用于将转向柱连接在横梁上的装置的制造方法
【专利说明】用于将转向柱连接在横梁上的装置
[0001]本发明涉及一种用于将转向柱连接在定位在汽车的两个A柱之间的横梁处的装置，所述装置包括前连接区域、横梁容纳区域和后连接区域。
[0002]试图减少排放值的愿望使汽车制造商一直在把他们的汽车构造的更轻。同时也有责任要考虑不断提高的法律的安全要求。这对很多构件或者组件有时是很大的挑战。首先背景是，这些构件或者组件原则上必须具有尤其高的强度以符合法律的要求。
[0003]已经看到很多汽车制造商转向将尽可能多的汽车组件模块化构建，使其可以多方面地使用和容易地安装。此外，通过模块化构造还可以考虑到，构件或者组件的模块可以在不同的地点制造并因此可以减少用在已经组装在一起的组件的物流耗费。
[0004]用于制造所述用于转向柱连接的、在现有技术中已知的装置主要使用钢板壳、压铸构件或者在横梁上直接注塑的塑料金属复合结构。这大多由很多单独构件组成，包括了与之相关的高昂的接合成本和对于为此所需的工序组合刀具的投入成本。此外在设计过程期间的拓扑分析也是已知的和平常的。用于转向柱连接的传统装置在板材壳设计时在结构上仅能有限地以载荷路径为导向地设计，结果就是不可避免的超尺寸。因此这是很难和/或在同时高耗费的组装情况下不能被模块化地使用。
[0005]例如专利文献DE 10 2004 025 245 Al中可以看到，其中使用两个金属嵌件用于转向柱的连接，其中为此在金属嵌件中规定有孔。所述金属嵌件在此公布内容中图3里所示结构旁穿过所述孔，使其在板材壳设计中能被实现。紧接着此外在其后的注塑循环中金属嵌件被直接注塑在横梁处，以形成其和横梁的连接。
[0006]该现有技术的缺点是，用于转向柱连接的相应装置没有被以载荷路径为导向地构造，以此带来较大的重量。此外这种构造形式的灵活性很低。这主要是由相关联的物流上的高耗费引起，要是横梁为了最终组装而必须被再次运送的话，因为通过注塑横梁具有基本上不便移动的尺寸。同样地提高工具耗费也是必要的，以便达到所述装置的准确定位，相应的是公差补偿金能通过高耗费实现。没有模块化的可用性，因为总是要使用特殊工具用于实现连接。
[0007]此外在专利文献DE 10 2007 002 431 B4中已知一种转向柱支承结构用于提高转向柱支承和仪表板横向元件的刚性。在此，转向柱支承设计为成对地由叉板或者止挡板和容纳主体的组合和以此作为右侧和左侧安装部段的组件。叉板和容纳主体由金属组成，其中两者分别借助焊接被接合。
[0008]这种转向柱结构的缺点是，其同样也没有以载荷路径为导向地构造。此外，叉板或者止挡板用于作为对容纳主体的垫板，以能够实现必要的刚性。缺点是，将如此形成的支承单元作为组件构造和必须壳式地构造造成较高的重量、耗费的加工方法和安装难度。此外，考虑到夹子、支架等等的连接在构型上的自由仅通过升高的耗费实现。
[0009]在专利文献DE 10 2004 051 182 B4中公布了其它转向柱支架结构。在此，柱支架支承被安置在端壁支承和柱支承凸出部，所述柱支承凸出部具有在仪表板处通过踏板支架可摆动地固定的踏板。在此，所述柱支架支承是壳形的设计为闭合的截面，此外具有作为附加部件安置的柱支承凸出部并且以此不是以重量为导向地或者主载荷路径为导向地优化地构造。
[0010]本发明要解决的技术问题在于，提供一种用于将转向柱连接在横梁即所谓的Cross Car Beam上的装置，所述装置克服本文开头针对现有技术所讨论的问题或者至少减少这些问题。
[0011]该技术问题通过本文开头所述类型的装置解决，其中所述装置包括至少一个设计为弓架(亦即弓形架)的或者具有这种弓架的、从前连接区域向后连接区域延伸的金属结构和支撑该金属结构的基体，其中金属结构是用于将力导向横梁的主载荷路径并且其中基体至少在前连接区域和后连接区域中沿主载荷路径的方向连接在金属结构上。
[0012]按照本发明的用于转向柱在横梁处的连接的装置，用由模块化制造的连接装置组成的结构替代主要在现有技术中所用的钢壳构件，准确地说通过具有至少一个弓架和基体的载荷路径优化的金属结构来替代。按照优选的实施形式，基体是塑料体、尤其具有聚合物基质，所述塑料体包含用于强化的纤维。基体用作支撑结构，以在通过主载荷路径将力导引至横梁时使金属结构的单独部段能保持在其符合规定的空间位置中。这里的金属结构部段指的是从横梁翘起或突出的弓架部段。因此金属结构在前连接区域和后连接区域中相应地连接在基体处。如果基体是塑料部件，则规定使弓架部段的这部分至少部分容纳在和/或被包围在塑料基体中。优选地是在这种构造中，弓形架式的金属结构在其前连接区域和后连接区域中如此地被容纳在和/或被包围在塑料基体中，使该容纳或者该包围不仅沿主载荷路径的方向是形状配合的、而且在至少一个横向于其的方向上也是形状配合的。尤其优选的实施形式是，其中金属结构在所述区域中以这种方式方法连接在基体上，使所述弓架部段在符合规定地加载力的情况下不会偏移。这可以通过例如材料接合实现。如果连接装置涉及的是复合部件，则规定弓架部段的相关部分形状配合地连接在基体处，即设计为，使得基体至少部分地容纳和/或包围弓架部段的与之相关的部段。
[0013]基体通常这样设计，从而保证金属结构的对于预设的力导引的前述支撑功能。通过金属结构的至少一个弓架的支撑，其在不超过可通过基体承受的支撑力范围内保持不变形，因此在所述装置的符合规定的使用情况下，通过由至少一个金属弓架提供的主载荷路径向横梁的力导引得到保证。如果超过所述的力(这可能会出现在碰撞事故中)，那么基体的支撑功能可以被超出，因此在这样的情况中，尽管基体可能失效，可是所连接的部件(例如转向柱)通过金属结构继续和横梁保持连接。
[0014]按照优化设计，金属结构基本上形成所述装置的基础结构，并且可选地是，为了形成其它的载荷路径，基体连接在朝发动机舱设计的端壁处。
[0015]在优选实施形式中，金属结构包括一个第一弯曲金属弓架和两个第二弯曲金属弓架，其分别相应于通常在拓扑分析中确定的载荷路径。如果基体涉及到的是由聚合物材料制成的基体，那么第一金属弓架由基体的聚合物基质至少部分地包围和/或嵌入其中，两个第二金属弓架设计为闭合弓架并且可以插入和/或插穿基体。在此，基体自身优选至少部分地呈壳形地设计具有相应的闭合弓架容纳装置。
[0016]在此，以此构造的用于转向柱连接的装置的基体可以通过横梁容纳区域被安置在横梁的任意位置处并借助闭合弓架固定。优选地，相应地至少在部分区域中贴靠在横梁上的金属弓架可以额外地通过热接合方法连接在该位置处。在此清楚的是，用于在转向柱处连接的装置不仅可以模块化地使用于所谓的左置方向盘汽车而且也可以使用于右置方向盘汽车。此外，公差可以更容易地被补偿。
[0017]在基本上形成所述装置基体的基础结构的第一金属弓架方面，在优选的实施形式中，所述第一金属弓架设计为V形或者U形并且载荷路径优化地如此地弯曲，使所述第一金属弓架设计为在前面的区域中向上地和向前地指向，以便更好地承接力，在另一部分区域中至少在部分区域中贴靠在横梁轮廓处并且金属弓架的两个相应端部向上和向内指向地构造，以便在其内侧接触闭合弓架。
[0018]当在实施形式中提到“上”、“前”、“下”或“内”时，在此指的是在汽车内的标准化方向的描述，其中“前”和“后”是沿X轴的方向、“上”和“下”是沿Z轴的方向并且“内”是沿y轴的方向。
[0019]因为在正常运行期间有时较高的载荷会通过闭合弓架传入所述装置中，所以在其它优选实施形式中，闭合弓架设计得比优选的V形或者U形构造的金属弓架更厚或更强。
[0020]在其它优选的实施形式中，在基体内安置多个闭合弓架导引装置用于容纳闭合弓架。此外可以在基体处安置、引入、注塑和/或集成任意多的刚度增强元件、支撑件和/或缆线导向器。
[0021]此外在其它优选实施形式中，基体设计为骨架式或者设计为实心体。
[0022]所述用于转向柱连接的装置显示了非常多变的在设计可能性并且带来的优点是，考虑到了汽车制造商所要求的对于构造空间设计的灵活性，例如涉及大小和形状的考虑。同样地，通过载荷路径导向的优化，通过使用金属弓架至少相对于现有技术减小了装置超尺寸的问题，由此实现了重量的减轻。
[0023]本发明的其它优点在于，在这种类型的结构中可以完