用于机动车辆的马达可调式转向柱
阅读说明：本技术 用于机动车辆的马达可调式转向柱 (Motor-adjustable steering column for motor vehicles ) 是由 克里斯托夫·蒙丁 耶罗尼米斯·施尼策尔 于 2018-12-13 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种用于机动车辆的马达可调式转向柱(1),该马达可调式转向柱包括外壳(3),该外壳(3)由可以安装在车身上的支承单元(4)支承,并且致动器单元(2)在该外壳中被容纳成在纵向方向上能够可伸缩地调节,在致动器单元中,转向主轴(22)以可旋转的方式安装在套管(21)中,以便可以绕纵向轴线(L)同轴地旋转,其中,调节驱动器(5)布置在外壳(3)与致动器单元(2)之间,所述驱动器具有螺纹主轴(56),螺纹主轴(56)至少部分布置在致动器单元(2)内,并且螺纹主轴(56)接合在主轴螺母(57)中,使得螺纹主轴(56)可以通过电动伺服马达(54)以旋转的方式驱动。为了提供以受保护的方式容纳的紧凑的调节驱动器(5),根据本发明,螺纹主轴(56)与纵向轴线(L)以间隔(a)布置。(The invention relates to a motor-adjustable steering column (1) for a motor vehicle, comprising a housing (3), the housing (3) is supported by a support unit (4) that can be mounted on the vehicle body, and the actuator unit (2) is accommodated in the housing so as to be telescopically adjustable in the longitudinal direction, in the actuator unit, a steering spindle (22) is rotatably mounted in a sleeve (21) so as to be coaxially rotatable about a longitudinal axis (L), wherein the adjustment drive (5) is arranged between the housing (3) and the actuator unit (2), the drive has a threaded spindle (56), the threaded spindle (56) being arranged at least partially within the actuator unit (2), and the threaded spindle (56) is engaged in a spindle nut (57) such that the threaded spindle (56) can be driven in a rotary manner by an electric servomotor (54). In order to provide a compact adjustment drive (5) which is accommodated in a protected manner, according to the invention the threaded spindle (56) is arranged at a spacing (a) from the longitudinal axis (L).)
现有技术
本发明涉及一种用于机动车辆的马达可调式转向柱，该马达可调式转向柱包括外壳，该外壳由能够附接至车身的支承单元保持，并且致动器单元在纵向方向上可伸缩调节地接纳在该外壳中，转向主轴同轴地安装在所述致动器单元中的套管中，从而可以绕纵向轴线旋转，其中，调节驱动器布置在外壳与致动器单元之间，并且调节驱动器具有螺纹主轴，该螺纹主轴至少部分地布置在致动器单元内，并且该螺纹主轴以可以通过电动伺服马达以旋转的方式驱动的方式接合在主轴螺母中。
一种用于机动车辆的转向柱，该转向柱具有带有转向主轴的转向轴，用于引入转向指令的方向盘被附接至在行驶方向上是后端并且面向驾驶员的端部。致动器单元中的转向主轴在也简称为套管或内壳的内部壳体中安装成可以绕所述转向主轴的纵向轴线旋转。致动器单元被接纳在外壳中，该外壳也被称为壳体单元、摇臂箱或引导箱，该外壳借助于支承单元被保持在车身上。分别在纵向或高度方向上对致动器单元进行调节使得能够将相对于驾驶员位置的符合人体工程学的方向盘位置设置在也称为驾驶位置或操作员位置的操作位置，在该位置中，可以进行手动转向干预。
如在现有技术中、例如在DE 10 2017 207 561A1或DE 10 2015 24 602A1中所描述的，可以通过如下方式来实现长度的调节：将致动器单元接纳在外壳中，以便能够在纵向方向上可伸缩地移位，该纵向方向对应于纵向轴线的方向。在此，提供了一种线性机动调节驱动器以用于进行致动器单元相对于外壳的调节运动，该线性电动调节驱动器构造成具有螺纹主轴的主轴机构，该螺纹主轴被拧入主轴螺母中，并且该螺纹主轴可以通过电动马达相对于主轴螺母以旋转的方式驱动。在纵向方向上的螺纹主轴和主轴螺母被支承在致动器单元与外壳之间，使得致动器单元根据旋转的相对方向以可伸缩的方式相对于外壳缩回或伸出。
高度的调节可以可选地通过将致动器单元或外壳安装成可以在支承单元上枢转的方式来实现，并且可选地，高度的调节同样可以借助于电动调节驱动器来调节。
马达可调式转向柱提供了更高的驾驶舒适性和操作舒适性，其中，用于不同驾驶员的个人方向盘位置被电子存储并且可以在需要时自动调出和设置。此外，特别令人感兴趣的是，在特定的操作情况下，转向柱可以以自动的方式调节到预定位置。例如，在自主行驶中，在行驶期间不需要由驾驶员进行手动转向干预，使得方向盘原则上可以从操作位置移出至收起位置，从而能够以替代性方式利用由此变得可用的车辆内部空间。
DE 10 2017 207 561A1以示例性方式示出了一种在许多变型中已知的实施方式，在该实施方式中，主轴机构附接至外壳的外部周边。这被认为是可行且可靠的，但是在机动车中需要相对较大的安装空间，并且螺纹主轴以暴露并且在外部不受保护的方式放置。
从DE 10 2015 224 602A1中已知将主轴机构的螺纹主轴布置成在纵向轴线上同轴的可能性。由此，螺纹主轴确实可以被容纳以被保护在套管内的致动器单元内。然而，这种类型的布置只能在线控转向装置的没有机械连续转向轴的特殊构造模式中实现，其中，转向主轴在致动器单元的朝向方向盘的区域内终止，并且特别地，转向主轴在纵向方向上不延伸穿过转向柱，也就是说，转向主轴不从朝向转向传动装置的端部并远离朝向方向盘的端部退出而朝向外壳的前方退出，其中，所述转向主轴通过转向轴与转向传动装置相连。螺纹主轴的同轴布置不适用于与转向传动装置机械联接的转向柱。
鉴于上述问题，本发明的目的是提出一种通用的马达可调式转向柱，该马达可调式转向柱具有紧凑的调节驱动器，该调节驱动器被容纳以被保护。
发明内容
根据本发明，该目的通过具有权利要求1的特征的转向柱来实现。有利的改进方案从从属权利要求中得出。
根据本发明，在用于机动车辆的马达可调式转向柱中，该马达可调式转向柱包括外壳，该外壳由能够附接至车身的支承单元保持，并且致动器单元在外壳中被接纳成在纵向方向上能够可伸缩地调节，转向主轴同轴地在所述致动器单元中的套管中安装成可以绕纵向轴线旋转，其中，调节驱动器设置在外壳与致动器单元之间并且具有螺纹主轴，该螺纹主轴至少部分地设置在致动器单元内，并且可以通过电动伺服马达以旋转的方式驱动的该螺纹主轴接合在主轴螺母中，提供的是，该螺纹主轴布置成与纵向轴线间隔开。
构造为主轴机构的机动调节驱动器接合在外壳和致动器单元上，比如，机动调节驱动器本身对于纵向调节的功能是已知的。因此，调节驱动器可操作地布置在外壳与致动器单元之间的力通量中。为了进行纵向调节，致动器单元可以在纵向轴线的方向上可伸缩地从外壳伸出或缩回到外壳中。由于螺纹主轴至少部分地布置在致动器单元内，因此当致动器单元最大程度地向后伸出、从而从外壳沿朝向驾驶员位置的方向伸出，其中，致动器单元部分向外暴露时，特别地还可以相对于环境影响对螺纹主轴进行保护。
根据本发明，螺纹主轴的主轴轴线与纵向轴线具有径向间隔，并且因此定位成相对于纵向轴线偏心。这致使了本发明的特别优点，即穿过转向柱的同轴中心通道保持自由，以便将在中心布置的转向主轴或转向轴相应地机械地引到转向传动装置或手动致动器(反馈致动器)。由此，紧凑结构的受可靠保护的主轴机构可以首次在于纵向方向上具有同轴连续的转向轴的常规的机械联接的转向柱中以及电联接的线控转向柱中实现。
螺纹主轴优选地被外壳包围在根据调节状态、即根据转向柱的相应的长度设置的区域中而不位于或仅部分地位于致动器单元内，并且由此，该螺纹主轴在最大伸出状态下也在外部受到保护。换句话说，螺纹主轴可以独立于转向柱的调节而至少部分地、优选地沿其整个长度布置成在由致动器单元和外壳形成的可伸缩组件的内部受到保护。为此，外壳和致动器单元的套管可以优选地被构造为在周向上是封闭的中空部分，并且该中空部分在周向上包围着螺纹主轴。
由于主轴机构在内部接合在致动器单元和外壳上，因此可以实现紧凑的构造模式，该构造模式具有光滑的外表面而没有在外部突出的支承件。
套管可以构造为例如由铝、镁或其他金属合金制成的铸件。可以作为挤压型材进行经济地制造，其中产生具有连续一致的横截面的连续中空部分，从中切出所需长度的套管。替代性地，套管可以被制成为成型的钣金零件。
可以提供的是，螺纹主轴在纵向方向上支承在外壳上，并且主轴螺母以旋转固定的方式附接至致动器单元，从而在纵向方向上被支承。螺纹主轴和主轴螺母在主轴轴线方面可以通过驱动器单元借助于马达和可选的中间齿轮箱、例如蜗杆传动机构以相互相对旋转的方式驱动，使得螺纹主轴和主轴螺母根据旋转方向沿主轴轴线的方向以平移的方式彼此相对或彼此远离地移动，并且致动器单元相对于外壳对应地缩回或伸出。
主轴驱动器可以设计为旋转主轴驱动器，在该旋转主轴驱动器中，驱动器单元与外壳连接以固定并且为了进行调节而以旋转的方式相对于主轴螺母驱动螺纹主轴，该主轴螺母以旋转固定的方式连接至致动器。主轴螺母可以附接或构造成节省空间并在致动器单元的套管内受到保护。当致动器单元缩回到外壳中时，螺纹主轴被拧入主轴螺母中并且由此以平移的方式陷入致动器单元中，该致动器单元以可伸缩的方式移动到外壳中。具有紧固至致动器单元的主轴螺母的旋转主轴驱动器的一个优点在于，在调节时被移动的致动器单元的质量没有增加或仅由主轴螺母略微增加，由此通过相对较小的驱动器输出即可实现较高的调节加速度。
在主轴驱动器的另一种构造模式中、即在被称为陷入式主轴驱动器中，螺纹主轴以旋转固定的方式固定至致动器单元，但在主轴轴线或纵向轴线的方向上相应地固定在所述致动器单元上，并且在纵向方向上固定的主轴螺母可以通过驱动器单元以旋转的方式驱动。同样可以以此方式实现用于使外壳和致动器单元相对于彼此调节的平移运动。
将驱动器单元连接到外壳是有利的。由此，致动器单元在调节时移动的质量可以保持较低，从而具有上述优点。然而，也可以考虑将驱动器单元固定至致动器单元并且将主轴螺母支承在外壳上，例如以便适应机动车中的可用安装空间。
螺纹主轴优选地布置成平行于纵向轴线。在这种情况下，螺纹主轴轴线或简称为主轴轴线和纵向轴线相互平行地延伸。由于螺纹主轴能够与同轴地安装在致动器单元的套管中的转向主轴以相对较小的径向间距布置，因此能够实现节省空间、紧凑的结构。此外，可以很大程度上避免主轴机构由于横向力或弯曲应力而产生的潜在障碍。
本发明的一个有利的实施方式提供的是，致动器单元具有接纳转向主轴的开口，并且螺纹主轴布置在主轴孔道中，该主轴孔道构造成与该开口分开。开口可以构造成与致动器单元的套管的横截面相对应，所述横截面在纵向方向上是敞开的，并且转向主轴同轴地以可旋转的方式安装在其中，如从现有技术中原则上已知的那样，其中，纵向轴线、即转向主轴的旋转轴线与中央开口轴线重合。开口可以具有圆形的横截面，或者设计成多边形、规则或不规则的，例如四边形、六边形或八边形。主轴孔道形成第二开口，该第二开口优选地以一定间隔对准成分别平行于前述开口或纵向轴线。就纵向轴线而言，主轴孔道被构造成具有径向间隔，使得螺纹主轴能够与纵向轴线以轴向间隔开的方式、优选地轴向平行的方式接纳在主轴孔道中。主轴孔道的横截面同样可以定形状成圆形、多边形或多角形，其中，主轴轴线可以沿着孔道轴线对准。
在每种情况下，开口和主轴孔道可以构造成在周向上闭合。由于呈管状轮廓的闭合构型，螺纹主轴可以通过主轴孔道在周向上完全封闭，并且因此可以得到最佳的保护，以免受外部影响。由于开口和主轴孔道的分开的构型，在发生碰撞的情况下的操作可靠性进一步提高，因为转向主轴和/或螺纹主轴的确也可以由于其中产生的极高的应力而变形，但是转向主轴和螺纹主轴在其各自的功能方面不会在机械上受到损害。
开口和主轴孔道可以构造在致动器单元的套管中。由此，套管可以形成紧凑且尺寸稳定的部件，这使得致动器单元以及因此整个转向柱的节省空间的紧凑结构成为可能。
有利的是，将套管一体地构造，使得其中布置有转向主轴的开口和主轴孔道构造在一体的套管中。在这种情况下，套管的横截面可以具有大致为图8的基本形状，其中，转向主轴安装在一个开口中，而螺纹主轴安装在另一开口中。
可以提供的是，优选地将直径不同的两个圆筒管在长度上彼此焊接。所述管在外壳表面上相互接触，使得所述外壳表面以凸部对凸部的方式彼此叠置，并且角焊缝可以以简单的方式放置在所述管之间。一个管形成主轴孔道，另一个管形成用于接纳转向轴的开口。
特别优选地，将套管构造成如同整体部件的一件式。这种类型的一体式套管可以构造为例如具有型材横截面的挤压型材，该型材横截面沿长度连续，例如由铝或镁合金制成。以歧管横截面形状的挤压型材可以经济地并以尺寸稳定且成本有效的方式构造。另一优点在于，根据转向柱的实施方式，套管的长度的一部分可以从具有多个套管长度的挤压型材的坯料上切下。由此，可以以更经济的方式来执行具有相同横截面但不同长度的致动器单元的不同类型的转向柱的制造。替代性地，同样可以想到并可能的是，将套管构造为铸件，其中，优选使用诸如铝或镁合金的铸造材料。
替代性地，套管可以优选地由钢板制成为成型的钣金部件。为了使主轴孔道相对于用于接纳转向柱的开口封闭，使得在横截面上可以形成两个相互分开的、在各种情况下在周向上封闭的开口，可以通过封闭部件封闭主轴孔道的圆周。例如，作为封闭部件的盖可以与成型的钣金部件内部结合地插入并且例如通过焊接固定地连接。由此，可以封闭主轴孔道与用于在纵向方向上接纳转向轴的开口之间呈槽形的通道。在此，封闭部件可以形成支架，通过该支架提高了套管的刚度。
主轴螺母可以紧固在主轴孔道中。在上述旋转主轴驱动器的情况下，主轴螺母在致动器单元上固定成在纵向方向上是固定的并且在绕主轴轴线旋转的方面是旋转固定的。通过定位在主轴孔道内，可以有利地对致动器单元进行这种固定。为了实现旋转固定的固定，有利的是，主轴螺母在绕主轴轴线旋转的方面以形状配合的方式接合在主轴孔道的横截面中。例如，主轴螺母可以具有多边形或多角形的横截面，例如呈对称的或不规则的正方形、五边形、六边形或多边形的形状，其中，主轴孔道的开口横截面相对于主轴螺母的横截面相应地构造成能够在纵向方向上插入以组装主轴螺母。由此，主轴螺母以旋转固定的方式保持在主轴轴线上，而没有附加的紧固或保持元件。主轴孔道内的主轴螺母可以例如通过适当的紧固装置在纵向方向上在致动器单元的所需纵向位置处进行固定和支承。
主轴螺母的螺纹优选地仅沿着主轴孔道的长度的子部分延伸。该子部分可以小于主轴孔道的长度的50％、优选地小于主轴孔道的长度的20％。
接纳主轴螺母的开口、换言之即主轴孔道至少沿着套管长度的50％、特别优选地沿着套管长度的80％、并且最特别优选沿着套管的整个长度延伸。
外壳优选地具有同轴的接纳开口，致动器单元以可伸缩的方式接纳在该接纳开口中。具有用于转向主轴的同轴开口和例如以主轴孔道的形式接纳螺纹主轴的开口的套管在此以引导的方式接纳在外壳内，以在纵向方向上能够伸缩。由此，根据调节，螺纹主轴的未陷入致动器单元中的部分由外壳在外部保护。
外壳可以具有挤压型材。在朝向方向盘的一侧处的挤压型材具有敞开的接纳开口，该敞开的接纳开口的敞开的横截面以可伸缩的方式、优选地在绕纵向轴线的旋转上以形状配合的方式接纳致动器单元的套管，由此可以实现正取向和高尺寸刚度。通过从长的挤压型材坯料(半成品)切割一定长度的制造具有在套管方面的上述优点。
优选地在外壳与致动器单元之间构造呈摩擦轴承或滚动轴承形式的至少一个线性引导件。位于外壳的内部上和套管的外部上的线性引导件具有相互对应的引导面，这些引导面在纵向方向上是长形的并且在径向上彼此相对。在调节中，引导面在纵向方向上相对于彼此移动。引导面可以被构造为线性摩擦轴承的摩擦面，其可以无间隙地直接在彼此之上滑动，或者可以在它们之间插入以极少的游隙位于摩擦引导件的两个摩擦面上的附加的摩擦构件或摩擦层。摩擦面可以设计成例如通过施加减小摩擦的装置来减小摩擦，并且替代性地或附加地，设计成例如由形状配合的可滑动材料、比如例如聚四氟乙烯(PTFE)等以涂层或摩擦套筒的形式制成的摩擦构件可以插入外壳与套管之间。替代性地，线性引导件可以被构造为线性滚子轴承引导件，其中，在纵向方向上起作用的滚子构件、例如滚子、滚针或滚珠被插入被构造为滚子轴承面的引导面之间。所提及的线性引导件的实施方式保证了致动器单元相对于外壳的平滑运行和可伸缩调节，而几乎没有游隙。引导面可以有利地模制在挤压型材中，从而可以以经济的方式进行套管和/或外壳的制造。
本发明的一个优选改进方案可以提供的是，在外壳与致动器单元之间布置能量吸收装置。作为在车辆碰撞中——所谓的碰撞事件是指驾驶员以高速撞击方向盘——提高乘员安全性的有效措施，也被称为碰撞系统的能量吸收装置可以联接在外壳与致动器单元之间。如果在发生碰撞的情况下由于身体撞击方向盘而在纵向方向上在转向主轴上施加了超过预定极限值的高的力，则将致动器单元向前推入外壳中，其中，通过相对运动而引入并被引入到能量吸收装置中的动能被转换成变形功，从而使撞击方向盘的身体以受控的方式减速并降低受伤的风险。
有利的是，能量吸收装置具有能量吸收元件，该能量吸收元件直接或间接地布置在主轴螺母或螺纹主轴与致动器单元之间。在发生碰撞的情况下，由于外壳与致动器单元之间的相对运动，能量吸收元件的变形部分在吸收动能的同时例如通过使弯曲凸耳弯曲、撕开可撕去的凸耳、使缝加宽等而发生塑性变形。从现有技术中原则上已知这种和其他类型的能量吸收元件及其组合。
能量吸收装置在发生碰撞的情况下位于主轴机构与外壳和致动器单元的套管之间的纵向定向的力通量中，从而通过主轴和主轴螺母将能量引入能量吸收元件中。由于能量吸收元件直接布置在主轴螺母与致动器单元的套管之间，在上述旋转主轴驱动器的情况下，所述能量吸收元件可以有利地与主轴螺母共同布置成在致动器单元内、例如在主轴孔道中受保护。由此，相对于潜在的破坏性影响来保护能量吸收装置，并且提高了功能可靠性。在陷入式主轴驱动器的情况下，所述能量吸收装置可以容纳于在这种情况下被旋转固定的螺纹主轴与致动器单元之间，以同样在致动器单元中受到保护。
可以提供的是，在主轴螺母或螺纹主轴与致动器单元之间布置有预定断裂元件。当在外壳与致动器单元之间在纵向方向上超过限定的高的极限力时，预定断裂元件相应地分离或断裂，然后释放相对运动，以便使能量吸收元件变形。所述预定断裂元件可以构造为例如剪切销。由于受控的断裂，可以以限定的方式预定义能量吸收的响应行为，使得能量吸收装置仅在发生碰撞的情况下受到机械应力，由此提高了功能可靠性。
在一个有利的改进方案中可以提供的是，主轴螺母由塑料材料、例如由聚甲醛形成。因此，主轴螺母可以以简单且成本有效的方式生产。替代性地可以提供的是，主轴螺母由诸如黄铜的有色金属形成。也可以想到并可能的是将有色金属和塑料材料组合。
由于根据本发明的主轴机构的偏心布置，转向主轴可以联接至转向传动装置或反馈致动器。在常规转向柱中同轴布置的转向主轴可以在纵向方向上通过外壳和套管的可伸缩组件朝向转向传动装置前进，或者在没有任何机械联接的情况下使用在线控转向装置中，在线控转向装置中，转向主轴可以连接至反馈致动器，该反馈致动器可以布置在致动器单元或外壳内，或者也可以布置在外壳的外部，其中，转向主轴如常规组件中那样可以穿过转向柱行进。
在一开始提到的类型的转向柱中，主轴螺母或替代性地螺纹主轴可以具有至少一个成形元件，所述至少一个成形元件与能量吸收元件可操作地接合，并且能量吸收元件可以通过所述至少一个成形元件塑性变形。
在发生碰撞的情况下，相对移位的主轴机构与能量吸收元件串联设置在外壳与致动器单元之间的力通量的方向上，这本身就是已知的吸收能量的功能。在发生碰撞的情况下，能量吸收元件相对于构造在主轴机构上的成形元件运动。
有利的是，在主轴螺母上、例如在主轴螺母与致动器单元之间构造至少一个成形元件，当在正常操作中进行调节时，该致动器单元在纵向方向上被主轴螺母带动，并且仅在发生碰撞的情况下相对于主轴螺母移动。此处，根据本发明的成形元件作用在能量吸收元件上，该能量吸收元件被致动器单元带动并且相对于主轴螺母运动，使得所述成形元件至少在其纵向范围的一部分上塑性变形，同时将动能转换成变形功。
优选地，将成形元件设置在功能元件上，该功能元件被附接成在主轴机构相对于转向柱的相对旋转方面是旋转固定的，例如设置在以旋转固定的方式支承在致动器单元上的主轴螺母上，并且可以以旋转的方式驱动的螺纹主轴接合在主轴螺母中，由此构造了所谓的旋转主轴驱动器。
替代性地，在所谓的陷入式主轴驱动器的情况下，可以想到使主轴螺母在纵向方向上支承在外壳上，以便可以以旋转的方式驱动，并且使陷入在主轴螺母中并被附接成相对于转向柱旋转固定的螺纹主轴通过能量吸收装置而连接至致动器单元。在该组件中，螺纹主轴可以具有至少一个成形元件，所述至少一个成形元件在发生碰撞的情况下具有形成相对于所述成形元件运动的能量吸收元件的作用。
有利的是，将成形元件构造成一体地结合在主轴螺母中，优选地构造成与主轴螺母成一体。由于一体地结合在主轴螺母中的成形元件，可以实现特别紧凑的结构。可以通过主轴螺母的减料和/或非减料成形产生的一体式结合件可以以节省空间且有效的方式来制造，并且可以确保能量吸收装置的高稳定性和功能可靠性。
在陷入式主轴驱动器的情况下，可以想到的是，成形元件被构造成一体地结合在螺纹主轴中、优选地构造成与螺纹主轴成一体。
能量吸收元件可以优选地被构造为具有一定长度的长形挠曲线材，所述挠曲线材可以相对于成形元件移动并且能够通过成形元件至少部分地沿着所述挠曲线材的长度成型。挠曲线材可以被设计为具有圆形或角形横截面的长形挠性带材。在发生碰撞的情况下，挠曲线材至少沿着其长度的一部分相对于至少一个成形元件运动，其中，塑性变形由成形元件引起，所述塑性变形例如是沿挠曲线材的纵向范围的连续的弯曲运动或线材横截面的塑性变形。挠曲线材可以以简单且成本有效的方式生产和组装，并且具有可以预定义和以限定的方式控制的能量吸收特性。
成形元件可以具有至少一个弯曲砧座，挠曲线材围绕该弯曲砧座横向于纵向轴线弯曲，优选地弯曲180°。挠曲线材或挠性带材在弯曲部中绕至少一个弯曲砧座引导，当挠曲线材在发生碰撞的情况下至少沿着其长度的一部分沿主轴螺母或螺纹主轴被拉动时，该弯曲部在通过弯曲而连续变形的同时沿着挠曲线材的纵向范围的一部分移动，其中，动能被连续吸收。例如，挠曲线材在第一端部处可以固定至致动器单元，并且通过第一支腿可以与纵向方向相反地延伸至弯曲部，该弯曲部紧贴在弯曲砧座上，并且该弯曲部可以优选地大约为180°。优选地与第一支腿的对准相反地延伸、并因此沿纵向方向的第二支腿邻接弯曲部。在发生碰撞的情况下，挠曲线材的第二支腿绕弯曲砧座运动，由此所述第二支腿经过弯曲部行进，并且与弯曲部邻接的第一支腿在长度上延长。
就组装而言，有利的是，挠曲线材具有连接至致动器单元的第一端部，并且挠曲线材具有第二自由端部。挠曲线材的第一端部可以具有紧固部分，该紧固部分连接至致动器单元并且在发生碰撞的情况下相对于成形元件在纵向方向上运动。挠曲线材的第二端部被构造为自由端部，该自由端部既不连接至主轴螺母，也不连接至螺纹主轴，也不连接至外壳，而是通过其位于有效接合之前的部分从主轴螺母的成形元件松散地突出。由于仅需将挠曲线材的第一端部固定至致动器单元，因此简化了组装结果。
一个有利的实施方式提供的是，主轴螺母或螺纹主轴具有至少一个引导元件。在发生碰撞的情况下，能量吸收元件由引导元件引导，使得变形以受控的方式发生并且因此确保了限定的能量吸收特性。例如，引导元件可以被构造为以在纵向方向上延伸的凹部的形式的引导槽，在该引导槽中，实施为挠曲线材或挠性带材的能量吸收元件在纵向方向上被引导，因为所述能量吸收元件在发生碰撞的情况下可以沿着例如弯曲砧座滑动。优选地，一个或多个引导元件构造成与主轴螺母成一体，例如作为模制的槽形凹部，该槽形凹部用作引导槽。挠曲线材或挠性带材在其纵向范围的方向上在凹部中被引导，使得所述挠曲线材或挠性带材在相对于主轴螺母或相对于螺纹主轴的运动中沿着所述凹部滑动，从而在发生碰撞的情况下在所述凹部中被引导。
在一个有利的实施方式中可以提供的是，用于形成也被简称为线圈的储备线圈的挠曲线材优选地被螺旋地缠绕以与主轴轴线同轴。储备线圈优选地具有绕主轴轴线的多个绕组。优选地，在主轴螺母上构造成与主轴轴线同轴的、大致圆筒形的线圈部分上的储备线圈可以绕主轴轴线螺旋地缠绕在主轴螺母上。
储备线圈可以优选地实施为单层扁平线圈，其优选地具有在轴向方向上连续的多个绕组。在发生碰撞的情况下，挠曲线材优选地沿轴向方向从储备线圈中拉出，并且在执行相应的成形工作的同时沿至少一个成形元件移动。例如，挠曲线材可以绕一个或多个弯曲砧座弯曲，直到在碰撞之后所述挠曲线材在所述挠曲线材在套管上的紧固部与主轴螺母之间在纵向方向上拉伸为止。
特别地，在可收起的转向柱中可实现长的变形路径，该可收起的转向柱可以在很大程度上缩回到彼此中。考虑到储备线圈，可以使用相对较长的挠曲线材，该挠曲线材可以通过多个绕组存储在储备线圈中。当在发生碰撞的情况下从储备线圈上解绕时，连续弯曲的挠曲线材可以在较长的变形路径上均匀地吸收动能。
优选地，将较长的变形路径理解为大于80mm的路径。
有利的是，储备线圈能够大致在主轴轴线方面的轴向方向上被拉开和解绕。由此，在发生碰撞的情况下，储备线圈可以从线圈部分连续地解绕。通过在轴向方向上解绕，可以以均匀的方式解绕存储在储备线圈上的挠曲线材，并且防止了绕组在线圈部分上以环的形式进行收紧，由于该收紧，解绕所需的力可能潜在地增加。
附图说明
下文中将通过附图更详细地解释本发明的有利实施方式。详细地：
图1以示意性立体图示出了根据本发明的转向柱；
图2示出了根据图1的转向柱的另一立体图；
图3示出了根据图1的转向柱的示意性局部立体图；
图4示出了穿过根据图1的转向柱的局部纵向截面；
图5示出了穿过根据图1的转向柱的横截面；
图6示出了图5的详细视图；
图7示出了根据图1的转向柱的部分剖切的致动器单元的示意性立体图；
图8示出了根据图7的组件的功能元件的个体分解图；
图9示出了根据图7的组件的另一立体图；
图10示出了根据图9的组件的功能元件的个体分解图；
图11示出了第二实施方式中的具有能量吸收元件的主轴螺母在发生碰撞之前处于未变形状态的示意性立体图；
图12示出了在发生碰撞之后处于变形状态的根据图11的主轴螺母；
图13以独立视图示出了根据图11的能量吸收元件；
图14示出了第三实施方式中的具有能量吸收元件的主轴螺母在发生碰撞之前处于未变形状态的示意性立体图；
图15以类似于图7的示意性立体图的方式示出了第四实施方式中具有能量吸收元件的转向柱的部分剖切的致动器单元的示意性立体图；
图16示出了第四实施方式中的具有能量吸收元件的主轴螺母在发生碰撞之前处于未变形状态的示意性立体图；
图17以独立视图示出了根据图16的能量吸收元件；以及
图18示出了根据图16的具有在发生碰撞后处于变形状态的能量吸收元件的主轴螺母。
具体实施方式
在各个附图中，相同的部分始终设置有相同的附图标记，并且因此在每种情况下通常也被相应地提及或仅提起一次。
就未示出的机动车辆的行驶方向而言，图1和图2以从左后方和右后方看到的立体图整体地示出了根据本发明的转向柱1。转向柱1具有致动器单元2，该致动器单元2具有套管21，在该套管21中同轴地安装有转向主轴22，使得该转向主轴22可以绕纵向轴线L旋转。转向主轴22在转向主轴22的在安装状态下在机动车辆中面对驾驶员的方向盘后端部处具有用于附接未示出的方向盘的紧固部分23。转向主轴22可以通过在转向传动装置的前端处从转向柱1突出的前部端部部分24、通过未示出的中间轴而机械连接至同样未示出的转向传动装置。
致动器单元2被接纳在外壳3中，使得致动器单元2在纵向方向上、即在纵向轴线L的方向上是可伸缩的，其中，套管21可以向前缩回到外壳3中或向后伸出，如图1中的双箭头所示。
外壳3被保持在支承单元4中，该支承单元4具有用于连接至未示出的车身的紧固装置41。用于调节致动器单元2相对于外壳3的伸缩长度的调节驱动器5的驱动器单元51在转向传动装置处的前部区域中紧固至外壳3，所述长度调节还将在下文中进一步说明。
从图2可以得出，外壳3在其前部区域中可以绕水平枢转轴线42枢转，并且外壳3在其后部区域中通过致动器杆43铰接在支承单元4上，所述致动器杆43通过电动高度调节驱动器6可以相对于支承单元4枢转，使得转向主轴22的在方向盘处用于调节方向盘的后端部可以在高度上沿相对于支承单元4的高度方向H向上和向下调节，如双箭头所示。
图3以与图1相同的立体图示出了分解的独立视图，其中，为了提高清晰度，已经省略了外壳3。在图4的侧视图中示出了沿纵向轴线L的纵向截面。调节驱动器5的驱动器单元51固定地连接至外壳3的前端部，并且调节驱动器5的驱动器单元51具有蜗轮52，该蜗轮52在轴承53中可以绕主轴轴线S旋转并且在纵向方向上被支承在驱动器单元51上，如图4的纵向截面中可以看到的。能够借助于电动伺服马达54以旋转的方式驱动的蜗杆55与蜗轮52啮合，使得蜗轮52可以借助于伺服马达54驱动成绕主轴轴线S旋转。
在所述主轴轴线S上延伸的螺纹主轴56以旋转固定的方式连接至蜗轮52。螺纹主轴56在螺纹孔57a中被旋拧至主轴螺母57中，被固定以防止绕主轴轴线S的旋转的主轴螺母57附接至致动器单元2的套管21以在纵向方向上被支承，如还将在下文中详细说明的。螺纹主轴56在其自由端部处具有止动构件560，该止动构件560限制主轴螺母57在螺纹主轴56上的运动。
根据伺服马达54的驱动方向，螺纹主轴56旋转并且：螺纹主轴56旋拧至主轴螺母57的螺纹孔57a中，由此主轴螺母57使套管21缩回并因此使致动器单元2以向前伸缩的方式朝向驱动器单元51缩回到外壳3中，即向图4中的左侧缩回；或者螺纹主轴56被旋拧出主轴螺母57，从而使致动器单元2向后伸出套管3，即向图4中的右侧伸出。
转向主轴22具有上转向主轴部分22a和下转向主轴部分22b，所述上转向主轴部分22a和下转向主轴部分22b能够在纵向方向上以旋转固定且可伸缩的方式相对于彼此联合地调节，使得能够对转向柱1进行纵向调节。
在所示的示例中，主轴轴线S大致平行于纵向L以间距a布置，也就是说，螺纹主轴56与转向主轴22具有径向间距a，并且螺纹主轴56根据本发明至少部分地布置在致动器单元2内的主轴孔道25内。主轴孔道25由在纵向方向上延伸穿过套管21的开口形成，并且该开口构造成与同样在纵向上延伸的开口26分隔开，并且在该开口26中，转向主轴22同轴地安装在纵向轴线L上，如从图6中所示的来自图5的横截面B-B中可以看出的。
当致动器单元2缩回到外壳3中时，螺纹主轴56进一步陷入主轴孔道25中。螺纹主轴56被容纳以在转向柱1的每个设定状态下被保护在主轴孔道25中。
图6中横截面的放大片段示出了主轴孔道25具有偏心的横截面，主轴螺母57以形状配合的方式插入该偏心的横截面中，使得所述主轴螺母57由于形状配合而被固定成防止相对于套管21绕主轴轴线S旋转。
主轴螺母57借助于横向穿透主轴孔道25并固定地插入套管21中的固定螺栓58而在纵向方向上向前固定。螺母57借助于以剪切销59的形式的预定断裂元件在纵向方向上向后固定，该剪切销59同样横向地穿透主轴孔道25。因此，主轴螺母57确立在固定螺栓58与剪切销59之间。
在主轴螺母57与套管21之间布置有能量吸收装置7，该能量吸收装置7具有挠曲线材71形式的能量吸收元件71，所述挠曲线材71在图6至图10的第一实施方式中以及在图11至13的第二实施方式中示出。
从图10中的分解图可以得出，挠曲线材71具有紧固部分71a，该紧固部分71a被在纵向方向上向后延伸的第一支腿71b结合，并且该第一支腿71b通过大致180°的弯曲部71c过渡到第二支腿71d，该第二支腿71d与该纵向方向相反地向前延伸。紧固部分71a紧固在套管21的前端部处，具体地以形状配合的方式钩在套管21的前端部处，如图9中可以看到的。第一支腿71b设置在主轴螺母57的沿纵向方向延伸的槽形凹部57b之间并在主轴孔道25中向后延伸，然后绕着构造在主轴螺母57上的弯曲砧座57c导引，并借助于第二支腿57c向前引导在位于主轴螺母57与主轴孔道25之间的槽形凹部57d中。在图6中可以清楚地看到支腿71a和71b的布置。
槽形凹部57b和槽形凹部57d以及弯曲砧座57c形成引导装置，在发生碰撞的情况下挠曲线材71经由该引导装置拉伸，并且由于此处被弯曲时发生的塑性变形而连续地吸收动能。
图7和图9示出了立体图，其中，主轴孔道25被沿纵向方向剖开。为了提高清楚性，在与图7中的视图一样的图8中省略了套管21。从图8中可以看出，主轴孔道25内的挠曲线材71如何围绕主轴螺母57引导。
当由于碰撞体引起的较高的力峰值通过转向主轴22以向前的方式施加在致动器单元2上时，能量吸收装置7在发生该碰撞的情况下被激活。由此，以向前的方式被支承在螺纹主轴56上的主轴螺母57通过所述较高的力而沿纵向方向向后推抵剪切销59，该剪切销在超过预定的标称极限值时断裂并释放主轴螺母57在主轴孔道25内相对于套管21的向后运动。在发生碰撞的情况下主轴螺母57相对于套管21的运动由图7和图9中的箭头指示。
在主轴螺母57与套管21之间的相对运动中，套管21带有挠曲线材71的紧固部分71a，使得凹部57b中的第一支腿71b相对于主轴螺母57被向前拉动，并且第二支腿57d因此相对于主轴螺母57向后移动并因此被迫绕过弯曲砧座57c，使得弯曲部71c沿着挠曲线材71连续移动，其中，为了吸收能量，动能连续地转换成变形功，并且由于挠曲线材71与主轴螺母57之间的摩擦作用，一小部分动能也被转换成热量，从而实现致动器单元2相对于外壳3的受控减速。挠曲线材71具有端部部分71i，该端部部分也可以被称为自由端部，其中，端部部分71i未被定位并且因此在发生碰撞的情况下相对于主轴螺母57移动。紧固部分71a因此与致动器单元2共同运动，其中，端部部分71i相对于致动器单元2以及相对于主轴螺母57运动。
根据本发明，螺纹主轴56以及能量吸收装置7由挠曲线材71保护，并且因此以功能上可靠的方式容纳在致动器单元2内，在示例中示出为在主轴孔道25内。
图11至图13中示出了具有挠曲线材71的能量吸收装置的第二实施方式。除了上述第一实施方式之外，所述挠曲线材71还具有大约180°的第二弯曲部71e，该第二弯曲部71e与第二支腿71b邻接，并且该第二弯曲部71e与第三支腿71f邻接，该第三支腿71f通过大致180°的第三弯曲部71g过渡到第四支腿71h。支腿71b和71f沿纵向方向定向，支腿71d和71h与纵向方向相反地定向。
主轴螺母57具有引导装置，该引导装置包括与挠曲线材71的轮廓相对应的凹部57b、57d、57f、57h、以及第二弯曲砧座57e和第三弯曲砧座57f，弯曲部71e绕该第二弯曲砧座57e引导，弯曲部71f绕该第三弯曲砧座57f引导。如图11中所示，在发生碰撞事件之前，挠曲线材71布置在主轴螺母57的引导装置中。在发生碰撞的情况下，挠曲线材71绕三个弯曲砧座57c、57g和弯曲砧座57e中的所有弯曲砧座经由凹部57b、57d、57f、57h拉动，同时在每种情况下产生变形功，直到所述挠曲线材71在发生碰撞之后被沿纵向方向拉伸，如图12中所示。由此，可以使用相对较长的挠曲线材71，该相对较长的挠曲线材71在引导装置中绕主轴螺母57缠绕多次，并且在发生碰撞的情况下可以沿着较长的变形路径均匀地吸收动能。第二实施方式的主轴螺母57具有孔570，该孔570布置成与主轴轴线S正交。可将与致动器单元联接的剪切销59插入所述孔中。由于主轴螺母57布置在致动器单元2内、特别地布置在主轴孔道25中，因此可以实现特别紧凑且受保护的构造模式。挠曲线材71具有端部部分71i，该端部部分71i也可以被称为自由端部，其中，端部部分71i未被定位并因此在发生碰撞的情况下相对于主轴螺母57移动。因此，紧固部分71a在发生碰撞的情况下与致动器单元2共同移动，其中，端部部分71i相对于致动器单元2以及相对于主轴螺母57移动。
套管21可以构造为例如由铝或镁合金制成的挤压型材。
为了在外壳3中实现致动器单元2的平滑运行的线性支承件，可以在套管21的外部构造滚子元件滚道27，沿着整个长度延伸并且可以模制成与套管21一体的三个滚子元件滚道27在所示的例子中分布在周向上。对应的滚子元件滚道31在外壳3的内部构造成与所述滚子元件滚道27径向相对。在调节转向柱1时，用于形成平滑运行的线性支承件的滚子8能够在纵向方向上滚动并布置为滚子元件，以便可以在滚子元件滚道27与滚子元件滚道31之间的滚子保持架81中旋转。
在图14中的第三实施方式中以类似于的图11的视图示出了具有能量吸收装置的主轴螺母57。所述主轴螺母57具有挠曲线材71，该挠曲线材71具有第一支腿71b和第二支腿71d。在纵向方向上在第一支腿71b的前自由端部处向后延伸的第一支腿71b具有钩状的紧固部分71a，并且通过大致180°的弯曲部71c过渡到与该纵向方向相反地向前延伸的第二支腿71d。在该实施方式中的弯曲部71c是自由弯曲的，也就是说，所述弯曲部71c没有被引导成位于如图11中所示的弯曲砧座57c上。第二支腿71d通过自由的前端部71i以向前的方式支承在主轴螺母57上的反向支承件57i上。挠曲线材71具有矩形横截面。
如在图10至图12的实施方式的内容中所描述的，通过紧固部分71a将挠曲线材71钩入套管21中。在发生碰撞的情况下，挠曲线材71连续地弯曲，其中，该实施方式中的自由弯曲部71c相对于主轴螺母57沿纵向方向行进，如图14中的箭头所示。
在图15至图18中示出了能量吸收装置7的第四实施方式，其中，图15的视图对应于图7的视图，图16的视图对应于图11或图14的视图，图17的视图对应于图13的视图，并且图18以类似于图12的方式示出了发生碰撞之后的情况。在每种情况下，相同的附图标记用于等同的部件。
主轴螺母57以类似于图12中所示的实施方式的方式具有槽形凹部57b、57d和槽形凹部57f，弯曲砧座57c和弯曲砧座57e设置在所述凹部57b、57d和57f的轮廓中。由此，形成有引导装置，挠曲线材71在发生碰撞的情况下被拉动经过该引导装置，并由此在此处的弯曲部中产生的塑性变形连续地吸收动能。
从图17中可以清楚地看到，挠曲线材71具有钩状的紧固部分71a，该钩状的紧固部分71a与第一支腿71b邻接，该第一支腿71b在纵向方向上向后延伸并且借助于大致180°的弯曲部71c过渡到第二支腿71d，该第二支腿71d与该纵向方向相反地向前延伸。紧固部分71a紧固至套管21的前端部，具体地以如图9中所示的形状配合的方式钩在该套管21的前端部。第一支腿71b设置在主轴螺母57的沿纵向方向延伸的槽形凹部57b中，并且在主轴孔道25中向后延伸，然后在所述第一支腿71b的弯曲部71c的区域中绕弯曲砧座57c被引导。与弯曲部71c邻接的第二支腿57c设置在槽形凹部57d中，并且通过弯曲部71e绕第二弯曲砧座57e被引导并过渡到第三支腿71f。随后，为了形成储备线圈71k、也被简称为线圈，挠曲线材71绕主轴轴线S螺旋地缠绕在构造在主轴螺母57上的大致圆筒形的卷绕部分57k上，从而被向后定向并与主轴轴线S同轴。
从图17中可以看出，储备线圈71k被实现为单层扁平线圈，该单层扁平线圈优选地具有在轴向方向上连续的多个绕组。在发生碰撞的情况下，挠曲线材71沿轴向方向从储备线圈71k被拉拽到凹部57中，并且被拉动经过凹部57f、57d和凹部57b，并且绕其间的两个弯曲砧座57e和57c拉动并分别产生变形功，直到所述挠曲线材71在碰撞之后在紧固部分71a与主轴螺母57之间沿长度方向拉伸，如图18中所示。
可以使用相对较长的挠曲线材71，该挠曲线材71可以以多个绕组的方式存储在储备线圈71k中。当在发生碰撞的情况下从储备线圈上解绕时，围绕弯曲砧座57e和弯曲砧座57c连续弯曲的挠曲线材71可以沿着长的变形路径均匀地吸收动能。
该组件的特别的优点是，储备线圈71k借助于支腿71f相对主轴轴线S而言大致在轴向方向上拉开并解绕。由此，储备线圈71k可以在发生碰撞的情况下从卷绕部分57k连续解绕，直到实现图18中所示的状态，该状态以类似于图12的方式实现。由于在轴向方向上的解绕，因此存储在储备线圈71k上的挠曲线材可以以均匀的方式解绕，并且防止了绕组可能在卷绕部分57上以环状的方式收紧，用于解绕所需的力可能会由于该收紧而增加。
在图15至图18中描述的实施方式的一个优点在于，弯曲砧座57e和弯曲砧座57c与挠曲线材71接合，以用于沿着整个变形路径变形，该变形路径对应于存储在储备线圈71k中的挠曲线材71的长度。由此，在发生碰撞的情况下的变形输出基本上是恒定的，并且发生均匀的减速。
附图标记列表
1 转向柱
2 致动器单元
21 套管
22 转向主轴
22a、22b 转向主轴部分
23 紧固部分
24 端部部分
25 主轴孔道
26 开口
27 滚子元件滚道
3 外壳
31 滚子元件滚道
4 支承单元
41 紧固装置
42 枢转轴线
43 致动器杆
5 调节驱动器
51 驱动器单元
52 蜗轮
53 轴承
54 伺服马达
55 蜗杆
56 螺纹主轴
57 主轴螺母
57a 螺纹孔
57b、57d、57f、57h 凹部(引导槽)
57c、57e、57g 弯曲砧座
57i 反向支承件
57k 卷绕部分
58 固定螺栓
59 剪切销
6 高度调节驱动器
7 能量吸收装置
71 挠曲线材
71a 紧固部分
71b、71d、71f、71h 支腿
71c、71e、71g 弯曲部
71i 端部部分
71 储备线圈
8 滚子
81 滚子保持架
L 纵向轴线
S 主轴轴线