CN110650882A - 用于机动车的可伸缩转向轴 - Google Patents

Abstract

用于机动车的可伸缩的转向轴(4),所述转向轴具有内轴(7),所述内轴共轴且在转向轴(4)的轴向上可移动地接入外轴(5)，其中内轴(7)和外轴(5)在横截面中具有对应的轮廓以便传递扭矩，由此以简单且公差不敏感的方式配有能量吸收装置用于碰撞事故，即，通过在内轴(7)和外轴(5)之间在内轴(7)或外轴(5)上固定有轮廓轴套(22)，且另一个轴配有至少一个在轮廓轴套(22)的径向区域中突出的凸起部分(25)，当在碰撞事故中外轴(5)经过轴向调节区域(27)在内轴(7)上推出时，所述凸起部分(25)在动能吸收下使轮廓轴套(22)变形。

Description

用于机动车的可伸缩转向轴

技术领域

本发明涉及用于机动车的可伸缩转向轴，具有内轴，该内轴共轴地且在转向轴的轴向上可移动地接入外轴中，其中内轴和外轴在横截面上具有对应的轮廓用于传递扭矩。

背景技术

从EP2910451A1中，已知具有内轴的转向轴，所述内轴可伸缩的接入外轴中，具有轴向调节区域以及与其连接的能量吸收区域。假如内轴经过轴向调节区域推进外轴中，则内轴到达能量吸收区域，其特征在于，在那里要求更加高的力用于轴向移动。这样的力在碰撞事故中出现。在碰撞事故中，通过方向盘传入转向轴的力将超过预定的力，使得在能量吸收下进行轴向移动。动能的一部分将在能量吸收区域中被吸收。此解决方案的缺点是，要昂贵地制造内轴和外轴，并忍受高的公差要求，以确保平稳、均匀的调节和预定义的碰撞特征。

发明内容

本发明的目的在于，提供具有能量吸收区段的可调节的转向轴，该转向轴容易并低成本地制造且具有小的公差敏感性。

通过权利要求1的特征来解决此目的。有利的实施方案描述于从属权利要求中。

根据本发明的解决方案提供，在内轴和外轴之间布置轮廓轴套，其中该轮廓轴套固定于外轴或内轴上，且另一个轴配有至少一个在轮廓轴套的径向区域中突出的凸起部分，当在碰撞事故中，外轴经过轴向调节区域在内轴上推出时，该凸起部分在动能的吸收下使轮廓轴套变形。

与所述现有技术大有不同的是，不通过外轴自身的变形而是通过轮廓轴套的变形来吸收能量。用于能量吸收的轴套的变形可通过轮廓轴套的变形和/或破坏来进行。对于制造来说，只需要在现有制造工具上进行少量的改变。外轴和内轴不必高精度相配，以至于根据本发明的解决方案对于制造公差不具易感性。布置在内轴和外轴之间的轮廓轴套，将传入转向轴的扭矩传递至外轴和内轴之间，换言之，在内轴和外轴之间通过轮廓轴套发生力流。

在一个有利的改进中，可将内轴设计为实心轴或空心轴。

在一个有利的改进中，将轮廓轴套有利地固定在内轴上且外轴具有至少一个径向向内突出的凸起部分用于轮廓轴套的变形。径向向内突出的凸起部分以简单的方式制造。

因此所述实施方案就制造成本而言尤其有利。

该凸起部分成型到管形外轴的材料中。因此该凸起部分和外轴优选设计为一件式的整体组件。通过从外面成型到外轴中，在外轴内部形成出径向向内突出的凸起部分。此成形可以简单并低成本的方式方法在外轴内形成，例如通过变形工具。

在第一优选的实施方案中，至少提供两个在外轴的圆周方向上相对而立的凸起部分。此布置保证对称的力分布，由此确保完好的功能。不对称的力分布会促使内轴在外轴内卡住。

在另一个有利的实施方案中，提供四个凸起部分，其中每两个在外轴圆周方向上相对而立地布置。如上所述，在此实施方案中也有利地对称。只要对于具有两个和四个凸起部分的实施方案来说过量(übermaβ)是相同的，即两个凸起部分与四个凸起部分程度相同地突入外轴的内部，则可通过双倍数量的凸起部分提供比两个凸起部分的情况下更大的变形力并吸收更多的能量。因此该实施方案推荐用于依赖特别高的能量吸收的情况中。

在一个有利的改进中，该轮廓轴套由塑料组成。尤其优选轮廓轴套完全由塑料构成。此材料一方面使得在为转向轴调节所提供的轴向区域中，内轴尽可能少摩擦地在外轴中滑动。此外各种塑料材料具有不同的硬度，这使得能够通过塑料材料的对应的选择按需要容易地匹配内轴在能量吸收区域内的移动中吸收的能量。在另一个尤其有利的改进中，轮廓轴套由聚醚醚酮(PEEK)或聚甲醛(POM)构成。

在另一个实施方案中，该轮廓轴套由经纤维强化的塑料构成。尤其优选该纤维强化的塑料含有碳纤维或玻璃纤维。

在一个替代实施方案中，该轮廓轴套由金属材料构成。对此该轮廓轴套可由例如黄铜或青铜构成。

在一个特别优选的实施方案中提供：外轴具有至少一个凹槽，该凹槽嵌接在内轴的长槽中，所述凹槽的第一轴向区域设计为调节区域用于在轴向方向上调节转向轴且第二轴向区域作为能量吸收区域，在能量吸收区域中，凹槽比在调节区域中径向更向内或向外突出并构成凸起部分用于轮廓轴套的变形。

在通过成形来设计外轴的凸起部分的实施方案中，有利的可用于外轴的广泛的实施方案，其优选具有四个走向平行于转向轴的旋转轴的凹槽，所述凹槽均匀地分布在圆周上且嵌接入内轴的对应的四个长槽，其中在内轴和外轴之间布置轮廓轴套。为了根据本发明改善这些已知的和广泛的结构设计，只须将用于在外轴中成型凹槽所指定的造型工具调整至更小的周长，以使得能够在凹槽成形的同时，形成径向向内突出的凸起部分。

优选通过一个共同的造型工具来成形至少一个凹槽和一个用于构造凸起部分的缩进。

在一个有利的实施方案中可设置成，一个或多个凸起部分具有斜面形状的上升。通过这个措施可提高动能的吸收水平，外轴在内轴上更进一步地推动。

本发明还涉及具有伺服单元和负载单元的转向柱，其中将根据本发明的转向轴根据以上描述可旋转地放置在伺服单元中。

优选伺服单元可相对于负载单元手动或机动地调节。使得通过根据本发明的转向轴能够以更简单和更低成本的方式在可手动或机动调节的转向柱中使用能量吸收。

附图说明

以下借助附图详细阐述本发明的实施例。附图详细地示出；

图1：具有负载单元和伺服单元的转向柱的立体图，其中放置根据本发明的转向轴；

图2：图1的具有根据本发明的转向轴的转向柱的纵向剖面图；

图3：图2的放大细节；

图4：根据本发明的转向轴的内轴、轮廓轴套和外轴彼此展开的立体图；

图5：外轴的放大细节的立体图；

图6：切开的外轴的部分立体图；

图7：图6的放大细节；

图8：根据本发明的转向轴的部分截面示意图，其中内轴位于轴向可调节区域；

图9：图8示意图中根据本发明的转向轴的部分截面图，但是具有在能量吸收区域的内轴。

具体实施方式

图1和2示出根据本发明的具有伺服单元2和负载单元3的转向柱1。在伺服单元2中布置有根据本发明的转向轴4，转向轴4由外轴5以及在旋转轴6的方向上可移动地布置在外轴5内的内轴7组成。转向轴4在方向盘一侧的端点8上可布置未示出的方向盘。通过外轴5对于内轴7在轴向上沿着旋转轴6的可移动性，可在纵向上与司机的设定相应地来调整方向盘一侧的端点8以及由此调整未示出的方向盘。

通过滚珠轴承9、10将转向轴4围绕旋转轴6可旋转地放置在伺服单元2中。此外通过另一个滚珠轴承11将内轴7可旋转地放置在负载单元3上或负载单元3内。将伺服单元2在轴向上可移动地布置在负载单元3的对面，其中伺服单元2可移动地接入负载单元中。负载单元3装备有夹具12，该夹具可通过操作杆13压紧或松开。在夹具12松开的状态下，伺服单元2可相对负载单元3在轴向上移动并由此引起转向轴4在方向盘一侧的端点8的纵向移动。在夹具12压紧的状态下，伺服单元2相对与负载单元3固定，以至于在轴向上的位移只有在非常高的轴向力的施加下才有可能，而这不出现在车辆的正常运行中。

负载单元3通过转盘轴承14铰接在未示出的车辆底盘上，使得负载单元3与伺服单元2能够一起围绕转盘轴承14转动。由此实现了未示出的方向盘的高度调节，因为在负载单元3与伺服单元2一起转动时，方向盘一侧的端点8基本上在垂直方向上移动。转盘轴承14设计为轴套，未示出的螺杆可穿过该轴套以可转动地固定未示出的车辆底盘的负载单元。负载单元3与伺服单元2一起相对于转盘轴承14在碰撞事故中能够移动。将转盘轴承14可移动地接入负载单元3的长孔141中，使得当在碰撞事故引起超过预定的力时，负载单元3能够相对转盘轴承14向车辆前部的方向移动。当伺服单元2在碰撞事故中完全缩入负载单元3中时，这是优选发生的。

为了将负载单元3固定在转动方向上，提供与未示出的车辆底盘紧固连接的支架15，该支架15具有两个基本上垂直布置的滑块16、17，该滑块围住负载单元3。滑块16、17各自配有基本上垂直布置的裂口18。夹具12的夹紧螺栓19伸出通过滑块16、17的两个裂口18。该夹紧螺栓19还通过负载单元3的未示出的开口。因此在夹具12松开的状态下，夹紧螺栓19可与负载单元3一起在基本垂直的方向上通过裂口18移动，以使得可以进行未示出的方向盘的高度调节。

为了锁定在所期望的垂直位置上，操纵操作杆13以使夹具12压紧。对此，夹具12使两个具有导轨的偏心盘互相滑动，使得夹紧螺栓19在操作杆一侧的头与夹紧螺栓一侧的第一滑块16之间的距离增大，从而第一滑块向第二滑块17挤压。由此将在两个滑块16、17之间的负载单元3夹稳，使得负载单元3再不可能垂直转动。同时夹具12还将伺服单元2相对于负载单元3夹稳，使得不在车辆正常运行中出现伺服单元2在旋转轴6的方向上的移动。

图4示出了外轴5和内轴7如何一起作用。外轴5和内轴7二者都由在横截面上波浪状的管组成。外轴5具有4个凹槽20，所述凹槽在纵向上与旋转轴6走向平行。凹槽20相对于外轴5的其它区域径向向内突出。内轴7包括四个在纵向上与旋转轴6走向平行的长槽21，外轴5的凹槽20在径向方向上向内突出至所述长槽21。因此外轴5和内轴7具有相对应的横截面轮廓。通过凹槽20和长槽21之间在旋转方向上的形状配合保证，在外轴5相对内轴7在轴向沿着旋转轴6可伸缩期间，可在外轴5和内轴7之间传递扭矩，以保证方向盘的纵向移动。

在外轴5和内轴7之间的径向区域中布置轮廓轴套22，其轮廓在横截面中与外轴5的内轮廓以及内轴7的外轮廓匹配。轮廓轴套22针对轴向的移动固定在内轴7上。通过两个自内轴7的外平面径向突出的嵌缝物(设计为鼻23、24)来保证该固定。在车辆的正常运行中外轴5通过其内平面在固定于内轴7的轮廓轴套22的外平面上滑动，以保证转向轴4在方向盘一侧的端点8沿着旋转轴6的纵向调节。

外轴5在其凹槽20的区域各自配有径向向内突出的凸起部分25，该凸起部分突入轮廓轴套22的径向区域。四个凸起部分25隔开了外轴5的能量吸收区域26和调节区域27。此处见图6、8和9。为了实现能量吸收，因此轮廓轴套22相对凸起部分25具有过量。

如果在碰撞事故中，未示出的方向盘通过强烈的轴向力在旋转轴6的方向上移动，则转向轴4的外轴5与伺服单元2一起在克服夹具12产生的夹紧阻力的情况下，轴向地沿着旋转轴6按照图9中箭头28向车辆前部的方向移动。其中轮廓轴套22与内轴7首先在外轴5的调节区域27内移动，其中轮廓轴套22在外轴5中低摩擦地滑动，且不产生与外轴5在箭头28方向上运动相反的显著的附加力。此情况示意性地展示于图8中。

图9以示意图来示出当轮廓轴套22到达外轴5的能量吸收区域26时的情况。现在外轴5的凸起部分25嵌接入轮廓轴套22的区域且使轮廓轴套22变形，轮廓轴套22被径向向内挤压到一起。换言之，在碰撞事故中，外轴5在内轴7和固定于内轴7上的轮廓轴套22上移动。当轮廓轴套22与外轴5的凸起部分25碰到时，轮廓轴套发生弹性或塑性变形。对此必须施加显著量的变形能量，所述变形能量由外轴5和连接于外轴5的径向运动的全体的动能组成。轮廓轴套22在能量吸收区域26内的移动比在调节区域27内移动要求远远更高的力。因此在轮廓轴套22到达能量吸收区域26的轴向移动的过程中，在轴向上出现强烈升高的力，所述强烈升高的力指向与作用在箭头28方向上的轴向移动力方向相反，且因此对在碰撞事故中出现的方向盘向车辆前部的轴向位移进行制动。

制动力的强度可按要求匹配，通过改变外轴5的凸起部分25的数量或增大在凸起部分和轮廓轴套之间存在的的过量。但是为了避免不对称的负荷，建议将至少两个凸起部分25在圆周方向彼此大约以180°相对而立地布置。在上述外轴5具有四个凹槽20的情况中，可因此提供两个相对而立的凸起部分25或四个在圆周方向上以各自90°的均匀的距离布置的凸起部分25。优选凹槽20的数量与凸起部分25的数量一致。

对于生产技术，凸起部分25优选通过成形工具(其本来用于提供凹槽20的成形)的小改动来制造。其中在各个凹槽20中产生微小的径向向内突出的缩进，所述缩进构成了各自的凸起部分25。因此凸起部分25优选通过凹槽20的一个区段来构成，其比凹槽20进一步向内或向外突出。尤其优选凹槽20和凸起部分25在一个单一的制造步骤中在外轴中成形。

借助本发明，可按照通用结构模型以简单且对公差不敏感的方式使转向轴配有能量吸收装置。

附图标记列表

1.转向柱

2.伺服单元

3.负载单元

4.转向轴

5.外轴

6.旋转轴

7.内轴

8.在方向盘一侧的端点

9.滚珠轴承

10.滚珠轴承

11.滚珠轴承

12.夹具

13.操作杆

14.转盘轴承

15.支架

16.滑块

17.滑块

18.裂口

19.夹紧螺栓

20.凹槽

21.长槽

22.轮廓轴套

23.鼻

24.鼻

25.凸起部分

26.能量吸收区域

27.调节区域

28.箭头

Claims (9)

1.用于机动车的可伸缩的转向轴(4),所述转向轴具有内轴(7),所述内轴共轴且在转向轴(4)的轴向上能够移动地接入外轴(5)中，其中内轴(7)和外轴(5)在横截面中具有对应的轮廓以便传递扭矩，其特征在于，在内轴(7)和外轴(5)之间布置有轮廓轴套(22)，其中所述轮廓轴套(22)固定于外轴(5)或内轴(7)上，且设计另一个轴，所述另一个轴配有至少一个在轮廓轴套(22)的径向区域中突出的凸起部分(25)，当在碰撞事故中外轴(5)经过轴向的调节区域(27)在内轴(7)上推出时，所述凸起部分在动能吸收下使轮廓轴套(22)变形。

2.根据权利要求1所述的转向轴，其特征在于，所述轮廓轴套(22)固定在所述内轴(7)上且所述外轴(5)具有至少一个径向向内突出的凸起部分(25)用于轮廓轴套(22)的变形。

3.根据权利要求2所述的转向轴，其特征在于，所述凸起部分(25)成型到管形的外轴(5)的材料中。

4.根据权利要求2或3所述的转向轴，其特征在于，至少提供两个在外轴(5)的圆周方向上相对而立的凸起部分(25)。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的转向轴，其特征在于，提供四个所述凸起部分(25)，其中每两个在外轴(5)的圆周方向上相对而立地布置。

6.根据前述权利要求中任一项所述的转向轴，其特征在于，所述轮廓轴套(22)由塑料组成。

7.根据前述权利要求中任一项所述的转向轴，其特征在于，所述外轴(5)具有至少一个凹槽(20)，该凹槽嵌接在内轴(7)的长槽(21)中，所述凹槽(20)的第一轴向区域设计为调节区域(27)用于在轴向上调节转向轴(4)，且第二轴向区域设计为能量吸收区域(26)，在所述能量吸收区域中，所述凹槽(20)比在调节区域中径向更向内突出并构成凸起部分(25)用于轮廓轴套(22)的变形。

8.具有伺服单元(2)和负载单元(3)的转向柱，其中根据前述权利要求中任一项的转向轴(4)能够旋转地放置在伺服单元(2)中。

9.根据权利要求8所述的转向柱，其特征在于，所述伺服单元(2)能够相对于所述负载单元(3)手动或机动地调节。

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