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      纖維復合材料的輕量轉(zhuǎn)向柱的制作方法_2

      文檔序號:8227040閱讀:來源:國知局
      ,其能夠在使用轉(zhuǎn)向柱的情形中吸收額外的力。為了形成轉(zhuǎn)向柱的組件,優(yōu)選地沿路徑延伸的增強纖維被布置在該至少一個非編織紗幕的表面之上。在該情形中,提供至少兩個非編織紗幕也是有利的,其中沿路徑延伸的增強纖維被布置在兩個非編織紗幕之間。
      [0025]在使用了非編織紗幕的情形中,非編織纖維被盡可能平行定向,并且通過連接纖維彼此連接。在最終組件中,非編織纖維承擔吸收力的功能。連接纖維僅僅承擔穩(wěn)定非編織紗幕用于進一步處理的功能。作為非編織紗幕的替代,還可以使用編織物,其中編織纖維通過經(jīng)典的編織技術(shù)彼此連接在一起。與非編織紗幕相比,編織物中所有纖維更為頻繁的偏轉(zhuǎn)意味著當使用編織物時,僅僅很小的力能被傳遞或吸收。非編織纖維和編織纖維二者優(yōu)選地均由碳、芳綸或玻璃構(gòu)成。選擇使用非編織紗幕還是編織物是由使用轉(zhuǎn)向柱時要吸收的力確定的。
      [0026]為了增加最終組件的剛度,在使用至少兩個非編織紗幕的情形中,紗幕中分別平行于彼此定向的非編織纖維的方向在紗幕之間是不同的。優(yōu)選地,非編織纖維相對于彼此具有的角度在至少10°到至多80°的范圍內(nèi)。角度更優(yōu)為在20°到50°的范圍內(nèi)。在此情形中,兩個直接鄰近的非編織紗幕的纖維相對于彼此的角度應當小于60°。
      [0027]在進一步的步驟中,結(jié)構(gòu)單元可以浸潰在可固化樹脂中,并且在固化之后,形成包含增強纖維的轉(zhuǎn)向柱的組件。
      [0028]本發(fā)明提及的問題通過一種與權(quán)利要求6相對應的制造轉(zhuǎn)向柱的方法來解決。在權(quán)利要求7中,給出了本發(fā)明的有利改進。從屬權(quán)利要求中給出了進一步的有利改進。根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)向柱包括:
      [0029].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,
      [0030].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,
      [0031]其中轉(zhuǎn)向柱的至少一個組件被形成為纖維復合組件。在此情形中,根據(jù)本發(fā)明的方法包括以下步驟:
      [0032]a)定位由底襯纖維構(gòu)成的底襯,所述底襯纖維在編織工藝中彼此連接在一起,
      [0033]b)在底襯的表面之上沿著應力分布的規(guī)定路徑與角度無關(guān)地定位增強纖維,并且在縫紉或刺繡工藝中用保持纖維固定增強纖維,以形成增強元件;
      [0034]優(yōu)選地包括:
      [0035]c)將增強元件施加到至少一個非編織紗幕上,所述至少一個非編織紗幕分別包括平行定向的非編織纖維,所述非編織纖維彼此連接在一起以形成增強包;
      [0036]d)將增強元件或增強包(如果有的話)引入模具中,用以形成增強元件或增強包(如果有的話)的拓撲結(jié)構(gòu);
      [0037]e)用可固化樹脂填充增強元件或增強包(如果有的話);
      [0038]f)固化樹脂并且形成纖維復合組件;
      [0039]g)在將纖維復合組件并入轉(zhuǎn)向柱中的同時,安裝轉(zhuǎn)向柱。
      [0040]由增強纖維、底襯和至少一個非編織紗幕和固化的樹脂構(gòu)成的纖維復合組件的拓撲結(jié)構(gòu)可以很容易地通過本方法調(diào)整為期望的設(shè)計以及/或者滿足所使用的轉(zhuǎn)向柱的要求,同時模型計算的結(jié)果可以在增強纖維結(jié)構(gòu)中有效實現(xiàn)。優(yōu)選地利用自動刺繡機來執(zhí)行工作,其掃描纖維的線路,并且以對應于軟件模型的方式,根據(jù)最優(yōu)刺繡圖案將增強纖維縫合到底襯材料上。
      [0041]相比于其他制造方法獲得了以下優(yōu)點:
      [0042]-與角度無關(guān)的定位:個體纖維可以如所期望的那樣布置,個體纖維的布設(shè)角度沿著纖維可以在0°至360°之間變化。自動刺繡機持續(xù)性地沿著纖維在規(guī)定路徑上定位并固定纖維,對其不設(shè)限制。纖維排列因而不局限于彼此平行排列或沿直線路徑排列。
      [0043]-通過重復縫合同一位置可以獲得不同的組件厚度,
      [0044]-更高的定位準確度以及
      [0045]-近似精確形狀的增強元件減少了刮擦和成本。
      [0046]本方法特別適用于具有具體局部增強的更為復雜的增強元件結(jié)構(gòu),如轉(zhuǎn)向柱所期望的那樣。
      [0047]具體而言,除了利用增強纖維的增強作用外,還可以利用幾何結(jié)構(gòu)進行增強,例如拓撲結(jié)構(gòu)中的珠或凹槽。通過此方式,實現(xiàn)了固化樹脂和至少一個非編織紗幕和底襯的特性以及增強纖維的特性的最優(yōu)結(jié)合。
      [0048]為了縮短工序,對于形成纖維復合組件有利的是,在向增強包填充可固化樹脂之前的方法步驟中在預定義位置處定位一個或多個功能元件,以便通過后續(xù)的方法步驟將這些功能部件與增強纖維相連接,從而形成與纖維復合組件一體的組件。這里例如可以使用支持轉(zhuǎn)軸或者可能具有固定器件所需齒結(jié)構(gòu)的金屬嵌體。
      [0049]還可以將預定義位置處的一個或多個功能元件連接到底襯,并且只有在那以后才將增強纖維固定到底襯。還可以設(shè)計功能元件的組合,其中功能元件在將增強纖維以上述方式連接到底襯之后才被并入。
      [0050]可以使用意在用來支持功能的元件作為功能元件,例如具有用于擰緊到其它組件的孔的金屬嵌體或者具有滑動導軌的元件或者具有齒結(jié)構(gòu)的元件或者其它適體元件。還可以設(shè)想用于傳輸電流、傳感器記錄物理變量、轉(zhuǎn)向柱上有源聲學性能的壓電制動器以及其它功能的功能元件。
      [0051]有利的是,纖維復合組件已經(jīng)具有在從模具移出之后將被安裝到轉(zhuǎn)向柱的組件的最終形狀,其中封裝和拓撲結(jié)構(gòu)的形成在模具中發(fā)生。為此目的,增強包優(yōu)選地在其被引入模具之前將其外周修整成規(guī)定的圓周輪廓。還可以設(shè)想在將增強包引入模具期間進行修整。取決于應用實例,集成允許模具中相應輪廓修整的模具切割工具可能是有利的。特別地,還可以在將增強包引入模具之前或期間,增強包被提供有最終纖維復合組件的功能所需的空隙。
      [0052]本發(fā)明在下文中結(jié)合附圖進行了詳細說明,附圖中:
      [0053]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)向柱的實施例;
      [0054]圖2示出了圖1的轉(zhuǎn)向柱的另一示圖;
      [0055]圖3示出了轉(zhuǎn)向柱的組件示例,具體而言是保持部件,其被制造為纖維復合組件;
      [0056]圖4示出了被制造為纖維復合組件的轉(zhuǎn)向柱的保持部件的示例;
      [0057]圖5、6、7、8、9示出了將增強纖維連接到底襯的簡要示意圖;
      [0058]圖10、11示出了在示例性實施例中將增強纖維固定到底襯以獲得根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)向柱的保持部件的工藝步驟的簡要示意圖;
      [0059]圖12、13、14示出了非編織紗幕結(jié)構(gòu)的簡要示意圖;
      [0060]圖15、16、17、18示出了如本發(fā)明所提供的獲得根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)向柱的保持部件的方法步驟的簡要示意圖;
      [0061]圖18、19、20、21示出了獲得根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)向柱的轉(zhuǎn)桿的方法步驟的簡要示意圖。
      [0062]圖1和2示出了根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)向柱I,其包括轉(zhuǎn)向主軸2,轉(zhuǎn)向主軸2繞其旋轉(zhuǎn)軸3可旋轉(zhuǎn)地被安裝在罩單元4中。罩單元4在轉(zhuǎn)桿5中被可移動地沿著轉(zhuǎn)向主軸的縱軸3導引。轉(zhuǎn)桿5安裝在保持部件7中,從而其可以繞轉(zhuǎn)軸6轉(zhuǎn)動。保持部件7可以在固定點8處被固定到機車車身(未示出)。由駕駛者通過方向盤(未示出)引入到轉(zhuǎn)向主軸2的旋轉(zhuǎn)運動通過萬向節(jié)9被引入到轉(zhuǎn)向裝置(未示出)以及進一步的轉(zhuǎn)向桿部件10中。為了增加駕駛
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