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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zug-Druck-Strebe für Fahrzeuganwendungen, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Eine derartige Zug-Druck-Strebe ist beispielsweise aus der
DE 39 28 855 A1 bekannt und umfasst zwei Augen zur Ausbildung von Anbindungsstellen, die in einer Längsrichtung der Strebe voneinander beabstandet sind. Ferner besitzt die Zug-Druck-Strebe einen Druckkörper, der als Gussteil ausgestaltet ist und der die beiden Augen aufweist. Bei der bekannten Zug-Druck-Strebe ist der Druckkörper mit faserverstärktem Kunststoff spritzgeformt, wodurch der Druckkörper Zugkräfte und Druckkräfte aufnehmen kann, die über die beiden Augen in die Zug-Druck-Strebe eingeleitet werden.
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Aus der
DE 100 60 042 A1 ist eine andere Zug-Druck-Strebe bekannt, bei der an ein Kunststoffbauteil ein metallisches Anschlussbauteil angebaut ist, wobei sowohl das Kunststoffbauteil als auch das Anschlussbauteil mit Karbonfasern verstärkt ist, die sich im Übergangsbereich zwischen Kunststoffbauteil und metallischem Anschlussbauteil unterbrechungsfrei erstrecken, so dass einzelne Fasern sowohl in das Kunststoffbauteil als auch in das metallische Anschlussbauteil eingebettet sind. Das Anschlussbauteil weist ein Auge zur Ausbildung einer Anbindungsstelle für die jeweilige Zug-Druck-Strebe auf.
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Aus der
DE 10 2010 053 346 A1 ist eine Diagonalstrebenvorrichtung zur aussteifenden Anordnung an einem Unterboden eines Kraftfahrzeugs bekannt, die eine Mehrzahl von Streben aus einem faserverstärkten Kunststoffverbundmaterial umfasst. Die Streben erstrecken sich dabei von einem Zentralknotenelement weg und sind über ihr von dem Zentralknotenelement abgewandtes Ende an den Unterboden anbindbar. Ferner ist die bekannte Diagonalstrebenvorrichtung an den Streben mit einem Anbindungsknotenelement ausgestattet, das an dem von dem Zentralknotenelement abgewandten Ende jeder Strebe zur Bereitstellung der Anbindung an dem Unterboden angeordnet ist, wobei das Zentralknotenelement und die Anbindungsknotenelemente aus einem Leichtmetallmaterial ausgeführt und durch eine zumindest stoffschlüssige Gussverbindung mit den Streben verbunden sind.
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Aus der
DE 10 2006 058 377 A1 ist eine Samerstange zur strukturellen Verstärkung einer Rumpfstruktur eines Flugzeugs bekannt. Dabei die sind die Augen mittels einer Verstärkungsanordnung verbunden, die mit einer Vielzahl von Verstärkungsfasern gebildet ist, um eine hinreichende mechanische Belastbarkeit der Samerstange in einer Unfall-situation zu gewährleisten. Die Samerstange ist mit Verstärkungsfasersträngen ummantelt.
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Die
DE 100 600 42 A1 offenbart ein faserverstärktes Verbundbauteil aus Metall- und Kunststoffteilen, wobei Verstärkungsfasern wenigstens ein Metallteil durchdringen und in wenigstens einem Kunststoffteil eingebettet sind. Dabei sind Verstärkungsfasern als Langfasern sowohl im Metallteil als auch im zugeordneten Kunststoffteil eingebettet, wobei sie aus den jeweiligen Kontaktflächen von Metallteil bzw. Kunststoffteil, dem jeweils anliegenden Kunststoffteil bzw. Metallteil zugewandt, herausragen.
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Aus der
DE 10 2010 053 346 A1 ist eine Diagonalstrebenvorrichtung für einen Unterboden eines Kraftfahrzeugs bekannt. Die Diagonalstrebenvorrichtung umfasst mehrere Streben aus FVK, die sich von einem Zentralknotenelement weg erstrecken, Das Zentralknotenelement ist aus Leichtmetall ausgeführt und durch eine zumindest stoffschlüssige Gussverbindung mit den Streben verbunden.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Zug-Druck-Strebe der vorstehend genannten Art eine verbesserte oder zumindest eine andere Ausführungsform anzugeben, die sich durch eine hohe Zug- und Druckfestigkeit sowie durch ein vergleichsweise niedriges Gewicht auszeichnet. Ferner ist eine möglichst einfache Adaption an unterschiedliche Lastanforderungen angestrebt.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die Zug-Druck-Strebe mit einem Druckkörper zur Aufnahme von Druckkräften und mit einem Zugkörper zur Aufnahme von Zugkräften auszustatten, die als separate Bauteile konzipiert sind und auf geeignete Weise die Zug-Druck-Strebe bilden bzw. zur Zug-Druck-Strebe zusammengebaut sind. Hierdurch werden innerhalb der Zug-Druck-Strebe zwei miteinander zusammenwirkende Bauteile geschaffen, von denen das eine, nämlich der Druckkörper zur Aufnahme von Druckkräften spezialisiert ist, während das andere, nämlich der Zugkörper zur Aufnahme von Zugkräften spezialisiert ist. Hierzu ist der Druckkörper als Gussteil, insbesondere als Druckgussteil oder Spritzgussteil konzipiert. Ein derartiges Gussteil lässt sich besonders einfach druckstabil realisieren. In das Gussteil, also in den Druckkörper sind die Augen der Zug-Druck-Strebe integriert. Der Zugkörper ist dagegen als Faserverbundteil aus Kunststoff ausgestaltet, also als faserverstärktes Kunststoffbauteil (FVK). Faserverstärkte Bauteile lassen sich besonders einfach mit hoher Zugfestigkeit realisieren. FVK, beziehungsweise Kunststoffbauteile zeichnen sich durch ihr niedriges Gewicht aus. Um nun die Druckfestigkeit des Druckkörpers und die Zugfestigkeit des Zugkörpers in der Zug-Druck-Strebe zu vereinen, sind der Druckkörper und der diesbezüglich grundsätzlich separate Zugkörper so aufeinander abgestimmt, dass der Zugkörper in der Zug-Druck-Strebe am Druckkörper entlang einer Umlaufkontur geschlossen umläuft, wobei diese Umlaufkontur des Druckkörpers die beiden Augen einfasst. Auf diese Weise befinden sich die Augen auch innerhalb des umlaufenden Zugkörpers, wodurch Zugkräfte, die über die beiden Augen zunächst in den Druckkörper eingeleitet werden, auf den Zugkörper übertragen werden und von diesem aufgenommen werden können.
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Da der Zugkörper außerdem in der Umlaufrichtung als geschlossener Körper konzipiert ist, kann er die darin eingeleiteten Zugkräfte in sich abtragen. Gleichzeitig wird der Druckkörper dabei weitgehend von den Zugkräften entlastet.
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Durch die Verwendung verschiedener Zugkörper, kann dergleiche Druckkörper für unterschiedliche Anwendungen mit unterschidlicher Zugfestigkeit ausgestatet werden.
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Besonders zweckmäßig ist eine Ausführungsform, bei welcher der Zugkörper als UD-Faserverbundteil ausgestaltet ist, wobei „UD” für „unidirektional” steht. In einem UD-Faserverbundteil verlaufen die Fasern unidirektional und im hier vorgestellten Zugkörper somit parallel bzw. entlang einer Umlaufrichtung des Zugkörpers. Die Fasern erstrecken sich somit in der Umlaufrichtung, in welcher der Zugkörper geschlossen umläuft.
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Der Zugkörper kann beispielsweise als RTM-Bauteil konzipiert sein, wobei „RTM” für „Resin Transfer Molding” steht. Alternativ kann es sich auch um ein Vakuuminfusionsbauteil handeln. Somit lässt sich der Zugkörper insbesondere separat vom Druckkörper herstellen, wobei dann ein geeigneter Zusammenbau erforderlich ist. Alternativ kann der Zugkörper auch unmittelbar am zuvor hergestellten Druckkörper hergestellt werden. Beispielsweise kann der Druckkörper mit einem sogenannten „Prepreg” entlang der Umlaufkontur umwickelt werden, wobei anschließend dann eine Aushärtung des Prepregs, beispielsweise mittels eines Autoklaven, realisiert werden kann. Ebenso ist es möglich, trockene Faserlagen entlang der Umlaufkontur anzuordnen, um anschließend einen RTM-Prozess oder einen Vakuum-Infusionsprozess durchzuführen, bei dem der Druckkörper mit den Faserlagen in ein entsprechendes Spritzwerkzeug zum Spritzformen des Zugkörpers eingelegt wird.
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Bei einer anderen Ausführungsform kann der Zugkörper mittels einer Klebverbindung am Druckkörper befestigt sein. Die Verwendung einer Klebverbindung ermöglicht dabei eine besonders intensive Anbindung zwischen dem Kunststoff des Zugkörpers und dem jeweiligen Material des Druckkörpers. Die Verwendung einer Klebverbindung ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der Zugkörper separat vom Druckkörper hergestellt wird.
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Bei einer anderen Ausführungsform kann der Druckkörper einen über die Umlaufkontur nach außen abstehenden, in der Umlaufrichtung vollständig umlaufenden Kragen aufweisen, der an einer Seite des Druckkörpers den Zugkörper überdeckt. Hierdurch wird zum einen eine seitliche Begrenzung für den Zugkörper bereitgestellt, der eine ordnungsgemäße Fixierung des Zugkörpers am Druckkörper vereinfacht. Des Weiteren wird dadurch der Zugkörper an dieser Seite des Druckkörpers durch den umlaufenden Kragen geschützt. Ein derartiger Schutz kann insbesondere dann von Vorteil sein, wenn die Zug-Druck-Strebe aufgrund ihrer Einbausituation beispielsweise Steinschlag und dergleichen ausgesetzt ist. Während der Druckkörper für derartigen Steinschlag vergleichsweise widerstandsfähig ist, besitzt der Zugkörper eine im Vergleich dazu hohe Empfindlichkeit gegenüber Steinschlag. Durch die Ausbildung des schützenden Kragens kann somit eine Verletzung bzw. Beschädigung des Zugkörpers durch Steinschlag signifikant reduziert werden.
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Der Druckkörper kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform aus Kunststoff hergestellt sein, insbesondere als Druckgussteil. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann im Bereich des jeweiligen Auges eine metallische Buchse im Druckkörper vorgesehen sein, die das jeweilige Auge aufweist. Die Buchse kann dabei nachträglich in den Kunststoff-Druckkörper eingesetzt sein. Ebenso ist es möglich, beim Spritzformen des Kunststoff-Druckkörpers die metallische Buchse mit dem Kunststoff zu umspritzen.
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Bei einer alternativen Ausführungsform kann der Druckkörper aus einem Metall bzw. aus einer Metalllegierung hergestellt sein. Ein derartiger metallischer Druckkörper kann besonders hohe Druckkräfte aufnehmen.
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Besonders zweckmäßig ist eine Ausführungsform, bei welcher die Zug-Druck-Strebe eine Unterboden-Zug-Druck-Strebe ist, die für einen Einbau in eine Unterbodenstruktur eines Straßenfahrzeugs adaptiert ist. Mit Hilfe einer derartigen Unterboden-Zug-Druck-Strebe lässt sich die Unterbodenstruktur des Fahrzeugs bei geringem Gewicht intensiv aussteifen bzw. verstärken, wodurch in der Unterbodenstruktur unerwünschte Verwindungen und dergleichen reduziert werden können.
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Bei einer einfachen Ausführungsform kann die Zug-Druck-Strebe geradlinig und/oder flach und/oder eben ausgestaltet sein.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch:
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1 eine Draufsicht einer Zug-Druck-Strebe,
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2 einen Querschnitt der Zug-Druck-Strebe entsprechend Schnittlinien II in 1.
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Entsprechend den 1 und 2 umfasst eine Zug-Druck-Strebe 1 zwei Augen 2, die bezüglich einer Längsrichtung 3 der Strebe 1 voneinander beabstandet sind. Im Beispiel sind genau zwei Augen 2 vorgesehen. Die Strebenlängsrichtung 3 ist in 1 durch einen Doppelpfeil angedeutet. Ferner umfasst die Zug-Druck-Strebe 1 einen Druckkörper 4 und einen Zugkörper 5. Der Druckkörper 4 ist als Gussteil ausgestaltet und weist die beiden Augen 2 auf. Der Druckkörper 4 dient zur Aufnahme von Druckkräften. Der Zugkörper 5 dient zur Aufnahme von Zugkräften und ist als Faserverbundteil aus Kunststoff ausgestaltet. Der Druckkörper 4 besitzt eine Umlaufkontur 6, die am Druckkörper 4 so umläuft, dass sie die beiden Augen 2 einfasst bzw. umschließt. Der Zugkörper 5 ist nun so am Druckkörper 4 angeordnet, dass er entlang dieser Umlaufkontur 6 geschlossen umläuft. Somit ist zumindest der Zugkörper 5 in einer Umlaufrichtung 7 geschlossen ausgestaltet. Die Umlaufrichtung 7 ist in 1 durch einen Doppelpfeil angedeutet. Zweckmäßig ist auch die Umlaufkontur 6 in der Umlaufrichtung 7 geschlossen ausgestaltet. Die Strebe 1 ist hier flach und eben sowie geradlinig ausgestaltet.
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Der Zugkörper 5 ist zweckmäßig als UD-Faserverbundteil ausgestaltet, bei dem hier nicht erkennbare Fasern des Zugkörpers 5 unidirektional entlang der Umlaufrichtung 7 verlaufen. Hierdurch besitzt der Zugkörper 5 in seiner Umlaufrichtung 7 eine besonders hohe Zugbeständigkeit. Der Zugkörper 5 kann grundsätzlich separat vom Druckkörper 4 hergestellt werden, wozu sich entsprechende bekannte Herstellungsverfahren eignen. Anschließend lässt sich der separat vom Druckkörper 4 hergestellte Zugkörper 5 auf geeignete Weise an den Druckkörper 4 anbauen. Beispielsweise kann gemäß 2 eine Klebverbindung 8 vorgesehen sein, um den Zugkörper 5 fest mit dem Druckkörper 4 zu verbinden. Zweckmäßig ist auch die Klebverbindung 8 in der Umlaufrichtung 7 geschlossen ausgeführt. Alternativ lässt sich der Zugkörper 5 auch unmittelbar am Druckkörper 4 herstellen. Beispielsweise kann eine Laminierung des Zugkörpers 5 unmittelbar entlang der Umlaufkontur 6 erfolgen. In diesem Fall bildet der Zugkörper 5 bezüglich des Druckkörpers 4 zwar immer noch ein eigenständiges und insoweit separates Bauteil, ist jedoch nicht davon separat hergestellt, sondern daran hergestellt. In beiden Fällen ist jedoch der Druckkörper 4 separat vom Zugkörper 5 hergestellt.
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Der Druckkörper 4 kann zweckmäßig aus Metall bzw. aus einer Metalllegierung hergestellt werden, wodurch er eine besonders hohe Druckfestigkeit besitzt. Geeignete Druckkörper können zum Beispiel aus Stählen oder aus Aluminiumlegierung hergestellt werden. In diesem Fall können auch die Augen 2 integral an diesem Druckkörper 4 ausgeformt sein. Alternativ ist es ebenso möglich, den Druckkörper 4 aus Kunststoff herzustellen. In diesem Fall können die Augen 2 jeweils in einer metallischen Buchse 9 ausgebildet sein, die auf geeignete Weise in dem Kunststoff-Druckkörper 4 ausgebildet ist. Beispielsweise kann die jeweilige Buchse 9 nachträglich in den Kunststoff-Druckkörper 4 eingebaut werden. Ebenso ist es möglich, beim Spritzgießen des Kunststoff-Druckkörpers 4 die beiden Buchsen 9 zu umspritzen. Grundsätzlich ist es auch bei einem metallischen Druckkörper 4 denkbar, die Augen 2 mit Hilfe von separaten Buchsen 9 zu realisieren. Denkbar ist beispielsweise ein Druckkörper 4 aus einem Leichtmetall bzw. aus einer Leichtmetalllegierung, während die Buchsen 9 aus Eisen bzw. aus einer Eisenlegierung, wie zum Beispiel Stahl, hergestellt sind.
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Bei dem hier gezeigten Beispiel besitzt der Druckkörper 4 außerdem einen Kragen 10, der zweckmäßig in der Umlaufrichtung 7 vollständig bzw. geschlossen umläuft und dabei über die Umlaufkontur 6 nach außen absteht. Dabei ist dieser Kragen 10 so dimensioniert, dass er an einer Seite 11 des Druckkörpers den Zugkörper 5 überdeckt. In 1 ist besagte Seite 11 vom Betrachter abgewandt. In 2 befindet sich diese Seite 11 unten. Im Beispiel ist der Kragen 10 so dimensioniert, dass er auch über den Zugkörper 5 nach außen vorsteht. Insbesondere bei einer Ausgestaltung der Zug-Druck-Strebe 1 als Unterboden-Zug-Druck-Strebe lässt sich die Zug-Druck-Strebe 1 zweckmäßig an einer Unterbodenstruktur eines Straßenfahrzeugs so montieren, dass besagte Seite 11 einer Fahrbahn zugewandt ist. Der Kragen 10 bildet dadurch einen intensiven Steinschlagschutz für den Zugkörper 5.
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Beim hier gezeigten Beispiel besitzt der Zugkörper 5 quer zu seiner Umlaufrichtung 7 einen im Wesentlichen viereckigen Querschnitt, der im Sonderfall der 2 als Parallelogramm ausgestaltet ist. Hierdurch kann der Zugkörper 5 besonders einfach an die leicht konische Umlaufkontur 6 angepasst werden. Der Kragen 10 bildet hier eine seitliche Verlängerung der Seite 11. Ferner erstreckt sich der Zugkörper 5 quer zu seiner Umlaufrichtung 7 über mindestens 50% einer Höhe 12 des Druckkörpers 4, die in 2 durch einen Doppelpfeil angedeutet ist.
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Die Zug-Druck-Strebe 1 kann optional gemäß der hier gezeigten Ausführungsform zwischen den Augen 2 eine Fachwerkstruktur 13 aufweisen, die mittels entsprechend angeordneter Streben 14 in Verbindung mit Vertiefungen 15 und/oder Durchbrüchen 16 realisiert sein kann. Insbesondere kann die Fachwerkstruktur 13 dabei unter bionischen Gesichtspunkten gestaltet sein, wodurch sie ein Optimum aus Festigkeit und Steifigkeit bei minimalem Gewicht besitzt.
