CN112584943A - 用于车辆的转向轴及用于生产所述转向轴的方法 - Google Patents

用于车辆的转向轴及用于生产所述转向轴的方法 Download PDF

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CN112584943A CN201980054674.0A CN201980054674A CN112584943A CN 112584943 A CN112584943 A CN 112584943A CN 201980054674 A CN201980054674 A CN 201980054674A CN 112584943 A CN112584943 A CN 112584943A
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Abstract

本发明涉及一种用于车辆的转向轴(1)并且涉及一种用于生产这种转向轴的方法。转向轴(1)包括管状的轴本体(10),该轴本体(10)沿着纵向轴线(L)延伸并且具有第一轴端部(11)和第二轴端部(12),其中,在第一轴端部(11)与第二轴端部(12)之间布置有弯曲部段(13),其中,弯曲部段(13)具有在轴本体(10)的周向方向上延伸的多个槽(21、22、23、24)以形成槽结构,其特征在于,该槽结构具有在纵向轴线(L)的方向上的非均匀设计。

Description

用于车辆的转向轴及用于生产所述转向轴的方法
本发明涉及根据专利权利要求1的前序部分的用于车辆的转向轴,并且涉及根据专利权利要求10的前序部分的用于生产用于车辆的转向轴的方法。
转向轴用于车辆、特别是机动车辆中,以在方向盘与转向机构之间传递扭矩。转向轴可以在转向轴的端部处连接至方向盘且连接至转向机构。在发生车辆碰撞、也就是说发生车辆的撞击的情况下,如果转向机构由于碰撞或撞击而移位,则可能发生转向轴不期望地进一步穿透到车辆的乘客舱中。这可能导致车辆的驾驶者受伤。
现有技术已经公开了具有带波纹部段(带波纹管)的转向轴,在发生车辆碰撞的情况下,转向轴在带波纹区域中变形、特别是压缩或弯曲。通过压缩或弯曲可以避免或至少缓解转向轴穿透到乘客舱。
EP 0 661 117 A1已经公开了一种用于生产用于机动车辆的转向系统的带波纹管或金属波节管的方法,在该方法的情况下,在筒形金属管的外周上构造有多个相同的环形凹腔,以便形成均质结构,以获得中间产品。在第二步骤中,将筒形芯铁引入到中间产品中,并且将中间产品在轴向方向上压缩,使环形凹腔径向向外变形。
DE 10 2009 024 847 A1公开了一种用于生产螺旋的带波纹管的设备,该螺旋的带波纹管用于适应带波纹管的波纹的导程。
US 5,503,431 A已经公开了一种用于机动车辆的具有中间轴的转向系统,该中间轴具有由金属制成的筒形波节管,该波节管在车辆碰撞的情况下收缩或弯曲,以吸收转向机构因冲击而产生的移位。
从现有技术已知的转向轴及用于生产转向轴的方法具有以下缺点:这些转向轴制造起来非常复杂,并且转向轴的弯曲特性曲线会受到较高程度的波动。
从所述现有技术出发,本发明的目的是提供一种具有改善的弯曲行为、特别是具有可以被尽可能精确地设定的弯曲特性曲线的转向轴。此外,将提供一种用于生产这种类型的转向轴的、特别是尽可能简单的方法。
所述目的通过权利要求1中所述的转向轴和权利要求10所述的方法来实现。相应的从属权利要求给出了有利的改进。
为了实现该目的,提出了一种用于车辆的转向轴,该转向轴包括管状的轴本体,该轴本体沿着纵向轴线延伸并且具有第一轴端部和第二轴端部,在第一轴端部与第二轴端部之间设置有弯曲部段,弯曲部段具有在轴本体的周向方向上延伸的多个槽以形成槽结构,其特征在于,槽结构具有在纵向轴线的方向上的非均匀构型。
由于在纵向轴线的方向上的非均匀的槽结构,可以提供一种具有改善的弯曲行为、特别是具有可以被尽可能精确地设定的弯曲特性曲线的转向轴。
槽结构通过在周向方向上延伸的多个槽形成,该槽结构具有非均匀的构型。非均匀的槽结构的特征可以在于各个槽相对于彼此的异质布置结构和/或异质构型。
非均匀的槽结构的特征优选地可以在于,这些槽关于弯曲部段内的任意平面不对称,该任意平面相对于纵向轴线正交地定向。该任意平面是在弯曲部段的任意位置或任意位点相对于纵向轴线正交的平面。换言之,在弯曲部段内不存在下述平面:该平面相对于纵向轴线正交地定向,并且这些槽关于该平面对称。
槽结构在发生碰撞之前、即在尚未发生碰撞时的正常操作期间具有非均匀的构型。因此,在弯曲部段于碰撞的情况下发生塑性变形之前,槽结构是非均匀的。因此,至少两个槽和/或各槽之间的至少两个部段关于压在一起(压缩)和/或关于弯曲而言可以具有不同的特性。
根据本发明,槽可以理解为是指凹部、特别地为波纹状部,该凹部构造成在带波纹本体或转向轴的圆周的至少一部分上延伸(周向槽或环形槽)。特别地,槽位于相对于转向轴的纵向轴线垂直的平面中,所述槽优选不具有纵向方向上的导程。
在一个有利的改进方案中,第一槽的几何形状可以不同于第二槽的几何形状。因此,第一槽具有与第二槽不同的构型,由此产生了非均匀的槽结构。
槽的几何形状就槽的形状和/或深度和/或宽度而言优选地是不同的。槽的几何形状特别地由形状(横截面形状或凹部形状)、深度、宽度和径向范围(槽区域的内径或外径)来限定。槽基本上可以构造成呈各种形状,例如呈具有倒圆形、圆弓形、矩形、梯形或三角形凹部形状的沟槽状方式。
因此,可以提供的是,槽在沿着纵向轴线的纵向截面中具有不同的横截面,从而以此方式形成非均匀的槽结构。
替代性地或附加地,第一槽与第二槽之间的间隔和第二槽与第三槽之间的间隔可以彼此不同。
根据本发明,两个槽之间的间隔可以是相应的槽的中心线之间的轴向间隔,该中心线特别地沿着相应的槽的最大深度延伸。槽的深度可以理解为是指槽的最大径向范围、特别地是指槽的从轴本体或转向轴的圆周面开始的最大径向范围。槽的宽度可以理解为是指槽的最大轴向范围(轴向的槽区域)、特别地是指轴本体或转向轴的圆周面中的凹部的宽度。弯曲部段包括多个槽、特别是包括在两个槽与十个槽的范围之间的多个槽。
轴本体由优选地为圆筒形的管生产,轴本体优选地由金属材料比如钢或铝或者由纤维复合材料制成,并且轴本体特别地构造为中空本体。与车辆的方向盘和转向机构的联接可以以间接的方式或直接的方式来实现、特别地是经由另外的中间轴来实现、优选地是经由轴本体的轴端部部段来实现,这些轴端部部段可以通过接头连接。
本发明除此之外还包括使得设置有具有彼此不同的几何形状(形状、深度或宽度)的槽或彼此间隔开不同程度的槽的实施方式并且还包括将各种几何形状和各种间隔彼此结合的实施方式。
在一种有利的改进方案中可以提供的是,槽在每种情况下被以不同的程度局部地增强、例如通过相应的成形操作和/或通过局部激光增强而被以不同的程度局部地增强。第一槽和第二槽可以具有不同的硬度和/或强度和/或刚度。
根据本发明的转向轴特别地构造成在发生车辆碰撞的情况下、特别是在转向机构沿方向盘的方向移位的情况下发生变形、特别是弯曲,以防止转向轴穿透到乘客区域/乘客舱中、更确切地说是防止转向轴相比于正常操作期间所规定的程度更进一步地穿透到乘客区域/乘客舱中。本发明的一个构思是,方向盘的机械弯曲行为(弯曲变形)可以通过下述方式被尽可能精确地设定、即以适合于在发生车辆碰撞的情况下的期望行为的方式来设定:利用用以提供非均匀的槽结构的多个槽来对转向轴的弯曲部段进行适当设计。特别地,可以在结构上明确截面模量在纵向方向上、即在转向轴的纵向轴线的方向上的变化。特别地,通过对弯曲部段中的槽进行适当成形以形成非均匀的槽结构,转向轴可以以对转向轴的期望的弯曲特性曲线进行设定的方式来构造。弯曲特性曲线可以理解为是指由于弯曲而产生的(塑性)变形或移位,该弯曲在某种程度上取决于作用在转向轴上的力。除了通过选择转向轴的材料和直径之外,根据本发明通过在纵向方向上适当地定位弯曲部段和/或槽以及通过选择槽的数目、槽的几何形状和各槽与彼此的间隔,可以在结构上影响弯曲行为。特别地,弯曲区域被设计成使得根据本发明的转向轴由于非均匀的槽结构而在第一槽的区域中的载荷小于在第二槽的区域中的载荷的情况下开始变形(弯曲)。根据本发明的转向轴具有的优点在于弯曲行为可以被精确地设定。此外,转向轴可以被简单地生产。
在本发明的一种改进方案中,槽的深度、槽的宽度和/或两个槽的间隔从弯曲部段的面向第一轴端部的一侧朝向弯曲部段的面向第二轴端部的一侧增大或减小、优选地连续地增大或减小。特别地,槽的几何形状和(轴向相邻的)槽之间的间隔从弯曲部段的一侧至另一侧以渐进的方式(均匀地)改变,由此在纵向轴线的方向上构造了非均匀的槽结构。
槽优选地在弯曲部段的面向转向机构的一侧上比在弯曲部段的面向方向盘的一侧上具有更深和/或更宽的构型。槽之间的间隔优选地从弯曲部段的面向转向机构的一侧朝向弯曲部段的面向方向盘的一侧减小。以此方式,可以实现尽可能精确地设定转向轴的弯曲特性、特别是纵向方向上的截面模量和/或(塑性)弯曲的连续变化,以实现在发生车辆碰撞的情况下转向轴的期望变形。
在本发明的一种有利的改进方案中,轴本体在第一槽的槽区域中的壁厚和在第二槽的槽区域中的壁厚彼此不同,以形成在纵向轴线的方向上的非均匀的槽结构。特别地,每个槽在相关联的(轴向的)槽区域上延伸,该相关联的(轴向的)槽区域在每种情况下是轴本体的弯曲部段的一个(轴向的)部分区域,并且因此在截面中形成槽结构。壁厚可以理解为是轴本体的在相应的槽区域中的、特别是在相应的槽的中心线上的外径与内径之间的差的一半。特别地,相邻的槽之间的壁厚从弯曲部段的一侧至弯曲部段的另一侧以渐进的方式(均匀地)增大或减小。壁厚优选地在弯曲部段的面向转向机构的一侧比在弯曲部段的面向方向盘的一侧更小。壁厚的变化特别地可以通过在生产转向轴期间对用作轴本体的管进行改形的程度来简单地实现。各个槽的槽区域可以具有不同的壁厚;壁厚优选地在槽的最深点处是最小的。槽的最深点是槽具有最小外径的那个点。槽的壁厚优选地是指相应的槽的最小壁厚。
弯曲部段中的每个槽的壁厚优选地小于轴本体的在弯曲部段之外的壁厚。
在本发明的一种有利的改进方案中,至少一个槽、优选地是所有的槽构造成在轴本体的外周面中向内凹陷、特别是构造成弯到轴本体的内部腔中。特别地,槽的外径小于转向轴的外径,槽的内径优选地小于转向轴的内径。转向轴的外径和内径可以在弯曲部段之外、特别是在轴侧部段中确定。槽特别地通过(局部地)成形到轴本体的壁中(被推入或压入轴本体的壁中)而形成在轴本体的外周面上。因此,与成形操作之前的管相比,转向轴的外径在生产过程期间不会增加。
在一种有利的改进方案中,管状轴本体具有在弯曲部段之外的包络圆直径和壁厚,弯曲部段的包络圆直径小于或等于管状轴本体的包络圆直径与管状轴本体的两倍壁厚的总和。因此,该总和是管状轴本体的在弯曲部段之外的包络圆直径加上管状轴本体的在弯曲部段之外的二倍(两倍)壁厚。管状轴本体的包络圆直径优选地对应于管状轴本体的外径。
特别地,弯曲部段的包络圆直径优选地小于或等于管状轴本体的包络圆直径。因此,可以在紧凑的安装空间中实现根据本发明的非均匀的槽结构,可以在较小的空间中实现在撞击时发生弯曲行为的结构适应性的优点。管状轴本体的壁厚可以理解为是指轴本体的在弯曲部段之外的外径与内径之差的一半。
在本发明的一种有利的改进方案中,弯曲部段具有至少三个槽、优选地具有至少四个槽,这些槽在每种情况下具有不同的深度和/或在每种情况下与彼此相距不同的间隔。也可以设置多于四个的槽、特别是多达十个的槽。根据本发明构造的三个或四个槽首先可以实现改善的弯曲行为、特别是足够连续的弯曲行为,其次可以简单且廉价地生产。然而,已经可以利用仅两个槽来提供相应的弯曲行为,以形成非均匀的槽结构。
在本发明的一种有利的改进方案中,槽的深度为轴本体的在弯曲部段之外的壁厚的0.1倍与3倍之间、优选地在0.2倍与2倍之间、进一步优选地在0.3倍与1.5倍之间、进一步优选地在0.4倍与1倍之间。壁厚可以理解为是轴外径与轴内径之差的一半。与没有弯曲部段的轴本体相比,这种类型的槽的深度使得抵抗弯曲的截面模量有足够的变化,从而以适合的方式影响转向轴的弯曲行为。
此外,该目的具体地通过一种用于制造用于车辆的转向轴、特别是根据本发明的转向轴的方法来实现,该方法包括以下步骤:
a)提供沿着纵向轴线延伸的管;
b)对该管进行成形,以构造转向轴的具有弯曲部段的管状轴本体,该弯曲部段布置在轴本体的第一轴端部与第二轴端部之间,通过至少一个辊子在管的圆周面中形成沿轴本体的周向方向延伸的至少两个槽,所述至少一个辊子的滚动轴线至少大致平行于纵向轴线延伸,使得
-第一槽的几何形状和第二槽的几何形状彼此不同、特别是在槽的形状、深度和/或宽度方面彼此不同,
和/或
-第一槽与第二槽之间的间隔以及第二槽与第三槽之间的间隔彼此不同。
此外,该目的具体地通过一种用于制造用于车辆的转向轴的方法来实现,该方法包括以下步骤:
-提供沿着纵向轴线延伸的、具有包络圆直径和壁厚的管;
-对该管进行成形,以构造转向轴的具有弯曲部段的管状轴本体,该弯曲部段布置在轴本体的第一轴端部与第二轴端部之间,通过至少一个辊子的滚动在管的圆周面中形成沿轴本体的周向方向延伸的至少一个槽,其特征在于,
弯曲部段的包络圆直径小于或等于管的包络圆直径与两倍壁厚的总和。
因此,在成形之前,管具有包络圆直径和壁厚,所述包络圆直径和壁厚与在成形操作之后管的在弯曲部段之外的包络圆直径和壁厚相对应,弯曲部段的包络圆直径小于或等于管的包络圆直径与管的两倍壁厚的总和。因此,该总和是管的在成形操作之前或在弯曲部段之外的包络圆直径加上管的在成形操作之前或在弯曲部段之外的两倍壁厚。
特别地,弯曲部段的包络圆直径优选地小于或等于管的包络圆直径。因此,可以在紧凑的安装空间中实现根据本发明的非均匀的槽结构,可以在较小的空间中实现在撞击时发生弯曲行为的结构适应性的优点。
通过辊子在管的圆周面上滚动而形成至少一个槽优选地以使得管部分地、即局部地塑性变形的方式进行。在成形操作之后,即在已经形成了用于形成弯曲部段的所有槽时,在弯曲部段中和/或在弯曲部段之外存在未变形的区域。
弯曲部段特别地通过管的冷成形来构造,就槽的成形而言具体地可以理解为是指将辊子推入或压入到管中、特别是推入或压入到管的壁材料中。特别地,在成形期间,辊子在管的圆周面上施加成形力(压入力),以使壁材料局部地塑性变形从而构造槽。特别地,管和所述至少一个辊子抵靠彼此滚动,管和辊子优选地沿相反的方向旋转。然而,管或辊子也可以在仅辊子或仅管旋转时处于静止。
弯曲部段优选地具有在轴本体的周向方向上延伸的多个槽以形成槽结构,槽结构具有在纵向轴线的方向上的非均匀构型。
根据本发明的方法可以实现已经结合根据本发明的转向轴描述的一些或全部过程特征,并且根据本发明的方法具有类似的优点。特别地,可以通过该方法以简单的方式、优选地还以对转向轴的期望的弯曲行为进行设定的方式构造弯曲部段。
在本发明的一种有利的改进方案中,槽通过辊子而形成,至少一个第一槽形成在辊子的第一纵向位置中,并且第二槽形成在辊子的第二纵向位置中,第二纵向位置与所述第一纵向位置轴向间隔开,辊子特别地在第一纵向位置和第二纵向位置中以不同的程度行进到管的圆周面上,和/或辊子的纵向位置以不同的程度彼此间隔。特别地,提供单个辊子以形成多个槽。辊子可以相对于管从第一纵向位置移动、优选地移位或被驱动至第二纵向位置,或者可以相对于管从第二纵向位置移动、优选地移位或被驱动至第一纵向位置。槽的形状特别地对应于辊子的滚动面的表面形状。与利用一个(可轴向移位的)辊子的方法相对应的生产设备具有简单的构造和控制。相距各种间隔的槽可以以简单的方式形成。为了形成各种深度的槽,辊子可以在转向轴的径向方向上移位。出于行进的目的,辊子优选地以机动、气动或液压的方式移动。辊子可以在成形操作期间进一步行进,成形操作可以包括辊子的多次旋转。
在本发明的一种替代性的有利的改进方案中,槽通过至少两个辊子形成,所述至少两个辊子彼此轴向间隔开,所述至少两个辊子特别地沿着共同的滚动轴线布置并且具有不同的辊子几何形状、特别是具有不同的辊子直径、和/或第一辊子与第二辊子之间和第二辊子与第三辊子之间的不同间隔。辊子特别地以相对于彼此的预定间隔安装在共同的辊子轴线上。待形成的每个槽优选地分配有辊子。辊子可以具有相同或不同的滚动面形状或辊子宽度。
在本发明的一种有利的改进方案中,管的长度在成形之前和成形之后大致相同。“大致相同”被理解为是指与管的原始长度偏差±5%。特别地,管的长度优选地在成形之前和成形之后相同。特别地,管可以在成形期间于两侧被轴向地夹紧,以防止管的变长或压缩。以此方式,具有所设定的长度尺寸的预制的管坯即使在成形之后也可以作为最终的转向轴而安装到车辆的转向装置中。因此,不需要在成形操作之后进行用于使长度适应的机加工。以根据本发明的方法为依据生产的转向轴优选地是以根据本发明的教示为依据的根据本发明的转向轴。
在下文中根据附图对本发明的示例性实施方式进行更详细地描述,在附图中:
图1A以半截面图示出了根据本发明的转向轴的第一实施方式的示意性图示,该第一实施方式具有几何形状不同的槽以提供非均匀的槽结构,
图1B示出了根据图1A的实施方式的示意性图示,其中图示了相应槽区域的外径,
图2以半截面图示出了根据本发明的转向轴的第二实施方式的示意性图示,该第二实施方式具有彼此间隔开不同程度的槽以提供非均匀的槽结构,
图3以半截面图示出了根据本发明的转向轴的第三实施方式的示意性图示,该第三实施方式具有彼此间隔开不同程度的三个槽以提供非均匀的槽结构,
图4以半截面图示出了根据本发明的用于转向轴的生产方法的利用可以行进的辊子的第一实施方式的示意性图示,
图5以半截面图示出了根据本发明的用于转向轴的生产方法的利用多个辊子的第二实施方式的示意性图示,
图6以立体图示出了具有根据本发明的转向轴的转向装置的示意性图示,
图7以半截面图示出了根据本发明的转向轴的第四实施方式的示意性图示,
图8示出了根据本发明的在正常操作期间处于未弯曲状态的转向轴的示意性图示,以及
图9示出了在碰撞之后处于弯曲状态的根据图8的转向轴的示意性图示。
在本发明的以下描述中,相同的附图标记用于相同和相同作用的元件。
图1A和图1B示出了根据本发明的转向轴1的一个实施方式,该转向轴1具有轴本体10,该轴本体10具有第一轴端部11和第二轴端部12,第一轴端部11和第二轴端部12设置成用于铰接地联接至车辆的转向机构和方向盘。管状轴本体10构造为具有纵向轴线L、内径d、外径D以及内部腔15的中空轴,该外径D也可以称为管状轴本体10的在弯曲部段13之外的包络圆直径。包络圆直径是与轴本体10的横截面——该横截面相对于纵向轴线正交地定向——所外接的包络圆的直径。此外,轴本体10具有与外径和内径之差的一半相对应的壁厚s。四个槽21、22、23、24在轴本体10的弯曲部段13中以彼此相等的间隔a1、a2、a3形成到轴本体10的外周面14中。弯曲部段13包括在每种情况下具有不同几何形状的四个槽21、22、23、24,由此在纵向轴线L的方向上构造了根据本发明的非均匀的槽结构。弯曲部段13由外槽21、24的外边缘211、241来界定。弯曲部段13的包络圆直径HK是与弯曲部段13的最大横截面外接的包络圆的直径,该最大横截面相对于纵向轴线正交地定向。换言之,弯曲部段13的包络圆直径HK是弯曲部段13中的最大外径。槽21、22、23、24被构造为环形槽以绕轴本体10沿周向方向延伸,并且槽21、22、23、24构造成具有相对于圆周面14的圆弓形横截面的凹部。轴向相邻的槽的深度T从面向转向机构的一侧(附图中的左边)的第一槽21到面向方向盘的一侧(附图中的右侧)再到第四槽24逐渐减小。因此,相关联的槽21、22、23、24的在图1B中图示的外径D1、D2、D3、D4从左到右增大(D1<D2<D3<D4)。相关联的槽21、22、23、24的内径d1、d2、d3、d4同样从左到右增大(d1<d2<d3<d4)。相应的槽区域中的例如由相应的外径D1、D2、D3、D4与内径d1、d2、d3、d4之间的差的一半限定的、即例如为(D1-d1)/2的壁厚从左到右增大。直径在每种情况下沿着槽的中心线确定、即在槽的轴向区域的中心或在槽的最深点处确定。轴本体10在槽区域中于弯曲部段13中向内弯曲到内部腔15中。槽区域中的外径D1、D2、D3、D4小于轴本体10的外径D,并且内径d1、d2、d3、d4小于轴本体10的内径d。因此,管状轴本体10在弯曲部段13之外具有包络圆直径D和壁厚s,弯曲部段13的包络圆直径HK小于管状轴本体10的包络圆直径D与管状轴本体10的两倍壁厚(2s)的总和。在弯曲部段13的侧边、即在弯曲部段13之外的轴侧部段中,轴本体10具有大致恒定的横截面、或恒定的外径D和内径d。然而,轴本体10的在区域13之外的直径和壁厚也可以在纵向方向L上变化,例如从而提供用于将轴本体10联接至万向接头的叉状部的联接部段。
图2示出了根据本发明的转向轴1的第二实施方式,该第二实施方式与图1A和图1B中所示的转向轴1的不同之处在于,在每种情况下的两个相邻的槽21、22、23与24之间的间隔a1、a2、a3是不同的,由此在纵向轴线L的方向上提供了根据本发明的非均匀的槽结构。间隔a1、a2、a3从左到右缩短。第一槽21与第二槽22之间的第一间隔a1大于第二槽22与第三槽23之间的第二间隔a2,该第二间隔a2又大于第三槽23与第四槽24之间的第三间隔a3。
图3示出了根据本发明的转向轴的第三实施方式,其对应于图2中的转向轴,弯曲部段13仅包括具有彼此不同的间隔a1、a2的三个槽21、22、23,从而形成非均匀的槽结构。
图1A至图3中所示的转向轴1具有带有非均匀的槽结构的弯曲部段13,在安装状态下,如果转向轴1因在发生车辆碰撞的情况下作用的力而变形,则该弯曲部段13引起转向轴1的限定的弯曲行为。通过非均匀的槽结构、比如通过槽的数目、几何形状(深度T、宽度B)和/或槽与彼此之间的间隔,轴本体10的关于变形的截面模量可以被局部地设定,由此在发生车辆碰撞的情况下可以根据期望的形状来影响整个转向轴1的弯曲行为(参见图8和图9)。
图4和图5图示了根据本发明的用于转向轴1的生产方法的两个替代性实施方式,包括以下步骤:
-提供沿着纵向轴线L延伸的、具有包络圆直径D和壁厚s的管;
-对该管进行成形,以构造转向轴1的具有弯曲部段13的管状轴本体10,该弯曲部段13布置在轴本体10的第一轴端部11与第二轴端部12之间,
通过至少一个辊子30、31、32、33、34的滚动在管的圆周面14中形成沿轴本体10的周向方向延伸的至少一个槽21、22、23、24。根据本发明,弯曲部段13的包络圆直径HK小于或等于管的包络圆直径D与两倍壁厚的总和。
如在图4和图5的设计变型中那样,轴本体10可以具有带有四个槽21、22、23、24的弯曲部段13,所述四个槽21、22、23、24具有不同的几何形状、特别是具有不同的深度T和宽度B,以实现限定的弯曲行为。在所示的方法的情况下,至少一个辊子30——所述至少一个辊子30安装成使得所述至少一个辊子30可以绕滚动轴线R(参见图4)旋转——或者辊子31、32、33、34(参见图5)沿径向方向(参见径向的双箭头)朝向形成轴本体10的管的圆周面14行进,以在管上施加成形力。在该设计变型中,滚动轴线R和纵向轴线L彼此大致平行地定向。辊子30、31、32、33、34和轴本体10与彼此反向地旋转(参见各旋转方向的箭头)、优选地在彼此上滚动或在彼此上转动。
在图4中图示的生产方法的情况下,提供了可以在纵向方向L上轴向移位(参见轴向的双箭头)的单个辊子30,以在每种情况下于管中在不同的纵向位置处形成槽21、22、23、24中的一者。因此,槽21、22、23、24一个接一个地形成。管也可以相对于辊子30(向图4中的左侧)移位或移动。因此,弯曲部段13具有沿轴本体10的周向方向延伸的多个槽21、22、23、24以便形成槽结构,该槽结构具有在纵向轴线L的方向上的非均匀构型。
在图5中图示的生产方法的情况下,提供了四个辊子31、32、33、34,所述四个辊子31、32、33、34安装成使得所述四个辊子31、32、33、34可以绕共同的滚动轴线旋转,槽21、22、23、24中的所有槽同时形成。辊子31、32、33、34与彼此之间的间隔可以是可变的,以便产生槽21、22、23、24的彼此不同的间隔a1、a2、a3。因此,弯曲部段13具有沿轴本体10的周向方向延伸的多个槽21、22、23、24以便形成槽结构,该槽结构具有在纵向轴线L的方向上的非均匀构型。
根据本发明的方法具有的优点在于,具有弯曲部段13的转向轴1可以被简单地生产并且仅具有很小的安装空间需求。
图6示出了本身已知的转向装置100,并且该转向装置100包括根据本发明的具有弯曲部段13的转向轴1,该弯曲部段13具有在轴本体10的周向方向上延伸的多个槽21、22、23、24以形成槽结构,该槽结构具有在纵向轴线L的方向上的非均匀构型。转向轴1联接至面向转向机构的接头5并且联接至面向方向盘的接头6。转向轴1突出穿过隔板2中的隔板穿通部4。隔板穿通部4通过密封套3密封以防喷水。转向轴以可旋转的方式安装在接头6与方向盘(未示出)之间的转向柱600中,该转向柱构造为可手动调节的转向柱600。作为替代方案,也可以使用其他类型的转向柱,比如刚性转向柱或可电动调节的转向柱。
图7示出了根据本发明的转向轴1的具有滑动轴部段16的一个实施方式,该滑动轴部段16具有在纵向方向上定向的形状配合锁定元件17。内轴111可以被推动到滑动轴部段16中,所述内轴111具有可以与形状配合锁定元件17接合以传递扭矩的互补的形状配合锁定元件。内轴111和轴本体10可以构造成使得内轴111和轴本体10可以相对于彼此伸缩。
图8示出了根据本发明的转向轴1的具有非均匀的槽结构一个实施方式,该转向轴1在发生碰撞之前在正常操作期间处于非变形(未弯曲)状态。图9示出了在发生碰撞之后处于变形(弯曲)状态的图8的转向轴1。转向轴1发生弯曲、特别是在弯曲部段13中发生弯曲,而布置在弯曲部段13的两侧的轴侧部段18a和18b不弯曲或仅稍微弯曲。由于根据本发明的非均匀的槽结构(参见图1至图5),弯曲部段13总体上的挠曲刚度小于两个轴侧部分18a、18b的挠曲刚度,从而在结构上确定了转向轴1的限定的弯曲行为(弯曲特性曲线)和/或所导致的弯曲变形和/或压缩。弯曲行为可以通过非均匀的槽结构来预先确定、例如通过适当地选择槽21、22、23、24的几何形状和/或间隔a1、a2、a3来预先确定,以此方式,当发生车辆碰撞的情况下,转向轴1不会穿透到车辆1的乘客室中。因此,降低了驾驶者受伤的风险。

Claims (15)

1.一种用于车辆的转向轴(1),包括
管状的轴本体(10),所述轴本体(10)沿着纵向轴线(L)延伸并且具有第一轴端部(11)和第二轴端部(12),在所述第一轴端部(11)与所述第二轴端部(12)之间布置有弯曲部段(13),
所述弯曲部段(13)具有在所述轴本体(10)的周向方向上延伸的多个槽(21、22、23、24)以形成槽结构,其特征在于,所述槽结构具有在所述纵向轴线(L)的方向上的非均匀构型。
2.根据权利要求1所述的转向轴,其特征在于,第一槽(21)的几何形状与第二槽(22)的几何形状不同。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的转向轴,其特征在于,第一槽(21)与第二槽(22)相距第一间隔(a1),所述第二槽(22)与第三槽(23)相距第二间隔(a2),所述第一间隔(a1)与所述第二间隔(a2)不同。
4.根据前述权利要求中的一项所述的转向轴,其特征在于,所述槽(21、22、23、24)的深度、所述槽(21、22、23、24)的宽度和/或两个槽(21、22、23、24)的间隔从所述弯曲部段(13)的面向所述第一轴端部(11)的一侧朝向所述弯曲部段(13)的面向所述第二轴端部(12)的一侧增大或减小。
5.根据前述权利要求中的一项所述的转向轴,其特征在于,所述轴本体(10)的在第一槽(21)的槽区域中的壁厚与在第二槽(22)的槽区域中的壁厚彼此不同。
6.根据前述权利要求中的一项所述的转向轴,其特征在于,至少一个槽(21、22、23、24)构造成在所述轴本体(10)的外周面(14)中向内凹陷。
7.根据前述权利要求中的一项所述的转向轴,其特征在于,所述弯曲部段(13)具有至少三个槽(21、22、23、24),所述至少三个槽(21、22、23、24)在每种情况下具有不同的深度和/或在每种情况下与彼此相距不同的间隔。
8.根据前述权利要求中的一项所述的转向轴,其特征在于,槽(21、22、23、24)的深度在所述轴本体(10)的于所述弯曲部段(13)之外的壁厚的0.1倍至3倍之间。
9.根据前述权利要求中的一项所述的转向轴,其特征在于,管状的所述轴本体(10)具有在所述弯曲部段(13)之外的包络圆直径(D)和的壁厚(s),所述弯曲部段(13)的包络圆直径(HK)小于或等于管状的所述轴本体(10)的所述包络圈直径(D)和管状的所述轴本体(10)的两倍所述壁厚(s)的总和。
10.一种用于生产用于车辆的转向轴的方法,包括以下步骤:
-提供沿着纵向轴线(L)延伸的、具有包络圆直径(D)和壁厚(s)的管;
-对所述管进行成形,以构造转向轴(1)的具有弯曲部段(13)的管状的轴本体(10),所述弯曲部段(13)布置在所述轴本体(10)的第一轴端部(11)与第二轴端部(12)之间,
通过至少一个辊子(30、31、32、33、34)的滚动在所述管的圆周面(14)中形成沿所述轴本体(10)的周向方向延伸的至少一个槽(21、22、23、24),其特征在于,所述弯曲部段(13)的包络圆直径(HK)小于或等于所述管的所述包络圆直径(D)与两倍所述壁厚(s)的总和。
11.根据权利要求10所述的方法,其特征在于,所述弯曲部段(13)具有在所述轴本体(10)的周向方向上延伸多个槽(21、22、23、24)以形成槽结构,所述槽结构具有在所述纵向轴线(L)的方向上的非均匀构型。
12.根据权利要求10或11所述的方法,其特征在于,所述槽(21、22、23、24)通过辊子(30)而形成,至少一个第一槽(21)形成在所述辊子(30)的第一纵向位置中,并且一个第二槽(22)形成在所述辊子(30)的第二纵向位置中,所述第二纵向位置与所述第一纵向位置轴向间隔开,
-所述辊子(30)在所述第一纵向位置和所述第二纵向位置中以不同的程度行进到所述管的所述圆周面(14)上,
和/或
-所述辊子(30)的纵向位置以不同的程度彼此间隔。
13.根据权利要求12所述的方法,其特征在于,所述槽(21、22、23、24)通过至少两个辊子(31、32、33、34)形成,所述至少两个辊子(31、32、33、34)与彼此轴向间隔开、特别是沿着共同的滚动轴线(R)布置,并且所述至少两个辊子(31、32、33、34)具有
-不同的辊子几何形状,
和/或
-第一辊子(31)与第二辊子(32)之间和所述第二辊子(32)与第三辊子(33)之间的不同的间隔(a1、a2)。
14.根据权利要求10至13中的一项所述的方法,其特征在于,所述管的长度在成形之前和成形之后是相同的。
15.根据权利要求10至14中的一项所述的方法,其特征在于,所述转向轴构造成如权利要求1至9中的一项所述的那样。
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