纖維復(fù)合材料的輕量轉(zhuǎn)向柱的制作方法
【專利說明】纖維復(fù)合材料的輕量轉(zhuǎn)向柱
[0001]本發(fā)明涉及一種車輛的轉(zhuǎn)向柱組裝件以及一種制造用于這種轉(zhuǎn)向柱組裝件的組件的方法。
[0002]特別地，本發(fā)明涉及一種可在其長度和/或傾斜度上調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)向柱組裝件。
[0003]在它們被使用的情形中，通用的轉(zhuǎn)向柱或轉(zhuǎn)向柱組裝件被安裝在機動車輛中，并且將駕駛者施加到方向盤的力矩傳遞到車輛的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。此外，在使用它們的情形中，轉(zhuǎn)向柱必須經(jīng)受多種載荷，特別是對于車輛與障礙物發(fā)生碰撞的情形，即發(fā)生撞車事故。
【背景技術(shù)】
[0004]DE102005034952B3例如公開了可在其高度及其傾斜度上調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)向柱。轉(zhuǎn)向主軸被可旋轉(zhuǎn)地安裝在調(diào)節(jié)部件中，調(diào)節(jié)部件這里也被稱為罩單元。罩單元被保持在保持部件中，并且保持部件被安裝在保持夾中，而保持夾可以被固定到車身。為了調(diào)整轉(zhuǎn)向主軸(或者與其固定連接的方向盤)的位置，提供了夾緊系統(tǒng)，其可通過在打開位置和閉合位置之間的調(diào)節(jié)桿進行調(diào)節(jié)。在夾緊系統(tǒng)的打開位置，罩單元可以在其縱向方向上相對于保持部件發(fā)生位移，并且同時保持部件可以在其傾斜度方向上相對于保持架繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動。在夾緊系統(tǒng)的閉合位置，轉(zhuǎn)向主軸相對于固定到車身的保持夾固定。這種轉(zhuǎn)向柱和夾緊系統(tǒng)在現(xiàn)有技術(shù)中的多種實施例中是已知的。
[0005]以相應(yīng)于現(xiàn)有技術(shù)的方法，這類轉(zhuǎn)向柱的組件由鑄鋼、鋁或鎂制成。
[0006]廣泛期望這種轉(zhuǎn)向柱是特別輕量的形式。為此目的，DE 101 55 891 B4—般性提出了由具有玻璃纖維或碳纖維填充物的熱塑管或熱塑材料生產(chǎn)罩單元(=中央支承管)。然而，其并未公開如何具體形成此類支承管。
[0007]EP O 091 671 BI公開了一種安全型轉(zhuǎn)向柱，其中轉(zhuǎn)向主軸的管部件與纖維增強塑料的剛性轉(zhuǎn)向柱部分是一體形成的。所公開的轉(zhuǎn)向柱是通過繞核纏繞例如硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料的技術(shù)制造的。然而在此例子中，轉(zhuǎn)向柱設(shè)計的可能性被大大局限了。
[0008]已公開的專利申請DE 102 42 527 Al公開了一種由高分子復(fù)合材料構(gòu)成的轉(zhuǎn)向柱保護外殼。轉(zhuǎn)向管和安裝支架是由復(fù)合材料中布置的纖維的單向線束形成的。安裝支架可以利用短纖維通過注塑成型形成，而轉(zhuǎn)向管是在壓縮模塑方法中形成的，其包括利用較長或連續(xù)或定向的纖維。在纖維的相鄰層中，纖維通常被布置為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公開了纖維的非編織排列以及一種用于生產(chǎn)預(yù)成形件的方法。在該方法中，由彼此并排布置的單向連續(xù)纖維構(gòu)成的非編織層被布置在二維熱熔性粘著構(gòu)造層上并且與他們縫合在一起。隨后，為了制備纖維復(fù)合材料組件的坯料，纖維非編織排列被加熱，壓縮模塑，冷卻，脫模。產(chǎn)生的預(yù)成形件隨后被放入組件熱成型模具中(這里未描述)，其中例如合成樹脂基體被饋入，并且發(fā)生復(fù)合材料的固化以形成最終的纖維復(fù)合材料組件。組件中的應(yīng)力分布可以通過計算分析和數(shù)值方法確定。增強元件結(jié)構(gòu)將考慮這些計算，其中增強纖維被布置為平行于應(yīng)力分布，并且組件的厚度適應(yīng)于負載。正是在這一點上，前面提到的傳統(tǒng)半成纖維產(chǎn)品具有其局限性。增強纖維必須完全平行于載荷的方向，因為只有這樣才能利用其全部潛力。增強纖維在組件中即不應(yīng)扭曲也不應(yīng)起伏，不然即會有薄弱點。為了能夠滿足對增強元件的要求，需要一種確保增強纖維的限定位置的方法。本發(fā)明要解決的問題
[0010]本發(fā)明所要解決的問題是提供一種輕量轉(zhuǎn)向柱，該轉(zhuǎn)向柱具有高設(shè)計自由度。
[0011]方面方案
[0012]上述問題是通過與權(quán)利要求1相對應(yīng)的轉(zhuǎn)向柱解決的。本發(fā)明的其他優(yōu)勢改進在從屬權(quán)利要求中呈現(xiàn)。
[0013]一種機動車輛的轉(zhuǎn)向柱，包括:
[0014].轉(zhuǎn)向主軸，其繞其軸可旋轉(zhuǎn)地被安裝在轉(zhuǎn)向主軸支承單元中，
[0015].保持部件，其被設(shè)計為將轉(zhuǎn)向主軸支承單元直接或間接連接到機動車輛的車身，
[0016]其中轉(zhuǎn)向柱的至少一個組件是至少部分由包含增強纖維的材料形成的，
[0017]其特征在于，增強纖維被布置在平面中不僅在規(guī)定路徑上延展，并且還是與角度無關(guān)的布設(shè)形式，并且通過多個保持纖維被固定在包括底襯纖維的底襯上，所述保持纖維以相對于增強纖維的路徑成大于0°的角度布置，并且圍住增強纖維，底襯纖維在編織工藝中彼此連接，并且所述增強纖維形成增強元件，提供下述優(yōu)勢，即增強纖維可以被取向在沿著轉(zhuǎn)向柱工作狀態(tài)下最大力的方向上。這使得可以實現(xiàn)高等級剛度，即使是對于轉(zhuǎn)向柱的多種使用情形以及多種設(shè)計形式。
[0018]在優(yōu)選方案中，增強纖維是由碳纖維或芳綸纖維或玻璃纖維或這些纖維的混合物形成的。在此情形中，優(yōu)選地多個纖維(其也被稱為絲狀體)被分組成粗股并被一起處理。出于本發(fā)明的目的，術(shù)語絲狀體和纖維作為同義詞使用。粗股是一組絲狀體，但是它們還沒有例如通過紡紗彼此連接形成紗線。相應(yīng)地，與粗股不同的是，對于紗線的情形，纖維彼此連接。線被理解為具有有限長度的紗線。
[0019]為了增加轉(zhuǎn)向柱的組件強度，應(yīng)當努力將增強纖維定向為盡可能地直，特別地要盡可能小地以弧形形式偏轉(zhuǎn)他們。應(yīng)當盡可能完全避免具有非常小半徑的弧形，例如在小于1_的范圍內(nèi)。至少，在使用組件期間組件中產(chǎn)生的力的主要方向上，應(yīng)避免這種弧形。
[0020]保持纖維可以由聚酯纖維或其它材料制成的線形成。在此情形中，在紡織行業(yè)已知的紗線也可用作保持纖維。保持纖維圍繞增強纖維，以便在空間位置相對于彼此固定增強纖維。優(yōu)選地，固定由上層保持纖維進行，上層保持纖維連接或鏈接到下層保持纖維，并且由此圍住增強纖維。
[0021]底襯也被稱作刺繡基底，由在編織工藝中彼此連接的底襯纖維構(gòu)成。除了編織工藝，還可以使用其他一些用來連接纖維的工藝，優(yōu)選地沒有附加的材料，例如織造或針織工藝。所有這些工藝在本說明書中被術(shù)語編織工藝所包含。底襯纖維還可以由聚酯纖維或其他材料形成。在此情形中，還可以使用紡織行業(yè)中已知的紗線?？梢允褂酶郊硬牧?例如合成樹脂)來連接底襯纖維，但是具有缺點。
[0022]還可以通過用作連接纖維的紗線來連接并未彼此連接的定向底襯纖維，并且以此方式形成底襯。只要底襯纖維能吸收額外的力，就是本申請所希望的。在此情形中，底襯纖維應(yīng)當包含在底襯中，具有盡可能小的與直線或花鍵形延伸度的偏差，具有大于2_的半徑，并且特別地具有盡可能小的偏轉(zhuǎn)度。為了固定，隨后提供有連接纖維，其被定向為使得底襯纖維僅僅具有與直線線路的小偏差，或者另外具有花鍵形線路，其半徑大于2_。
[0023]在本發(fā)明的一個實施例中，底襯的連接纖維和/或底襯纖維形成了保持纖維。通過使用單獨的上層保持纖維，可以獲得保持纖維對增強纖維的圍繞。此外當使用底襯的時候，還可以另外提供單獨的下層保持纖維，其與單獨的上層保持纖維連接以形成圍繞。底襯的編織物部分在此情形中是由圍繞增強纖維的保持纖維圍繞的。
[0024]如果底襯未被設(shè)計用來吸收額外的力，或者如果在使用轉(zhuǎn)向柱的情形中待吸收的力超過相應(yīng)的值，則可以提供至少一個非編織紗幕，其包括彼此連接的平行定向的非編織纖維