CN106458243A - 用于机动车辆的转向管柱、螺杆和轴螺母 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于机动车辆的转向管柱(1)，该转向管柱包括能够连接到机动车辆的底盘的支撑单元(10)并且包括保持在所述支撑单元上并且用于支撑用于将转向力矩从方向盘传递到转向轮的转向轴(14)的定位单元(16)，其中，定位单元(16)相对于支撑单元(10)的位置能够借助于调节驱动器(2、2')被调节，其中，调节驱动器(2、2')包括具有与调节驱动器(2、2')的轴螺母(3)的内螺纹(32)相配合的外螺纹(42)的螺杆(4、4')，其中，螺杆(4)的外螺纹(42)和/或轴螺母(3)的内螺纹(32)的牙侧角(α)在35°与55°之间。

Description

用于机动车辆的转向管柱、螺杆和轴螺母
技术领域
本发明涉及一种用于机动车辆的转向管柱，该转向管柱包括能够连接到机动车辆的底盘的支撑单元以及保持在所述支撑单元上并且能够借助于调节驱动器相对于支撑单元被调节的定位单元。本发明还涉及用于使驱动器调节所述类型的转向管柱的螺杆和轴螺母。
背景技术
已知用于机动车辆的转向管柱包括能够连接到机动车辆的底盘的支撑单元(例如，呈托架部的形式)和保持在所述支撑单元上并且能够相对于所述支撑单元被调节的定位单元。定位单元用于安装转向轴，该转向轴用于将转向运动从方向盘引导至转向系统，以将转向运动传递给转向轮。
已知所述类型的定向单元被设计为能够借助于调节驱动器相对于支撑单元被调节，以能够使保持在转向轴上的方向盘的位置适应于机动车辆的驾驶员的相应乘坐位置。这里，已知为了实现转向管柱的纵向调节，提供了定位单元沿轴向相对于转向轴的可调节性。此外，已知借助于定位单元相对于支撑单元的枢转，方向盘的竖直调节成为可能。
已知的调节驱动器包括电动马达，借助于电动马达能够实现定位单元相对于支撑单元方便地被调节，并且电动马达还使得能够重复地再次采用预存储位置，特别是在多个驾驶员操作机动车辆的情况下。
对于用于机动车辆的可电力调节的转向管柱，电动马达的驱动输出轴的旋转需要转换成平移调节运动，以用于定位单元相对于支撑单元的调节。这通常借助于螺杆驱动器和轴螺母来实现，其中，螺杆驱动器包括设置在电动马达的驱动输出部上的蜗杆轴，轴螺母在其外侧为蜗轮的形式，轴螺母的齿与布置在电动马达的驱动输出轴上的蜗杆轴相配合。通过位置固定的轴螺母的旋转，螺杆沿轴向运动。
AT 511962 A4公开了一种用于机动车辆的转向管柱，其中，可以执行转向轴相对于支撑单元的移动以及转向轴相对于支撑单元的枢转，以实现保持在转向轴上的方向盘的相应定位。调节运动(也就是说，移动和枢转)在每种情况下均借助于一个轴驱动器来实现。在每种情况下，轴驱动器包括一个螺杆，螺杆借助于轴螺母保持在能够相对于彼此被调节的两个单元中的一者上。轴螺母以位置固定的方式被安装，并且能够借助于具有作用于轴螺母的外齿上的蜗杆轴的驱动马达来旋转，以便借助于与螺杆相配合的内螺纹来相应地实现螺杆沿螺纹轴线的方向相对于轴螺母进行平移运动。借助于螺杆的平移运动，实现定位单元的调节运动。
已知螺杆的外螺纹和轴螺母的内螺纹使用具有60°的牙侧角的公制ISO标准螺纹。DE 36 36 315 A1公开了一种用于机动车辆的轴向可调转向管柱，其中，所述类型的螺纹作为螺杆的外螺纹被提出。
在使用ISO标准螺纹的情况下，事实是：由于60°的相对较浅的牙侧角，较大的力被引入至螺纹牙侧，该力能够导致轴螺母延展或者螺杆压缩，并且从而能够对调节驱动器的驱动特性带来不利的影响。
此外，例如EP 2 412 607 A2中已知调节驱动器的螺纹为梯形螺纹的形式，例如具有30°的牙侧角的ISO梯形螺纹。
在使用ISO梯形螺纹的情况下，各条螺纹线程具有较大的线程厚度被认为是不利的，这导致各个组件的大径相对较大。
发明内容
将已知的现有技术作为出发点，本发明的目的在于详细说明用于机动车辆的具有调节驱动器的转向管柱以及用于调节驱动器的、为调节驱动器提供改进的驱动特性的螺杆和轴螺母。
所述目的借助于具有权利要求1的特征的用于机动车辆的转向管柱来实现。有利的改进出现在从属权利中。
相应地，提出了一种用于机动车辆的转向管柱，转向管柱包括能够连接到机动车辆的底盘的支撑单元并且包括保持在所述支撑单元上并且用于安装用于将转向力矩从方向盘传递到转向轮的转向轴的定位单元，其中，定向单元相对于支撑单元的位置能够借助于调节驱动器被调节，其中，调节驱动器包括螺杆，螺杆具有与调节驱动器的轴螺母的内螺纹相配合的外螺纹。根据本发明，螺杆的外螺纹和/或轴螺母的内螺纹的牙侧角在35°与55°之间。
转向轴可以优选经由转向齿轮机构、特别是通过利用电动辅助将转向运动从方向盘传递到转向轮。
然而，转向轴的转向运动也能够例如以电力的、电子的或磁性的方式由传感器装置来检测，并且检测信号也能够被馈送给控制器(其借助于设备来执行转向轮的枢转运动)，以便重复转向运动。系统被称为转向线控系统。
由于螺杆的外螺纹和/或轴螺母的内螺纹的牙侧角为35°至55°，操作期间轴螺母的延展减小或完全被阻止成为可能，使得调节驱动器的驱动反应相应地提高。
此外，由于轴螺母的延展减小或完全不存在，所以即使通过较小的牙侧高度的螺纹，也能够传递进行调节所需的力，因此以这种方式，可以实现尽可能小的螺纹公称直径以及较大的螺纹芯直径。同样，由于螺杆和/或轴螺母的材料变形可以减小或被完全阻止，所以以这种方式，调节驱动器的操作特性能够得以改进。以这种方式，可电力调节的转向管柱的可靠操作能够借助于调节驱动器来实现。此外，以这种方式，能够减小背景噪声。
牙侧角优选位于40°与50°之间，以便使轴螺母延展的分力尽可能保持较小，同时，各个螺纹能够例如借助于切削被简单地制造。
相应地，外螺纹和/或内螺纹优选为切削螺纹的形式。由于能够切削螺纹，所以螺杆和轴螺母可以采用不同的材料。这样相对自由的材料选择使得螺杆的外螺纹和/或轴螺母的内螺纹可以被在塑料材料中切削出、例如也可以在纤维增强的塑料材料中切削出。
因此，从35°至55°的牙侧角由于相对较低的延展倾向使得能够进一步制造整体由塑料材料制成的轴螺母，以便使调节驱动器实现改进的操作特性，特别针对其振动和/或振荡特性以及针对长期摩擦学特性。
可替代地并且优选地，在形成轴的期间，螺纹直接注塑成型或者模制。同样也适用于轴螺母。
外螺纹和/或内螺纹优选包括至少两条螺纹线程。这里，特别优选形成正好具有两条线的螺纹。然而，正好具有三条线或四条线的螺纹也可以是有利的。借助于多线螺纹的实施例，能够使定位单元实现更高效、更快速和更可靠的定位。然而，马达功率必须适应于相应更快的调节速度。
如果外螺纹和/或内螺纹是以牙侧为中心的设计，则优选实现调节驱动器的简单的可制造性和操作特性，这就旋转方向而言是中立的。
如果螺杆和轴螺母包括相互不同的材料并且优选整体由相互不同的材料制成，则可以有利地设定调节驱动器的振动特性、摩擦学特性和/或阻尼特性。
由于这个原因，在优选的实施例中，轴螺母和/或螺杆包括塑料材料或者优选整体由塑料材料、特别优选由纤维增强的塑料材料来加工。这里，纤维增强也可以仅形成在螺纹轴的中心处，以确保在传递时具有高水平的刚性，并且同时确保易于形成螺纹而未在加工过程中破坏纤维并因而削弱摩擦学特性。具体而言，可以使用玻璃纤维、碳纤维或芳族聚酰胺纤维。
上述目的还借助于具有权利要求8的特征的螺杆来实现。
相应地，提出了一种用于调节驱动器的螺杆，该调节驱动器用于调节定位单元相对于机动车辆的转向管柱的支撑单元的位置，该螺杆具有用于与轴螺母的内螺纹配合的外螺纹。根据本发明，外螺纹的牙侧角在35°与55°之间。在优选的改进中，牙侧角位于40°与50°之间。
上述目的还借助于具有权利要求9的特征的轴螺母来实现。
相应地，提出了一种用于调节驱动器的轴螺母，该调节驱动器用于调节定位单元相对于机动车辆的转向管柱的支撑单元的位置，该轴螺母具有用于与螺杆的外螺纹配合的内螺纹。
根据本发明，内螺纹的牙侧角在35°与55°之间。在优选的改进中，牙侧角位于40°与50°之间。
螺杆和轴螺母还可以优选借助于根据权利要求1的从属权利要求的特征来加以改进。
附图说明
将基于下面的附图描述，对本发明的优选的其他实施例和方面进行更详细地讨论，其中：
图1是具有电力调节装置的转向管柱的示意立体图；
图2以侧视立体图示出图1中的转向管柱；
图3以另一侧视示意图示出图1中的转向管柱；
图4以分解图示出用于根据上述附图的转向管柱的调节驱动器；
图5是调节驱动器的螺杆和轴螺母的示意截面图；以及
图6示出图5中的调节驱动器的截面的细节图。
具体实施方式
下面，将基于附图对优选的示例性实施例进行说明。这里，相同的元件、相似的元件或相同作用的元件在各附图中用相同的附图标记来表示，并且为了避免冗余，所述元件的部分重复说明将在以下说明中被省略。
图1示出转向管柱1，转向管柱1包括能够连接到机动车辆(此处未示出)的底盘的支撑单元10，定位单元16以可调节的方式保持在该支撑单元10上。支撑单元10包括托架100，托架100能够例如借助于固定孔102固定到机动车辆的底盘。
定位单元16包括套管12，转向轴14以可旋转地方式安装在套管12中。方向盘(此处未示出)可以被固定到转向轴14的方向盘侧端部141。转向轴14用于将由驾驶员经由方向盘引导至转向轴14的转向力矩以已知的方式传递给转向轮(此处未示出)。这里，转向轴14能够经由转向齿轮机构将转向运动从方向盘传递给转向轮(在适当的情况下可以借助于电动辅助)。
在一个变形例中，还可以提供转向轴14的转向运动由传感器装置例如通过电力的、电子的或磁性的方式来检测，并且所检测到的信号被馈送给控制器，控制器借助于转向设备执行转向轮的枢转运动，以重复转向运动。这种系统被称为转向线控系统。
套管12以能够沿纵向调节方向X移动的方式被保持在支撑管104中，其中，纵向调节方向X沿转向轴14的轴向延伸。借助于套管12相对于支撑管104所进行的调节，相应地能够实现转向轴14的纵向调节并且因此实现方向盘(未图示出)的纵向调节，以使方向盘的位置适应机动车辆的驾驶员的乘坐位置。
支撑管104以可枢转的方式固定到托架100并且能够围绕枢转轴线106相对于托架100枢转。由于套管12借助于枢转机构18保持在托架100上，定位单元16在竖直调节方向Z(大致垂直于纵向调节X定向)上的可调节性成为可能。这导致套管12和转向轴14围绕枢转轴线106相对于支撑单元10并且特别地相对于托架100可枢转，使得布置在转向轴14上的方向盘(此处未示出)的竖直调节也可以实现，以这种方式实现了方向盘的位置能够适应驾驶员的乘坐位置。
在示例性实施例中，针对两个调节方向中的每一者，有单独的调节驱动器2、2'，其中，在每种情况下均具有一个单独的调节机构，该调节机构包括螺杆4、4'和轴螺母3。
提供了一种调节驱动器2，借助于该调节驱动器2，可以实现沿纵向调节方向X相对于支撑单元10调节定位单元16。调节驱动器2包括借助于铰接杆120连接到套管12的螺杆4。铰接杆120以可移动的方式在支撑管104的槽110中被引导，使得铰接杆120相对于支撑管104的移动导致定位单元16相对于支撑单元10的移动。
螺杆4被保持在铰接杆120上并沿纵向调节方向X延伸。螺杆4还保持在轴螺母3中，轴螺母3具有与螺杆4的外螺纹相配合的内螺纹32。轴螺母3以可旋转但相对于承载管104位置固定的方式安装在机构外壳34中，使得由于轴螺母3与螺杆4螺纹配合，轴螺母3的旋转导致螺杆相对于轴螺母3轴向运动。换句话说，轴螺母3的旋转引起套管12与支撑管104之间相对运动，使得定位单元16相对于支撑单元10的位置的调节受到轴螺母3的旋转的影响。
调节驱动器2还包括驱动马达20，该驱动马达的驱动输出轴24上布置有蜗杆轴22(从图4中可以清楚地看出)。蜗杆轴22配合轴螺母3的外齿30，其中，外齿30为蜗轮的形式。蜗杆轴22的旋转轴线和轴螺母3的旋转轴线彼此垂直，这本身在蜗杆机构中是公知的。
相应地，借助于驱动马达20的驱动输出轴24的旋转，轴螺母3能够旋转，从而实现了定位单元16沿纵向调节方向X相对于支撑管104的纵向调节并且因此实现定位单元16相对于支撑单元10的位移。
在图3中可以特别清楚地观察到相应的调节驱动器2'。所述另一调节驱动器2'大体包括与第一调节驱动器2相同的构造。另一调节驱动器2'驱动定位单元16沿竖直调节方向Z运动。借助于螺杆4'的旋转，轴螺母3'沿轴向移动。轴螺母3'借助于接头182被连接到定位杆181。定位杆181以围绕联接轴线183可枢转的方式被保持在支撑管104上，并且以围绕联接轴线184可枢转的方式被保持在托架100上。以这种方式，实现了轴螺母3'借助于螺杆4'对枢转机构18并且因此对定位单元16和支撑管104施加相应的调节。对于所需长度的补偿，相应的补偿功能集成在一个接头中。在示例中，这借助于托架中的螺栓(其形成枢转轴线106)的开槽插孔来实现。
图4再次以示意性的、立体的和分解的视图示出调节驱动器2。可以看出具有驱动输出轴24的驱动马达20，蜗杆轴22形成在该驱动输出轴24上。蜗杆轴22与轴螺母3的呈蜗轮形式的外齿轮30相配合。轴螺母3以位置固定并且围绕螺杆4的轴线400可旋转的方式保持在机构外壳34中。轴螺母3在该情况下被安装为不会沿螺杆4的轴线400的方向相对于支撑管104移动。螺杆4借助于外螺纹42与轴螺母3的内螺纹32相配合。机构外壳34相应地确保与所述轴螺母相配合的螺杆4能够借助于轴螺母3的旋转沿螺杆4的轴线400的方向移动。
轴螺母3和/或螺杆4可优选包括非纤维增强塑料(例如，POM(polyoxymethylene，聚甲醛)、POM均聚物、100NC 010和/或100AL NC 010)，或者整体由非纤维增强塑料组成。轴螺母3和/或螺杆4还可以优选包括纤维增强塑料(例如，具有碳纤维的POM和/或具有碳纤维的PBT(polybutylene terephthalate，聚对苯二甲酸丁二醇酯))或者整体由纤维增强塑料组成。
特别优选塑料材料包括添加到其中的润滑剂，以允许轴螺母3的内螺纹32与螺杆4的外螺纹42自润滑，使得特别小的摩擦和特别低的噪声的操作成为可能，并且摩擦学特性在驱动器2的使用寿命内基本保持恒定。
图5和图6示出调节驱动器2的截面，其中，尤其能观察到螺杆4和轴螺母3。如前所述，螺杆4包括外螺纹42。在所示的示例性实施例，外螺纹42为单线形式。
轴螺母3包括与螺杆4的外螺纹42互补的内螺纹32，该内螺纹与螺杆4的外螺纹42相配合。
如从图6中的详细图示中可以看出，螺杆4的外螺纹42的牙侧角α相对较小，并且在所示的示例性实施例中略小于55°。
牙侧角α的优选角度范围在35°与55°之间。以这种方式，如果轴螺母3围绕螺杆4旋转，使轴螺母3延展的分力相对于现有技术中已知的螺纹形式能够得以减小。以这种方式，调节驱动器2的操作特性相对于现有技术中已知的技术方案得以改进。
此外，轴螺母3可以由除现有技术中已知的材料之外的其他材料来制造。具体而言，轴螺母3也可以由塑料材料来制造，该塑料材料相对于常规材料而言可以包括改进的摩擦学特性、阻尼特性和振动特性，使得调节驱动器2的操作特性能够进一步得以改进。
螺杆4的外螺纹42可以是在螺杆4的材料中切削出的。这种方式起到外螺纹42能够易于在各种各样的材料中形成的效果，使得相应地在材料的选择方面获得更大的自由。
借助于所选择的牙侧角α，制造比较小的螺距也成为可能，使得能够实现螺杆4和轴螺母3两者更易于被制造。
此外，特别优选螺杆4的外螺纹42在塑料材料中切削出，并且螺杆4相应地整体由塑料材料制造，或者塑料材料包住由不同材料(例如，金属)制成的轴以形成外螺纹。
轴螺母3的内螺纹32优选包括与螺杆4的外螺纹42互补的几何形状。相应地，在所示的示例性实施例中，另一种情况为：轴螺母3的内螺纹32包括略小于55°的牙侧角α。这里，如对于螺杆4的外螺纹42的情况那样，牙侧角的优选范围位于35°与55°之间、特别优选在40°与50°之间。
螺杆4的公称直径d能够通过选择所规定的位于35°与55°之间、特别位于40°与50°之间的牙侧角α得以减小。具体而言，因为力传递由于牙侧相对较陡而更好地发生，所以小径d3增大也成为可能，并且相对于现有技术中已知的螺纹几何形状而言轴螺母3的变形或轴螺母3的延展减小。相应地，相同的力能够借助于螺纹线程传递，螺纹线程的高度比现有技术中已知的螺纹线程的高度低。以这种方式，小径d3相对于现有技术中常规的几何形状而言可以相对增大，使得整体螺杆4的公称直径d可以减小，或者对于给定的公称直径d，稳定性增大。
特别优选利用图5和图6中所示的以牙侧为中心的螺纹，以便实现以最容易的方式加工和制造轴螺母3的内螺纹32和螺杆4的外螺纹42。此外，借助于相应的以牙侧为中心的螺纹，能够在沿轴螺母3的旋转的两个方向调节调节驱动器2期间实现相同的驱动行为。
在适用时，各示例性实施例中所呈现的所有单个特征可以在不脱离本发明的范围的情况下彼此组合使用和/或彼此互换。
附图标记列表
1 转向管柱
10 支撑单元
12 套管
14 转向轴
141 方向盘侧端部
16 定位单元
18 枢转机构
100 托架
102 固定孔
104 支撑管
106 枢转轴线
110 槽
120 铰接杆
181 定位杆
182 接头
183 联接轴线
184 联接轴线
2 调节驱动器
2' 调节驱动器
20 驱动马达
20' 驱动马达
22 蜗杆轴
24 驱动输出轴
3 轴螺母
30 外齿
32 内螺纹
34 机构外壳
34' 机构外壳
4 螺杆
4' 螺杆
42 外螺纹
44 止挡部
400 螺杆的轴线
α 角度
X 纵向调节方向
Z 竖直调节方向
d 公称直径
d3 小径

Claims (10)

1.一种用于机动车辆的转向管柱(1)，所述转向管柱包括能够连接到所述机动车辆的底盘的支撑单元(10)并且包括保持在所述支撑单元上并用于安装转向轴(14)的定位单元(16)，所述转向轴(14)用于将转向力矩从方向盘传递给转向轮，其中，所述定位单元(16)相对于所述支撑单元(10)的位置能够借助于调节驱动器(2、2')被调节，其中，所述调节驱动器(2、2')包括螺杆(4、4')，所述螺杆(4、4')具有与所述调节驱动器(2、2')的轴螺母(3)的内螺纹(32)相配合的外螺纹(42)，
其特征在于
所述螺杆(4)的所述外螺纹(42)和/或所述轴螺母(3)的所述内螺纹(32)的牙侧角(α)在35°与55°之间。
2.如权利要求1所述的转向管柱(1)，其特征在于，所述牙侧角(α)位于40°与50°之间。
3.如权利要求1或2所述的转向管柱(1)，其特征在于，所述外螺纹(42)和/或所述内螺纹(32)包括至少两条螺纹线程。
4.如前述权利要求中的任一项所述的转向管柱(1)，其特征在于，所述外螺纹(42)和/或所述内螺纹(32)是以牙侧为中心的设计。
5.如前述权利要求中的任一项所述的转向管柱(1)，其特征在于，所述外螺纹(42)和/或所述内螺纹(32)为切削螺纹的形式。
6.如前述权利要求中的任一项所述的转向管柱(1)，其特征在于，所述螺杆(4)和所述轴螺母(3)包括互相不同的材料并且优选整体由不同的材料制成。
7.如前述权利要求中的任一项所述的转向管柱(1)，其特征在于，所述轴螺母(3)和/或所述螺杆(4)包括塑料材料，优选整体由塑料材料形成。
8.如权利要求7所述的转向管柱(1)，其特征在于，所述轴螺母(3)由纤维增强的塑料材料形成。
9.一种用于转向管柱(1)的调节驱动器(2、2')的螺杆(4、4')，所述螺杆具有用于与轴螺母(3)的内螺纹(32)配合的外螺纹(42)，
其特征在于
所述外螺纹(42)的牙侧角(α)在35°与55°之间。
10.一种用于转向管柱(1)的调节驱动器(2、2')的轴螺母(3)，所述轴螺母包括用于与螺杆(4、4')的外螺纹(42)配合的内螺纹(32)，
其特征在于
所述内螺纹(32)的牙侧角(α)在35°与55°之间。
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