纤维复合材料的轻量转向柱的制作方法
【专利说明】纤维复合材料的轻量转向柱
[0001]本发明涉及一种车辆的转向柱组装件以及一种制造用于这种转向柱组装件的组件的方法。
[0002]特别地，本发明涉及一种可在其长度和/或倾斜度上调节的转向柱组装件。
[0003]在它们被使用的情形中，通用的转向柱或转向柱组装件被安装在机动车辆中，并且将驾驶者施加到方向盘的力矩传递到车辆的转向系统。此外，在使用它们的情形中，转向柱必须经受多种载荷，特别是对于车辆与障碍物发生碰撞的情形，即发生撞车事故。
【背景技术】
[0004]DE102005034952B3例如公开了可在其高度及其倾斜度上调节的转向柱。转向主轴被可旋转地安装在调节部件中，调节部件这里也被称为罩单元。罩单元被保持在保持部件中，并且保持部件被安装在保持夹中，而保持夹可以被固定到车身。为了调整转向主轴(或者与其固定连接的方向盘)的位置，提供了夹紧系统，其可通过在打开位置和闭合位置之间的调节杆进行调节。在夹紧系统的打开位置，罩单元可以在其纵向方向上相对于保持部件发生位移，并且同时保持部件可以在其倾斜度方向上相对于保持架绕转轴转动。在夹紧系统的闭合位置，转向主轴相对于固定到车身的保持夹固定。这种转向柱和夹紧系统在现有技术中的多种实施例中是已知的。
[0005]以相应于现有技术的方法，这类转向柱的组件由铸钢、铝或镁制成。
[0006]广泛期望这种转向柱是特别轻量的形式。为此目的，DE 101 55 891 B4—般性提出了由具有玻璃纤维或碳纤维填充物的热塑管或热塑材料生产罩单元(=中央支承管)。然而，其并未公开如何具体形成此类支承管。
[0007]EP O 091 671 BI公开了一种安全型转向柱，其中转向主轴的管部件与纤维增强塑料的刚性转向柱部分是一体形成的。所公开的转向柱是通过绕核缠绕例如硬质聚氨酯泡沫塑料的技术制造的。然而在此例子中，转向柱设计的可能性被大大局限了。
[0008]已公开的专利申请DE 102 42 527 Al公开了一种由高分子复合材料构成的转向柱保护外壳。转向管和安装支架是由复合材料中布置的纤维的单向线束形成的。安装支架可以利用短纤维通过注塑成型形成，而转向管是在压缩模塑方法中形成的，其包括利用较长或连续或定向的纤维。在纤维的相邻层中，纤维通常被布置为彼此并排并且彼此垂直，或者彼此并排并且彼此平行。
[0009]DE 198 09 264 Al公开了纤维的非编织排列以及一种用于生产预成形件的方法。在该方法中，由彼此并排布置的单向连续纤维构成的非编织层被布置在二维热熔性粘着构造层上并且与他们缝合在一起。随后，为了制备纤维复合材料组件的坯料，纤维非编织排列被加热，压缩模塑，冷却，脱模。产生的预成形件随后被放入组件热成型模具中(这里未描述)，其中例如合成树脂基体被馈入，并且发生复合材料的固化以形成最终的纤维复合材料组件。组件中的应力分布可以通过计算分析和数值方法确定。增强元件结构将考虑这些计算，其中增强纤维被布置为平行于应力分布，并且组件的厚度适应于负载。正是在这一点上，前面提到的传统半成纤维产品具有其局限性。增强纤维必须完全平行于载荷的方向，因为只有这样才能利用其全部潜力。增强纤维在组件中即不应扭曲也不应起伏，不然即会有薄弱点。为了能够满足对增强元件的要求，需要一种确保增强纤维的限定位置的方法。本发明要解决的问题
[0010]本发明所要解决的问题是提供一种轻量转向柱，该转向柱具有高设计自由度。
[0011]方面方案
[0012]上述问题是通过与权利要求1相对应的转向柱解决的。本发明的其他优势改进在从属权利要求中呈现。
[0013]一种机动车辆的转向柱，包括:
[0014].转向主轴，其绕其轴可旋转地被安装在转向主轴支承单元中，
[0015].保持部件，其被设计为将转向主轴支承单元直接或间接连接到机动车辆的车身，
[0016]其中转向柱的至少一个组件是至少部分由包含增强纤维的材料形成的，
[0017]其特征在于，增强纤维被布置在平面中不仅在规定路径上延展，并且还是与角度无关的布设形式，并且通过多个保持纤维被固定在包括底衬纤维的底衬上，所述保持纤维以相对于增强纤维的路径成大于0°的角度布置，并且围住增强纤维，底衬纤维在编织工艺中彼此连接，并且所述增强纤维形成增强元件，提供下述优势，即增强纤维可以被取向在沿着转向柱工作状态下最大力的方向上。这使得可以实现高等级刚度，即使是对于转向柱的多种使用情形以及多种设计形式。
[0018]在优选方案中，增强纤维是由碳纤维或芳纶纤维或玻璃纤维或这些纤维的混合物形成的。在此情形中，优选地多个纤维(其也被称为丝状体)被分组成粗股并被一起处理。出于本发明的目的，术语丝状体和纤维作为同义词使用。粗股是一组丝状体，但是它们还没有例如通过纺纱彼此连接形成纱线。相应地，与粗股不同的是，对于纱线的情形，纤维彼此连接。线被理解为具有有限长度的纱线。
[0019]为了增加转向柱的组件强度，应当努力将增强纤维定向为尽可能地直，特别地要尽可能小地以弧形形式偏转他们。应当尽可能完全避免具有非常小半径的弧形，例如在小于1_的范围内。至少，在使用组件期间组件中产生的力的主要方向上，应避免这种弧形。
[0020]保持纤维可以由聚酯纤维或其它材料制成的线形成。在此情形中，在纺织行业已知的纱线也可用作保持纤维。保持纤维围绕增强纤维，以便在空间位置相对于彼此固定增强纤维。优选地，固定由上层保持纤维进行，上层保持纤维连接或链接到下层保持纤维，并且由此围住增强纤维。
[0021]底衬也被称作刺绣基底，由在编织工艺中彼此连接的底衬纤维构成。除了编织工艺，还可以使用其他一些用来连接纤维的工艺，优选地没有附加的材料，例如织造或针织工艺。所有这些工艺在本说明书中被术语编织工艺所包含。底衬纤维还可以由聚酯纤维或其他材料形成。在此情形中，还可以使用纺织行业中已知的纱线。可以使用附加材料(例如合成树脂)来连接底衬纤维，但是具有缺点。
[0022]还可以通过用作连接纤维的纱线来连接并未彼此连接的定向底衬纤维，并且以此方式形成底衬。只要底衬纤维能吸收额外的力，就是本申请所希望的。在此情形中，底衬纤维应当包含在底衬中，具有尽可能小的与直线或花键形延伸度的偏差，具有大于2_的半径，并且特别地具有尽可能小的偏转度。为了固定，随后提供有连接纤维，其被定向为使得底衬纤维仅仅具有与直线线路的小偏差，或者另外具有花键形线路，其半径大于2_。
[0023]在本发明的一个实施例中，底衬的连接纤维和/或底衬纤维形成了保持纤维。通过使用单独的上层保持纤维，可以获得保持纤维对增强纤维的围绕。此外当使用底衬的时候，还可以另外提供单独的下层保持纤维，其与单独的上层保持纤维连接以形成围绕。底衬的编织物部分在此情形中是由围绕增强纤维的保持纤维围绕的。
[0024]如果底衬未被设计用来吸收额外的力，或者如果在使用转向柱的情形中待吸收的力超过相应的值，则可以提供至少一个非编织纱幕，其包括彼此连接的平行定向的非编织纤维