发明内容

根据本发明，该目的通过具有权利要求1的特征的用于机动车辆的转向柱和根据权利要求10所述的方法来实现。有利的改进方案在从属权利要求中公开。

在一种用于机动车辆的转向柱中，该转向柱具有碰撞装置，该碰撞装置包括具有相互面对的表面的至少两个部件，其中，所述至少两个部件借助于剪切元件彼此连接，该剪切元件布置在至少部分地穿过部件的开口中，使得如果部件相对于彼此移动，则剪切元件断成两部分，根据本发明，设置的是，开口在界定表面的至少一个边缘区域中具有加宽部分，该加宽部分至少在部分周向的区域上延伸并且朝向相应的另一接触表面敞开。

贯通开口延伸穿过借助于剪切元件连接在一起的部件并且由每个部件中的各个单独的开口形成，这些开口至少部分重叠，优选地彼此同轴和/或对准。

表面可以彼此间隔开，优选地，间隔小于5mm。替代性地，可以在表面之间布置中间元件，比如说例如膜、滑动膜等。

优选地，所述表面可以构造为在剪切平面中彼此抵靠的接触表面，其中，开口至少部分地横向于剪切平面穿过两个部件。然后，部件的相对运动作为平行于剪切平面的剪切运动发生。

在其开口边缘上，开口可以在具有至少一个表面或接触表面的过渡处具有剪切边缘，该剪切边缘被构造成通过部件的平行于该表面的相对运动、优选地通过平行于剪切平面的相对剪切运动来剪断剪切元件。根据本发明，在部件中的一个部件上、优选地在两个部件上的至少一个剪切边缘的区域中，开口横截面可以在界定表面和/或接触表面的加宽区域中局部扩大，以形成加宽部分。例如，开口的在开口的内表面与接触表面之间形成的边缘区域中可以构造有至少部分地在开口的圆周部上延伸的凹部或凹陷，使得在加宽部分的区域中，径向方向上的开口横截面在该点处被扩大、即横向于开口的通道方向被扩大。作为结果，在连接状态下，只要剪切元件完好无损，则在加宽部分的区域中在剪切元件与开口的内表面之间形成自由空间。该自由空间——在下文中也被称为变形空间——至少在剪切平面中的一些部段中围绕剪切元件。变形空间可以简单地通过处理接触表面而局部扩大开口横截面来提供。

在部件平行于朝向彼此定向的表面进行相对运动的情况下，部件之间的剪切元件被剪断并断成两部分和/或由此分离、即分成两个剪切元件碎片。

优选地，剪切元件大体上填充开口的通道横截面——开口的通道横截面是除了加宽部分之外的开口横截面——基本完全地填充开口的通道横截面，即具有很小的游隙，换句话说，填充至少95％。在这种情况下，优选地不考虑剪切元件本身中的中空空间。作为结果，在现有技术中，剪切元件在正常连接状态下在剪切平面的区域中抵靠开口的位于开口边缘上的剪切边缘。作为结果，当在碰撞的情况下超过剪切力时，即使在剪切平面中的剪切位移最小的情况下，剪切元件也会被干净而平滑地分离，使得如此形成的剪切元件碎片能够逆着接触表面的法线方向从开口中沿通道方向移出并且从部件向外掉出。

然而，根据本发明，借助于加宽部分，剪切元件的外圆周与开口的内圆周之间的横向于通道方向的间隔可以在剪切边缘的区域中以限定的方式扩大以用于形成变形空间。作为结果，在碰撞的情况下，剪切元件的塑性变形最初发生在表面和/或接触表面/剪切平面的区域中，在所述区域中，剪切元件的材料最初由于横向于通道方向的剪切载荷而流动，并且由此被塑性压入到由加宽部分提供的变形空间中，并且因此至少部分地填充该变形空间。剪切元件仅在加宽部分已经被至少部分地填充之后通过部件的进一步相对运动被剪断。

通过将剪切元件塑性地压入到根据本发明的加宽部分的变形空间中，在剪断过程期间在剪切元件碎片上形成横向于通道方向突出的限定的保持脊。加宽部分被定尺寸成使得在加宽部分的区域中，保持脊在除了加宽部分之外的开口横截面上横向突出，并且因此形成形状配合连接元件，该形状配合连接元件沿通道方向将剪切元件碎片以形状配合的方式与接触表面的法线方向相反地保持在开口中。保持脊形成一种铆钉头部，通过该铆钉头部，在剪切元件被剪断时形成的剪切元件碎片与接触表面的法线方向相反地保持在开口中。作为结果，剪切元件碎片被固定在根据本发明形成的保持脊与远离接触表面支承在外表面上的剪切元件头部之间的部件上，并且不能以不受控的方式从开口中掉出。法线方向是与表面和/或接触表面成直角的方向，并且其方向沿另一表面的方向背离该表面。

根据本发明的加宽部分可以设置在部件中的一个部件的接触表面的区域中或者甚至设置在两个部件的两个相对的接触表面上。可用于形成根据本发明的保持脊的变形空间由剪切元件与加宽部分的内表面之间的自由横截面确定。在表面上和/或在两个接触表面上的加宽部分的构型具有以下优点：在剪断过程期间形成的剪切元件碎片中的每个剪切元件碎片在每种情况下都以形状配合的方式固定至相应的部件。

优选地，开口至少在一些部段中具有大致均匀的通道横截面，该通道横截面在加宽部分的区域中朝向表面和/或接触表面扩大。通道横截面对应于上述在除了加宽部分之外的开口横截面，其优选地基本上被剪切元件填充。为了形成加宽部分，通道横截面可以简单地通过加宽部分扩大。在这种情况下，加宽部分在部件中优选地在开口的长度的部分区域上延伸，当沿横向于剪切平面的开口的通道方向测量时，该开口的长度对应于部件的在其接触表面与外表面之间的厚度。因此，如果最小通道横截面的表面面积比最大通道横截面的表面面积小最多20％，则除了加宽部分之外的通道横截面保持基本相同。

加宽部分的在开口的通道方向上的长度优选地小于部件的在表面和/或接触表面与远离接触表面和/或表面的外表面之间测量的厚度的50％。在接触表面上，加宽部分的出口横截面——其对应于变形空间的横截面并且因此对应于保持脊的横截面——大于最小通道横截面。横截面优选地理解为是指横截面表面面积。

可以设置的是，加宽部分具有倒角和/或倒圆部和/或肩部。作为倒角，开口边缘可以被构造成相对于接触表面是锥形的或倒圆形的。开口的以大致漏斗形的方式朝向接触表面敞开的加宽部分可以借助于锥形倒角构造。

有利的是，倒角与开口的开口轴线围成大于或等于20°、优选地为30°的倒角角度。沿开口的通道方向延伸的轴线被视为开口轴线，该开口轴线优选地平行于接触表面的法线方向。例如，如果开口构造为圆筒形孔，则开口轴线与孔轴线相同。作为结果，确保了可以在相对较短的加宽部分中实现足以形成保持脊以产生可靠的形状配合连接的加宽部分。此外，可以确保在变形空间中可靠地塑性成形以形成保持脊，而不会过早剪断，这是不期望的。

替代性地或附加地，开口边缘可以具有倒圆部。倒圆部可以周向地或至少在一些部段中构造成环形-凸面，即横截面为弓形。弓形倒圆部具有的优点是，当加宽部分被填充时，塑性变形会沿着弯曲部分逐渐发生，并且可以减少可能出现在尖锐边缘上的缺口效应。优选地，倒圆部可以具有大于或等于0.5mm、特别优选地大于或等于1mm的半径。

替代性地或附加地，开口边缘可以具有肩部，该肩部可以构造为至少部分周向的阶梯部。这种阶梯部例如可以通过具有阶梯孔的加宽部分来实现，该阶梯孔结合在接触表面中并且具有更大的直径，即加宽部分直径，该加宽部分直径大于开口横截面，该开口横截面在圆形开口的情况下对应于开口和/或通道直径。

开口可以构造为具有圆形横截面的孔。孔具有孔直径或开口直径，孔直径或开口直径在朝向接触表面的加宽部分中被扩大到相对于孔直径或开口直径的更大的加宽部分直径。例如，孔可以通过锥形倒角以锥式漏斗形的方式加宽。还可以提供由接触表面结合的阶梯孔，其中，在较大的加宽部分直径与孔直径之间形成肩部或阶梯部。适应于孔，剪切元件也可以包括具有剪切元件直径的圆形横截面，使得剪切元件基本上、即大体上以很小的游隙填充孔横截面。

可以设想并且可能的是，为了优化保持脊的形成并且使剪切特性适应彼此抵靠的两个接触表面，可以将不同设计的加宽部分组合在一起，例如在一侧设置锥形开口边缘，而在另一接触表面上设置倒圆形开口边缘。

加宽部分可以在开口的整个圆周部上或在部分周向区域上延伸。优选地，加宽的部分周向区域位于剪切方向、即两个部件的相互剪切运动的方向上。实现了局部的剪切几何形状，这允许剪切力的优化引入。

优选地，剪切元件可以构造为铆钉。铆钉可以构造为例如实心铆钉、中空铆钉或管状铆钉、半中空铆钉、扣环铆钉等，其中，铆钉头部塑性成形在铆钉轴上，铆钉轴穿过开口并在两侧穿出两个部件，所述铆钉头部在每种情况下均沿开口的通道方向以形状配合的方式支承在部件的外表面上。优选地，铆钉具有与圆形开口横截面相适应的圆形铆钉横截面。由于铆钉至少在剪切平面的区域中具有限定的实心或中空横截面——其由具有比两个部件中的至少一个部件的材料强度更低的限定的剪切强度的材料构成——因此剪切连接件的断开或松脱行为可以以限定的方式预先确定。

可能有利的是，一个部件连接至以可旋转的方式安装转向主轴的护套单元，并且另一部件连接至支承护套单元并且能够连接至机动车辆的车身的支承单元。例如，一个部件可以连接至护套管，在碰撞的情况下，护套管能够相对于另一部件在转向柱的纵向轴线——转向轴能够围绕该纵向轴线旋转——的方向上套叠伸缩，另一部件又连接至在纵向方向上直接或间接地支承在机动车辆的车身上的护套单元或支承单元。

有利的是，剪切元件至少在剪切平面的区域中由下述材料构成：该材料具有比部件中的至少一个部件的材料更低的强度，优选地具有比部件的材料更低的强度。如果部件由例如钢制成，则剪切元件可以由例如铝、有色金属、塑料等制成。如果其他材料被用于这些部件，则剪切元件的剪切强度可以与其相适应，以便确保在碰撞的情况下剪切元件可靠地分离，并且在剪断过程期间不会对部件造成损坏。

本发明的有利实施方式设置的是，在部件之间布置有能量吸收元件。在这种布置中，剪切元件形成预定的断裂元件，该断裂元件相对于在碰撞的情况下的剪切运动的方向上的力传递平行于至少一个能量吸收元件布置，并且确保在正常操作中，发生在两个部件之间的力被吸收并且不能作用在能量吸收元件上。剪切元件被剪断并且释放两个部件的相对运动，使得一个或多个能量吸收元件可以仅在超过预定极限力时——这发生在碰撞的情况下——变形以吸收动能。能量吸收元件可以插入和支承在例如外护套单元与内护套管之间，使得在碰撞的情况下，在剪切元件被剪断之后，转向柱的制动套叠伸缩是可能的。例如，在现有技术中，弯曲片和/或撕裂片、夹紧元件、分离元件或膨胀元件在许多不同的实施方式中被称为能量吸收元件，其允许经由预定的变形路径将动能转换为塑性变形功。相对于根据本发明的设计，变形路径在剪切方向上延伸，例如在可套叠伸缩的转向柱装置的纵向方向上延伸。

本发明还涉及一种用于操作机动车辆所用的转向柱的方法，该转向柱具有碰撞装置，该碰撞装置具有至少两个部件，所述两个部件具有相互面对的表面并且借助于剪切元件彼此连接，该剪切元件布置在开口中，该开口至少部分地穿过两个部件并且在具有至少一个表面的过渡处具有剪切边缘，其中，当超过作用在部件之间的预定的碰撞力时，剪切元件被剪断并分成两个剪切元件碎片，其中，根据本发明提出的是，将剪切元件碎片中的至少一个剪切元件碎片塑性成形到构造在开口的界定接触表面的至少一个边缘区域中的加宽部分中，以形成保持脊，该保持脊产生沿开口的通道方向作用在剪切元件碎片与部件之间的形状配合连接。

优选地，提出了一种用于操作机动车辆所用的转向柱的方法，该转向柱具有碰撞装置，该碰撞装置具有两个部件，所述两个部件在剪切平面中彼此抵靠在相互面对的接触表面上并且借助于剪切元件连接在一起，该剪切元件布置在开口中，该开口横向于剪切平面穿过两个部件并且在具有至少一个接触表面的过渡处具有剪切边缘，其中，当超过沿剪切平面的方向作用在部件之间的预定碰撞力时，剪切元件被剪断并分成两个剪切元件碎片，其中，根据本发明提出的是，将剪切元件碎片中的至少一个剪切元件碎片塑性成形到构造在开口的界定接触表面的至少一个边缘区域中的加宽部分中，以形成保持脊，该保持脊产生沿开口的通道方向作用在剪切元件碎片与部件之间的形状配合连接。

如上所述，开口在至少一个接触表面上、优选地在两个接触表面上具有加宽部分，该加宽部分至少在部分周向的区域上延伸并且朝向接触表面敞开。在根据本发明的方法中，在碰撞的情况下，在剪切方向上作用在部件之间的动能的一部分首先用于将剪切元件在剪切平面的区域中塑性地压入到在加宽部分的区域中根据本发明形成在加宽部分中的变形空间中。作为结果，保持脊在剪切元件上塑性变形并且在除了加宽部分之外的开口横截面上横向突出。在用于形成保持脊的塑性变形之后或在一些情况下在塑性变形期间，剪切元件在相对于接触表面布置在加宽部分的边缘上的外部的剪切边缘上被剪断。由于根据本发明的加宽部分中的变形，剪切元件碎片中的一个或两个剪切元件碎片具有保持脊，该保持脊确保在通道方向上以形状配合的方式固定至一个或多个部件。

在碰撞的情况下，由于碰撞能量，剪切元件可以借助于根据本发明的加宽部分塑性变形，这允许剪切元件碎片的可靠固定并且因此避免对能量吸收装置的破坏。作为结果，可以提高安全水平。