽(11)中斷。
7.根據權利要求1的固定元件，其特征在于:所述孔(6)還由與所述前邊緣(7)連接的帶有缺口(Ia)的內邊緣來限定，及其中所述保持舌(4)借助由所述環形體(3，12a，26)出發的及向著所述孔(6)張開的缺口(Ia)在圓周上相互分開。
8.轉向軸承(15)，至少具有一個內圈(12)、外圈(13)、設在所述內圈(12)與外圈(13)之間的滾動體(28)及根據權利要求1或7的固定元件(I)。
9.根據權利要求8的轉向軸承，其特征在于:所述固定元件(I)與內圈(12)構成一體。
10.轉向柱，具有至少一個轉向管(16)、至少一個根據權利要求8的轉向軸承(15)及借助所述轉向軸承(15)可轉動地支承在所述轉向管(16)中的轉向主軸(17)，其中，所述內圈(12)至少借助所述固定元件(I)的前邊緣(7)形狀-力鎖合地固定在所述轉向主軸(17)上。
【文檔編號】B62D1/16GK103857931SQ201180072420
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2011年8月1日 優先權日:2011年8月1日
【發明者】H·埃哈特, R·拜爾, J·奧特, R·盧茨, A·埃哈特, P·隆查爾, R·尼特策爾 申請人:舍弗勒技術有限兩合公司