DE102013210702A1 - Axle carrier for a motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Achsträger für ein Kraftfahrzeug. Der Achsträger zeichnet sich durch ein flächiges Element in Faserverbundbauweise aus, das Anbindungsstellen für weitere Kraftfahrzeugteile aufweist, die als Knotenelement in Faserverbundbauweise ausgeführt sind.The invention relates to an axle support for a motor vehicle. The axle beam is characterized by a flat element in fiber composite construction, which has connection points for other motor vehicle parts, which are designed as a node element in fiber composite construction.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Achsträger mit reduziertem Gewicht sowie ein Kraftfahrzeug, das einen solchen Achsträger umfasst.The present invention relates to a reduced weight axle carrier and to a motor vehicle comprising such an axle carrier.
Achsträger für Kraftfahrzeuge, insbesondere Personenkraftwagen, sind in verschiedenen Bauarten bekannt. Überwiegend werden die im Wesentlichen rechteckigen Achsträger für beispielsweise die Fahrzeugvorderachse aus insgesamt vier metallischen Bauteilen, meist aus Stahlprofilen in Form von Rohren, aus Strangpressprofilen oder aus Gusskomponenten aufgebaut. Diese Bauart bedingt ein sehr hohes Gewicht des Achsträgers.Achsträger for motor vehicles, especially passenger cars are known in various designs. For the most part, the substantially rectangular axle carriers for, for example, the vehicle front axle are made up of a total of four metallic components, usually of steel profiles in the form of tubes, of extruded profiles or of cast components. This design requires a very high weight of the axle beam.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Achsträger für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, der sich durch ein, gegenüber den herkömmlichen Achsträgern, reduziertes Gewicht bei trotzdem sehr guten mechanischen und fahrdynamischen Eigenschaften, auszeichnet und der dabei einfach und kostengünstig herstellbar ist.Based on this prior art, it is therefore an object of the present invention to provide an axle for a motor vehicle, which is characterized by a, compared to the conventional axle beams, reduced weight while still very good mechanical and dynamic properties, and it is simple and inexpensive to produce ,
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen Achsträger für ein Kraftfahrzeug dadurch gelöst, dass dieser ein flächiges Element in Faserverbundbauweise umfasst, das Anbindungsstellen für weitere Kraftfahrzeugteile aufweist, die als Knotenelement in Faserverbundbauweise ausgeführt sind. Das flächige Element in Faserverbundbauweise bildet somit die Grundstruktur des erfindungsgemäßen Achsträgers und ersetzt damit die herkömmlichen, rechteckig angeordneten, metallischen Längsträger- und Querträgerstrukturen. Im einfachsten Fall ist das flächige Element als Kunststofffaserverbundplatte ausgebildet, an die die für die Anbindung der Lenker, Aggregate, des Motors, des Lenkgetriebes, der Aufnahmen für radführende Lenker und dergleichen vorgesehenen Anbindungsstellen oder Befestigungsstellen in Form von Knotenelementen angebracht sind. Das Knotenelement oder ggf. auch die Knotenelemente sind ebenfalls als Faserverbundbauteil ausgebildet. Hierdurch können die Knotenelemente sehr leicht und dauerhaft mit dem flächigen Element verbunden werden. Aufgrund der Ausführung des flächigen Elements sowie das bzw. der Knotenelemente in Faserverbundbauweise kann das Gewicht des Achsträgers bei hohem gestalterischem Freiheitsgrad effektiv reduziert werden. Durch die ferner strukturellen Eigenschaften dieser Faserverbundbauteile wird ein mechanisch stabiler Achsträger bereitgestellt, der sich durch eine hohe Steifigkeit, sehr gute Torsionssteifigkeit und hohe Festigkeit auszeichnet, wodurch der Fahrkomfort und die Fahrdynamik des Kraftfahrzeugs bei sehr gutem Crashverhalten verbessert werden.According to the invention, the object is achieved by an axle carrier for a motor vehicle in that it comprises a planar element in fiber composite construction, which has connection points for further motor vehicle parts, which are designed as a node element in fiber composite construction. The planar element in fiber composite construction thus forms the basic structure of the axle carrier according to the invention and thus replaces the conventional, rectangularly arranged, metallic side member and cross member structures. In the simplest case, the sheet-like element is designed as a plastic fiber composite plate to which are provided for the connection of the handlebars, aggregates, the engine, the steering gear, the receptacles for wheel-guiding links and the like attachment points or attachment points in the form of node elements. The node element or optionally also the node elements are likewise designed as a fiber composite component. As a result, the node elements can be very easily and permanently connected to the sheet-like element. Due to the design of the planar element and the or the node elements in fiber composite construction, the weight of the axle beam can be effectively reduced at a high creative degree of freedom. Due to the further structural properties of these fiber composite components, a mechanically stable axle is provided, which is characterized by a high rigidity, very good torsional stiffness and high strength, whereby the ride comfort and driving dynamics of the motor vehicle are improved with very good crash performance.
Die Unteransprüche beinhalten vorteilhafte Weitebildungen und Ausgestaltungen der Erfindung.The dependent claims contain advantageous Weitebildungen and embodiments of the invention.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist das flächige Element mit mindestens einer Sicke und/oder einer Rippe verstärkt, wodurch insbesondere die Torsionssteifigkeit des Achsträgers erhöht werden kann.According to an advantageous development, the planar element is reinforced with at least one bead and / or rib, whereby in particular the torsional rigidity of the axle beam can be increased.
Weiter vorteilhaft ist das flächige Element in Sandwichbauweise ausgeführt und umfasst mindestens zwei faserverstärkte Schichten. Zwischen diesen Deckschichten wird vorzugsweise ein schubsteifer, leichter Kern eingesetzt. Als Kernwerkstoffe kommen insbesondere Schäume oder Waben aus Kunststoff, Papier oder Leichtmetall in Frage. Der Kern kann in der Dicke veränderlich ausgeführt sein, um eine der örtlichen Belastung angepasste Biegesteifigkeit zu erzeugen. Durch diese Ausgestaltung kann die mechanische Stabilität des Achsträgers, insbesondere die Festigkeit und Steifigkeit desselben, auch im Hinblick auf sein Crashverhalten, optimiert werden.Further advantageously, the sheet-like element is designed in sandwich construction and comprises at least two fiber-reinforced layers. Between these cover layers, a shear-resistant, lightweight core is preferably used. As core materials in particular foams or honeycombs made of plastic, paper or light metal in question. The core may be made variable in thickness to produce a flexural stiffness adapted to the local load. This refinement makes it possible to optimize the mechanical stability of the axle carrier, in particular the strength and rigidity thereof, also with regard to its crash behavior.
Zur weiteren Verstärkung des Achsträgers umfasst das flächige Element vorteilhafterweise eine Längsverstärkung und/oder eine Querverstärkung in Form mindestens eines auf das flächige Element aufgesetzten Profils. Die Ausbildung der Zusatzverstärkung in Form von Profilen hat den Vorteil, dass Profile kostengünstig in beliebiger Form erhältlich sind und somit variabel, spezifisch und präzise, den Anforderungen entsprechend, an den Bereichen des flächigen Elements angebracht werden können, die besonders hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt sind.For further reinforcement of the axle carrier, the planar element advantageously comprises a longitudinal reinforcement and / or a transverse reinforcement in the form of at least one profile placed on the planar element. The formation of additional reinforcement in the form of profiles has the advantage that profiles are available inexpensively in any form and thus variable, specific and precise, according to the requirements, can be attached to the areas of the sheet-like element, which are exposed to particularly high mechanical loads.
Vorteilhafter Weise ist das Profil ein geschlossenes Profil oder ein als Hutprofil ausgebildetes offenes Profil. Hierdurch werden sehr gute torsionsstabile Verstärkungselemente mit hoher Steifigkeit erhalten die einfach mit dem flächigen Element verbindbar sind.Advantageously, the profile is a closed profile or designed as a hat profile open profile. As a result, very good torsionally stable reinforcing elements with high rigidity are obtained, which are easily connectable to the sheet-like element.
Weiter vorteilhaft ist das Profil ein Flechtprofil. Flechtprofile, oder mit anderen Worten geflochtene Profile, haben den Vorteil, dass sie bei geringem Gewicht eine hohe Energieaufnahme im Crash und ein gutes Resttragverhalten im Überlastfall aufweisen. Zudem sind Flechtprofile in großen Stückzahlen einfach und kostengünstig produzierbar.Further advantageously, the profile is a braided profile. Braided profiles, or in other words braided profiles, have the advantage that they have a high energy absorption in a crash and a good residual behavior in case of overload with low weight. In addition, braided profiles can be produced in large numbers simply and inexpensively.
Zur weiteren Verbesserung der mechanischen Eigenschaften des Achsträgers weist das Profil vorteilhafterweise einen Kern auf. Dieser Kern ist vorzugsweise schubsteif und von geringem Gewicht. Als Kernmaterialien kommen beispielsweise Schäume oder Waben aus Leichtmetall, Papier- oder Kunststoff in Frage. Der Kern kann als Flechtkern zum Erstellen des Flechtprofils eingesetzt werden. Ein Flechtkern kann besonders vorteilhaft in Bereichen geringer Beanspruchung entfernt werden, um weiteres Gewicht einzusparen.To further improve the mechanical properties of the axle beam, the profile advantageously has a core. This core is preferably shear-resistant and lightweight. As core materials, for example, foams or honeycombs of light metal, paper or plastic come into question. The core can be used as braided core for creating the braided profile. One Braided core can be particularly advantageously removed in low-stress areas to save further weight.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass mindestens ein Knotenelement als Kunststoffspritzgussteil oder SMC-Kunststoffteil (sheet molding compound) ausgebildet ist. Dies vereinfacht die Herstellung des erfindungsgemäßen Achsträgers in präziser geometrischer Ausgestaltung und bedingt eine sehr gute Verbindungsbildung zwischen dem flächigen Element und dem Knotenelement.A further advantageous development provides that at least one node element is designed as a plastic injection molded part or SMC plastic part (sheet molding compound). This simplifies the production of the axle carrier according to the invention in a precise geometric configuration and requires a very good connection formation between the flat element and the node element.
Weiter vorteilhaft umfasst das Knotenelement mindestens eine metallische Anbindung und/oder mindestens ein Gummilager für Lenkerverschraubungen oder dergleichen. Weitere Befestigungsvorrichtungen oder Verbindungsmittel für weitere Kraftfahrzeugteile können vorgesehen und an bzw. in das Knotenelement integriert werden. Dies ist besonders gut möglich wenn das Knotenelement mittels Kunststoffspritzguss oder mittels Umpressen als SMC(sheet-molding-compound)-Kunststoffteil hergestellt wird, da dies eine besonders gute nicht nur formschlüssige, sondern stoffschlüssige Verbindung bereitstellt, die hohen mechanischen Belastungen standhält.Further advantageously, the node element comprises at least one metallic connection and / or at least one rubber bearing for handlebar fittings or the like. Further fastening devices or connecting means for further motor vehicle parts can be provided and integrated on or in the node element. This is particularly well possible if the node element is produced by means of plastic injection molding or by pressing as SMC (sheet-molding-compound) plastic part, as this provides a particularly good not only positive, but cohesive connection that withstands high mechanical loads.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung sind das flächiges Element und das Knotenelement stoffschlüssig miteinander verbunden, vorzugsweise durch eine Klebeverbindung oder einen entsprechenden Prozess zum stoffschlüssigen Verbinden von Elementen. Der Stoffschluss kann sowohl durch das Matrixsystem einer SMC-Pressmasse beim Umpressen oder durch Kunststoffspritzguss beim Prozess des Hinterspritzens erzeugt werden. Hierdurch kann auf zusätzliche Befestigungsmittel oder Verbindungsmittel verzichtete werden, was zu einer weiteren Gewichtsreduktion beiträgt und zudem die Materialkosten und den logistischen sowie technischen Aufwand bei der Herstellung des Achsträgers bei sehr guter und stabiler Verbindungsbildung verringert. Eine besonders bevorzugte Weiterbildung der Anbindung zwischen Knoten und Profilen sieht vor, dass der Stoffschluss zusätzlich um einen Formschluss ergänzt wird. Dies kann dadurch erfolgen, dass die Profile in Längs- oder Umfangsrichtung Sicken oder Rippen aufweisen, welche vom Knoten formschlüssig umgeben werden. Dadurch kann eine Verbindung mit hoher Festigkeit erzeugt werden.According to a further advantageous development, the planar element and the node element are materially connected to each other, preferably by an adhesive bond or a corresponding process for cohesive bonding of elements. The material bond can be generated both by the matrix system of an SMC molding compound during pressing or by plastic injection molding in the process of back injection. This can be dispensed with additional fastening means or connecting means, which contributes to a further weight reduction and also reduces the material costs and the logistical and technical effort in the production of the axle beam with very good and stable connection formation. A particularly preferred development of the connection between nodes and profiles provides that the material connection is additionally supplemented by a form fit. This can be done by having the profiles in the longitudinal or circumferential direction beads or ribs, which are surrounded form-fitting manner by the node. Thereby, a connection with high strength can be produced.
Der erfindungsgemäße Achsträger ist vorzugsweise als Vorderachsträger ausgebildet, da hier die vorteilhaften Effekte besonders gut zur Geltung kommen.The axle carrier according to the invention is preferably designed as a front axle carrier, since the advantageous effects come into their own particularly well here.
Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug, das einen wie oben beschriebenen Achsträger umfasst. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug zeichnet sich durch einen hohen Fahrkomfort, sehr gute Fahrdynamik sowie eine ausgezeichnete Stabilität und ein sehr gutes Crashverhalten bei reduziertem Gewicht aus.The invention further relates to a motor vehicle comprising an axle carrier as described above. The motor vehicle according to the invention is characterized by a high level of ride comfort, very good driving dynamics and excellent stability and a very good crash behavior with reduced weight.
Die für den erfindungsgemäßen Achsträger beschriebenen Weiterbildungen, Vorteile und Effekte finden auch Anwendung auf das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.The developments, advantages and effects described for the axle according to the invention also apply to the motor vehicle according to the invention.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Lösungen sowie deren Weiterbildungen ergeben sich folgende Vorteile:
- – Es werden ein Achsträger sowie ein Kraftfahrzeug mit reduziertem Gewicht bereitgestellt.
- – Der Achsträger zeichnet sich durch sehr gute mechanische Eigenschaften, insbesondere eine hohe Steifigkeit, Torsionssteifigkeit und Festigkeit, aus.
- – Der Achsträger weist ein gutes Crashverhalten auf.
- – Weitere Fahrzeugkomponenten und Teile können sehr leicht und dauerhaft mit dem Achsträger verbunden oder in diesem integriert werden.
- – Durch die vereinfachte Struktur des Achsträgers ist dieser einfach ohne hohen technischen Aufwand und damit kostengünstig herstellbar.
- – Das Kraftfahrzeug mit dem erfindungsgemäßen Achsträger weist einen hohen Fahrkomfort und eine sehr gute Fahrdynamik auf.
- - There are provided an axle carrier and a motor vehicle with reduced weight.
- - The axle beam is characterized by very good mechanical properties, in particular high rigidity, torsional rigidity and strength.
- - The axle beam has a good crash behavior.
- - Other vehicle components and parts can be very easily and permanently connected to the axle or integrated in this.
- - Due to the simplified structure of the axle beam this is easy without high technical complexity and thus inexpensive to produce.
- - The motor vehicle with the axle according to the invention has a high ride comfort and a very good driving dynamics.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren. Es zeigen:Further details, features and advantages of the invention will become apparent from the following description and the figures. Show it:
In den Figuren sind nur die hier interessierenden Teile des Achsträgers dargestellt, alle übrigen Elemente sind der Übersichtlichkeit halber weggelassen. Ferner beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Bauteile.In the figures, only the parts of the axle carrier of interest here are shown, all other elements are omitted for the sake of clarity. Furthermore, like reference numerals refer to like components.
Anhand der
In
Ferner weist der Achsträger mehrere Knotenelemente
Vorzugsweise sind die Knotenelemente
Der Achsträger
An den Längsverstärkungen
Der Kern
Zudem sind auf das flächige Element
Die Längsverstärkungen
Die vorhergehende Beschreibung der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihrer Äquivalente zu verlassen.The foregoing description of the present invention is for illustrative purposes only, and not for the purpose of limiting the invention. Various changes and modifications are possible within the scope of the invention without departing from the scope of the invention and its equivalents.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Achsträgeraxle
- 22
- flächiges Elementflat element
- 2a2a
- Kerncore
- 2b2 B
- Decklagetopsheet
- 2c2c
- SickeBeading
- 33
- Knotenelementnode element
- 44
- Querverstärkungtransverse reinforcement
- 55
- Längsverstärkunglongitudinal reinforcement
- 66
- Durchbohrungperforation
- 77
- Hutprofilhat profile
- 88th
- Hutprofil in Form eines FlechtprofilsHat profile in the form of a braided profile
Claims (11)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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