DE102015218026A1

DE102015218026A1 - Achsstrebe

Info

Publication number: DE102015218026A1
Application number: DE102015218026.3A
Authority: DE
Inventors: Andre Stieglitz; Ingolf Müller; Ignacio Lobo Casanova; Manfred Bürgmann; Philipp Bauer
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2015-09-18
Filing date: 2015-09-18
Publication date: 2017-03-23

Abstract

Eine Achsstrebe (1) für ein Fahrzeug umfasst einen Schaft (2) und zwei Lagerbereiche (3). Die Achsstrebe (1) ist ausgeformt aus einer Tragwicklung (4), wenigstens zwei Kernelementen (6) und zwei Lasteinleitelementen (7), wobei die Tragwicklung (4) aus Faserkunststoffverbundmaterial ausgebildet ist. Ein erstes Lasteinleitelement (7) ist an einem ersten Lagerbereich (3) der zwei Lagerbereiche (3) angeordnet und ein zweites Lasteinleitelement (7) an einem zweiten Lagerbereich (3) der zwei Lagerbereiche (3) angeordnet. Ein erstes Kernelement (6) der wenigstens zwei Kernelemente (6) grenzt an das erste Lasteinleitelement (7) an und ein zweites Kernelement (6) der wenigstens zwei Kernelemente (6) grenzt an das zweite Lasteinleitelement (7) an.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Achsstrebe mit den oberbegrifflichen Merkmalen nach Anspruch 1.
Achsstreben für Fahrwerke von Fahrzeugen, beispielsweise NKWs, LKWs oder PKWs werden vorwiegend axial sowohl durch Druck- als auch durch Zugkräfte belastet. Bei Wanklasten wird die Achsstrebe in geringem Maße auf Torsion beansprucht. Eine besondere Herausforderung an die Stabilität der Achsstrebe ergibt sich aus einem Missbrauchslastfall, z. B. wenn ein Wagenheber an die Achsstrebe angesetzt wird.
Aus der DE 10 2013 007 284 A1 ist eine Verbindungsstrebe bekannt, die einen Stangenabschnitt und zwei quer zur Längsachse gerichtete Lageraugen aufweist. Die Verbindungsstrebe ist teilweise aus faserverstärktem Kunststoff hergestellt, wobei der faserverstärkte Kunststoff durch Prepregs gebildet ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zu Grunde, eine verbesserte Achsstrebe vorzuschlagen, welche ein geringes Bauteilgewicht aufweist und kostengünstig herzustellen ist. Zudem soll die Achsstrebe ein gutes Belastungsverhalten aufweisen, unter anderem sollen Spannungen innerhalb der Achsstrebe in verbesserter Art und Weise aufgenommen werden können. Die Achsstrebe soll eine hohe Biegesteifigkeit und Beulsteifigkeit aufweisen. Die vorgeschlagene Achsstrebe soll zudem modularisierbar sein.
Die vorliegende Erfindung schlägt ausgehend von der vorgenannten Aufgabe eine Achsstrebe mit den Merkmalen nach Patentanspruch 1 vor. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Eine Achsstrebe für ein Fahrzeug umfasst einen Schaft und zwei Lagerbereiche. Die Achsstrebe ist ausgeformt aus einer Tragwicklung, wenigstens zwei Kernelementen und zwei Lasteinleitelementen. Die Tragwicklung ist aus Faserkunststoffverbundmaterial (FKV) ausgebildet. Ein erstes Lasteinleitelement ist an einem ersten Lagerbereich der zwei Lagerbereiche angeordnet und ein zweites Lasteinleitelement ist an einem zweiten Lagerbereich der zwei Lagerbereiche angeordnet. Ein erstes Kernelement der wenigstens zwei Kernelemente grenzt an das erste Lasteinleitelement an und ein zweites Kernelement grenzt an das zweite Lasteinleitelement an. Die Nummerierung dient hier und in der gesamten Beschreibung nur der einfacheren Unterscheidbarkeit und gibt keine Vorrangigkeit an.
Die Achsstrebe weist einen Schaft und zwei Lagerbereiche auf. Der Schaft ist hierbei zwischen den beiden Lagerbereichen angeordnet und mit diesen verbunden. Die Achsstrebe erstreckt sich somit von dem ersten Lagerbereich über den Schaft zu dem zweiten Lagerbereich. Der erste Lagerbereich begrenzt die Achsstrebe zu einer ersten Seite hin, der zweite Lagerbereich begrenzt die Achsstrebe zu einer zweiten Seite hin. Der Schaft ist hierbei länger als breit, wobei der Schaft vorzugsweise eine geringere Breite aufweist als die beiden Lagerbereiche an ihrer breitesten Stelle. Die Lagerbereiche können beispielsweise von ihrer Grundfläche her zylindrisch ausgeformt sein. Der erste Lagerbereich geht fließend in den Schaft über. Der zweite Lagerbereich geht ebenfalls fließend in den Schaft über. In anderen Worten weist der Übergang zwischen den Lagerbereichen und dem Schaft keinen Knick oder eine Kante auf.
Die Achsstrebe kann hierbei in einem Fahrwerk eines Fahrzeugs verwendet werden, z. B. in einem NKW, LKW oder PKW. Auf die Achsstrebe wirken in einem Fahrbetrieb Druck- und Zugkräfte, die diese axial belasten. Axial bedeutet hierbei in Längsrichtung der Achsstrebe, wobei diese Längsrichtung durch die beiden Lagerbereiche festgelegt ist. In anderen Worten ist die Längsrichtung der Achsstrebe von dem ersten Lagerbereich zu dem zweiten Lagerbereich entlang des Schafts definiert. Des Weiteren wird die Achsstrebe auf Torsion beansprucht, wenn an dem Fahrwerk, in welchem die Achsstrebe Verwendung findet, eine Wanklast auftritt. Wird an der Achsstrebe beispielsweise ein Wagenheber angesetzt, tritt ein sogenannter Missbrauchslastfall auf, d. h. auf die Achsstrebe wirken Knickkräfte.
Die Achsstrebe weist die radiale Tragwicklung auf. Diese Tragwicklung ist aus FKV ausgeformt. Vorzugsweise ist die Tragwicklung aus einem carbonfaserverstärkten Kunststoff (CFK) ausgeformt. Die Tragwicklung kann alternativ dazu aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff (GFK) oder aus einem aramidverstärkten Kunststoff (AFK) oder aus einem anderen geeigneten FKV ausgeformt sein. Die Tragwicklung ist endlosfaserverstärkt. Eine radiale Wicklung ist hierbei eine Wicklung, welche um die Längsachse der Achstrebe herum verläuft. In anderen Worten wird durch die radiale Tragwicklung eine Mantelfläche der Achsstrebe ausgeformt. Die Achsstrebe ist in anderen Worten ein geometrischer Extrusionskörper, welcher eine Mantelfläche, eine Grundfläche und eine Deckfläche aufweist.
Die Achsstrebe weist weiterhin die wenigstens zwei Kernelemente auf. Die Grundfläche dieser Kernelemente kann beispielsweise rechteckig, trapezförmig, kreisförmig, oval, quadratisch, i-förmig oder in einer anderen geeigneten Form ausgestaltet sein. Vorzugsweise ist die Grundfläche der wenigstens zwei Kernelemente rechteckig oder trapezförmig. Die Grundfläche der Kernelemente ist hierbei diejenige Fläche, die das Kernelement zu einer Seite hin begrenzt. Jedes Kernelement ist als ein geometrischer Extrusionskörper ausgeformt, der eine Mantelfläche, eine Deckfläche und eine Grundfläche aufweist, wobei die Deckfläche und die Grundfläche hierbei gleichförmig ausgeformt sind. Die Kernelemente können kontinuierlich gefertigt werden, wodurch sich eine Modularisierbarkeit realisieren lässt. Die Modularisierbarkeit wird ebenfalls dadurch erreicht, dass mehr als zwei Kernelemente den Schaft der Achsstrebe ausformen können. In anderen Worten kann die Achsstrebe für einen Fahrzeugtyp spezifisch angepasst werden, indem entweder die Anzahl der Kernelemente oder die Ausformung der wenigstens zwei Kernelemente angepasst wird.
Die Achsstrebe weist an jedem ihrer Lagerbereiche ein Lasteinleitelement auf. Jedes Lasteinleitelement weist eine Aufnahme für ein Lagerelement auf. Die Mittelachsen jeder Aufnahme können vorzugsweise parallel zueinander sein. Alternativ dazu können die Mittelachsen der Aufnahmen schräg zueinander angeordnet sein, d. h. einen Neigungswinkel zueinander aufweisen. Die Mittelachsen der Aufnahmen sind zudem vorzugsweise senkrecht zu einer Längsachse der Achstrebe, die in Längsrichtung der Achsstrebe definiert ist. Alternativ dazu können die Mittelachsen der Aufnahmen oder auch nur eine Mittelachse einer der Aufnahmen schräg zu der Längsachse der Achsstrebe angeordnet sein. Jede Aufnahme der Lasteinleitelemente ist geeignet je ein Lagerelement, z. B. ein Gummi-Metall-Lager, aufzunehmen. Mittels dieser Aufnahmen wird eine Wirkverbindung zwischen den Lasteinleitelementen und somit der Achsstrebe und den Lagerelementen hergestellt. Die Lasteinleitelemente sind ausgehend von einer Lasteinleitung über die jeweilige Aufnahme ausgestaltet. Beispielsweise kann jedes Lasteinleitelement an dem Bereich, welcher dem jeweiligen Kernelement benachbart ist, eine Längsnut aufweisen. Beispielsweise kann jedes Lasteinleitelement eine schmal auslaufende Kontur aufweisen, welche aus z. B. zwei schmal auslaufenden Enden ausgebildet ist. Alternativ dazu kann jedes Lasteinleitelement an dem Bereich, welcher dem jeweiligen Kernelement benachbart ist, durch eine ebene Fläche ausgebildet sein.
Räumlich zwischen den beiden Lasteinleitelementen sind die wenigstens zwei Kernelements angeordnet. Der Schaft der Achsstrebe weist somit die wenigstens zwei Kernelemente auf. Das erste Kernelement weist ein erstes Ende und ein zweites Ende auf, wobei das erste Ende dem ersten Lasteinleitelement zugewandt ist und das zweite Ende dem zweiten Lasteinleitelement. Das zweite Kernelement weist ein erstes Ende und ein zweites Ende auf, wobei das erste Ende dem ersten Lasteinleitelement zugewandt ist und das zweite Ende dem zweiten Lasteinleitelement. Das erste Kernelement grenzt an das erste Lasteinleitelement und an das zweite Kernelement an. Das zweite Kernelement grenzt an das zweite Lasteinleitelement und an das erste Kernelement an. Angrenzen heißt hierbei, dass zwei Bauelemente benachbart zueinander angeordnet sind, wobei ein Ende des ersten Bauelements einem Ende des zweiten Bauelements direkt gegenüber angeordnet ist, und das erste Bauelement einen geringen bis keinen Abstand zu dem zweiten Bauelement aufweist. Das zweite Ende des ersten Kernelements grenzt somit an das erste Ende des zweiten Kernelements an. In anderen Worten sind die Komponenten der Achsstrebe angeordnet in der Reihenfolge erstes Lasteinleitelement, erstes Kernelement, zweites Kernelement, zweites Lasteinleitelement.
Wenn mehr als zwei Kernelemente genutzt werden, sind diese räumlich zwischen dem ersten und dem zweiten Kernelement angeordnet. Diese weiteren Kernelemente weisen jedes ein erstes Ende, welches dem ersten Lasteinleitelement zugewandt ist, und ein zweites Ende, welches dem zweiten Lasteinleitelement zugewandt ist, auf.
Die weiteren Kernelemente sind jeweils so zueinander angeordnet, dass das zweite Ende eines ersten weiteren Kernelements angrenzt an das erste Ende eines zweiten weiteren Kernelements. In anderen Worten sind die Komponenten der Achsstrebe angeordnet in der Reihenfolge erstes Lasteinleitelement, erstes Kernelement, weitere Kernelemente, zweites Kernelement, zweites Lasteinleitelement.
Wird bei der Verwendung der Achsstrebe in einem Fahrzeug eine axiale Last über die Lasteinleitelemente in die Achsstrebe eingeleitet, z. B. Druck- oder Zugkräfte, wird diese Last von den Lasteinleitelementen flächig mittels Schub (im Falle von Drucklasten) oder über Formschluss (im Falle von Zuglasten) an die Tragwicklung weitergeleitet. Die Tragwicklung nimmt diese axiale Last auf. Die Kernelemente ist somit vorzugsweise nicht oder nur in äußerst geringem Maße an der Aufnahme der axialen Last beteiligt. Somit werden lokale Spannungsspitzen in den Kernelementen vermieden. Die Achsstrebe ist auf Grund der Ausformung der Tragwicklung aus FKV leichter als herkömmliche metallische Achsstreben. Bei der Verwendung von Trockenfasern oder Nassfasern ist die Achsstrebe zudem kostengünstiger herzustellen als mit Prepregmaterial.
Nach einer weiteren Ausführungsform sind die wenigstens zwei Kernelemente gleichförmig ausgeformt. Dies heißt, dass das erste Kernelement und das zweite Kernelement die gleiche Grundfläche und die gleiche Erstreckung aufweisen. Weiterhin sind die wenigstens zwei Kernelemente aus demselben Material ausgebildet.
Nach einer weiteren Ausführungsform sind die wenigstens zwei Kernelemente aus einem Schaummaterial oder aus einem FKV ausgebildet. Das Schaummaterial kann vorzugsweise ein Kunststoffschaum, alternativ dazu ein Metallschaum, ein Graphitschaum oder ein anderes geeignetes Schaummaterial sein. Das FKV-Material kann entweder ein CFK, ein GFK, ein AFK oder ein anderer geeigneter Kunststoffverbund sein. Sowohl das Schaummaterial als auch der FKV weisen ein geringeres Gewicht auf als Kernelemente aus Vollmetall, weshalb die Achsstrebe leichter ist als eine herkömmliche Achsstrebe. Weiterhin sind die wenigstens zwei Kernelemente kostengünstig herzustellen. Die wenigstens zwei Kernelemente führen zu einer verbesserten Biegesteifigkeit der Achsstrebe, was vor allem in einem Missbrauchslastfall vorteilhaft ist.
Nach einer weiteren Ausführungsform koppeln die wenigstens zwei Kernelemente die Wickelstränge der Tragwicklung miteinander. Diese Kopplung ist eine Querkopplung. In anderen Worten umschließt die Tragwicklung die Mantelfläche der wenigstens zwei Kernelemente in einem Teilbereich. Durch diese Kopplung wird ein höheres Flächenträgheitsmoment erzeugt als bei Achsstreben ohne Querkopplung. Die Knicktragfähigkeit der Achsstrebe ist somit ebenfalls erhöht, da bei einer Knickbelastung die Tragwicklung mit dem Kernprofil gemeinsam als ein Querschnitt wirkt, beispielsweise bei einem Missbrauchslastfall. Die Biegesteifigkeit und die Beulsteifigkeit der Achsstrebe sind ebenfalls erhöht.
Nach einer weiteren Ausführungsform weist die Achsstrebe wenigstens zwei Kernwicklungen auf, wobei eine erste der wenigstens zwei Kernwicklungen das erste der wenigstens zwei Kernelemente radial umschließt und eine zweite der wenigstens zwei Kernwicklungen das zweite der wenigstens zwei Kernelemente radial umschließt und wobei die wenigstens zwei Kernwicklungen aus einem FKV ausgebildet sind. Jede Kernwicklung ist somit eine radiale Wicklung. Die erste Kernwicklung umschließt in anderen Worten die Mantelfläche des ersten Kernelements. Die zweite Kernwicklung umschließt in anderen Worten die Mantelfläche des zweiten Kernelements. Die wenigstens zwei Kernwicklungen sind beispielsweise aus einem CFK, einem GFK, einem AFK oder einem anderen geeigneten FKV ausgebildet.
Durch das Umwickeln der Mantelfläche jedes Kernelements mit je einer Kernwicklung sind räumlich zwischen den wenigstens zwei Kernelementen, räumlich zwischen dem ersten Kernelement und dem ersten Lasteinleitelement und räumlich zwischen dem zweiten Kernelement und dem zweiten Lasteinleitelement je ein Steg ausgeformt. Diese drei Stege koppeln die Wickelstränge der Tragwicklung ebenfalls. Durch diese Stege wird die Biegesteifigkeit der Achsstrebe erhöht. Werden mehr als zwei Kernelemente verwendet, so ist jedes Kernelement mit einer Kernwicklung an seiner Mantelfläche umwickelt. Somit ist räumlich zwischen je zwei der weiteren Kernelemente ein Steg ausgebildet.
Die Stege können entweder quer zu der Längsachse der Achsstrebe angeordnet sein und/oder schräg zu der Längsachse der Achsstrebe. Beispielsweise können sämtliche Stege zueinander parallel angeordnet sein. Dies heißt, dass die Grundflächen der wenigstens zwei Kernelemente rechteckig ausgeformt sind. Stattdessen können beispielsweise nur diejenigen Stege quer zu der Längsachse der Achsstrebe angeordnet sein, welche zwischen dem ersten Lasteinleitelement und dem ersten Kernelement und zwischen dem zweiten Lasteinleitelement und dem zweiten Kernelement angeordnet sind. Der Steg, der zwischen dem ersten Kernelement und dem zweiten Kernelement angeordnet ist, ist in diesem Fall schräg zu der Längsachse der Achsstrebe angeordnet. Dies heißt, dass die Grundflächen der wenigstens zwei Kernelemente trapezförmig ausgeformt sind. Werden mehr als zwei Kernelemente verwendet, können die Stege beispielsweise ähnlich einer Fachwerkstruktur angeordnet sein.
Nach einer weiteren Ausführungsform weist die Achsstrebe wenigstens sechs Ausgleichselemente auf, wobei ein erstes und ein zweites Ausgleichselement der wenigstens sechs Ausgleichselemente angrenzen an das erste Lasteinleitelement, an die Tragwicklung und an die Kernwicklung des ersten Kernelements, wobei ein drittes und ein viertes Ausgleichselement der wenigstens sechs Ausgleichselemente angrenzen an die Tragwicklung, an die Kernwicklung des ersten Kernelements und an die Kernwicklung des zweiten Kernelements, und wobei ein fünftes und ein sechstes Ausgleichselement der wenigstens sechs Ausgleichselemente angrenzen an das zweite Lasteinleitelement, an die Tragwicklung und an die Kernwicklung des zweiten Kernelements. Diese Ausgleichselemente dienen dazu, Bereiche zu vermeiden, die rein aus einer polymeren Matrix ohne eine Faserverstärkung ausgeformt sind. Bei der Ausformung der Mantelfläche mittels der Tragwicklung, würden in den Übergangsbereichen, an welchen die wenigstens zwei Kernelemente aneinander oder an die Lasteinleitelemente angrenzen, eben solche Bereiche entstehen. Derartige Bereiche rein aus polymerer Matrix würden innerhalb der Achsstrebe als Kerbe wirken und während des Aushärtevorgangs innere Spannungen aufbauen.
Nach einer weiteren Ausführungsform sind die Lasteinleitelemente aus einem metallischen Material ausgeformt. Die Lasteinleitelemente können kostengünstig im Strangpressverfahren hergestellt werden. Beispielsweise sind die Lasteinleitelemente aus Aluminium ausgeformt.
Nach einer weiteren Ausführungsform sind die Lasteinleitelemente aus einem Faserkunststoffverbundmaterial ausgeformt. Beispielsweise können die Lasteinleitelemente als Formpressteile aus einem vorzugsweise langfaserverstärkten, duroplastischen Kunststoffverbundmaterial (SMC) ausgeformt sein. Alternativ dazu können die Lasteinleitelemente aus einem langfaserverstärkten thermoplastischen Kunststoffverbundmaterial (LFT) oder aus einem kurzfaserverstärkten thermoplastischen Kunststoffverbundmaterial (KFT) ausgeformt sein. Dadurch wird eine Gewichtsreduktion im Vergleich zur Verwendung von metallischen Lasteinleitelementen erreicht.
Nach einer weiteren Ausführungsform ist räumlich zwischen jedem Lasteinleitelement und der Tragwicklung eine Schutzwicklung angeordnet, welche mit dem jeweiligen Lasteinleitelement und der Tragwicklung verbunden ist. Diese Schutzwicklung ist aus einem FKV ausgeformt, vorzugsweise aus GFK, kann aber alternativ dazu aus einem anderen geeigneten FKV ausgeformt sein. Die Schutzwicklung ist nicht lasttragend, und weist eine geringe Steifigkeit auf. Die Schutzwicklung dient zur Vermeidung von Kontaktkorrosion, die vor allem bei der gleichzeitigen Verwendung von Lasteinleitelementen aus Aluminium und einer Tragwicklung aus CFK auftritt. Die Schutzwicklung ist entweder nur in dem Bereich der Lasteinleitelemente zwischen der Tragwicklung und den Lasteinleitelementen angeordnet, oder formt als radiale Wicklung eine Mantelfläche der Achsstrebe aus, wobei die Tragwicklung diese Schutzwicklung vollständig umschließt.
Nach einer weiteren Ausführungsform ist die Achsstrebe eben ausgeformt, wobei der erste Lagerbereich in derselben Ebene angeordnet ist wie der zweite Lagerbereich. Das erste Lasteinleitelement ist somit ebenfalls in derselben Ebene angeordnet wie das zweite Lasteinleitelement.
Nach einer weiteren Ausführungsform ist der erste Lagerbereich der Achsstrebe in einer ersten Ebene angeordnet, welche beabstandet ist zu einer zweiten Ebene, in welcher der zweite Lagerbereich der Achsstrebe angeordnet ist. Das erste Lasteinleitelement ist somit in der ersten Ebene angeordnet. Das zweite Lasteinleitelement ist somit in der zweiten Ebene angeordnet. Die beiden Ebenen sind hierbei parallel zueinander, horizontal und voneinander beabstandet. Der Abstand der ersten Ebene zu der zweiten Ebene führt mit anderen Worten zu einem Offset der beiden Lagerbereiche. Vorzugsweise ist der Abstand der beiden Ebenen jedoch gering, so dass nur ein geringer Offset realisiert wird. Um eine Faltenbildung in der Tragwicklung zu vermeiden, können entweder sehr dünne Faserstränge genutzt werden, welche einen deutlich kleineren Durchmesser aufweisen wie die Breite der Wicklungen, oder spezielles Prepregmaterial. Die Vermeidung der Faltenbildung ist notwendig, um die Dauerfestigkeit der Achsstrebe sowie die axiale Tragfähigkeit der Achsstrebe sicherzustellen.
Nach einer weiteren Ausführungsform weist die Achsstrebe zwei Querwicklungen auf, wobei eine erste der zwei Querwicklungen im Bereich des ersten Lasteinleitelements und eine zweite der zwei Querwicklungen im Bereich des zweiten Lasteinleitelements angeordnet ist. Die Querwicklungen sind aus einem FKV ausgeformt, vorzugsweise aus GFK, können aber alternativ dazu aus einem anderen geeigneten FKV, z. B. CFK oder AFK ausgeformt sein. Diese Querwicklungen dienen zur Erhöhung der Tragfähigkeit der Achsstrebe und stützen die Tragwicklung in den Lasteinleitungsbereichen, wenn Zuglasten auftreten.
Nach einer weiteren Ausführungsform weist die Achsstrebe eine weitere Querwicklung auf, welche den Schaft umschließt. Die weitere Querwicklung ist aus einem FKV ausgeformt, vorzugsweise aus GFK, kann aber alternativ dazu aus einem anderen geeigneten FKV, z. B. CFK oder AFK ausgeformt sein. Diese weitere Querwicklung dient zur Erhöhung der Tragfähigkeit der Achsstrebe, zum Schutz vor Verschmutzung und zum Schutz von schlagartigen Lasten (Impact-Lasten).
Bei einem Verfahren zur Herstellung einer Achsstrebe nach einer im Vorherigen beschriebenen Ausführungsform nach einer ersten Ausführungsvariante werden zuerst die wenigstens zwei Kernelemente und die zwei Lasteinleitelemente in ein Montagewerkzeug eingelegt, wobei die wenigstens zwei Kernelemente räumlich zwischen den zwei Lasteinleitelementen angeordnet sind. Jeder der wenigstens zwei Kernelemente kann hierbei beispielsweise von einer der wenigstens zwei Kernwicklungen umschlossen sein. Zusätzlich kann in den Übergangsbereichen zwischen den wenigstens zwei Kernelementen und den zwei Lastelementen je ein Ausgleichselement angeordnet sein. Anschließend werden Faserlagen radial auf die Lasteinleitelemente und die Kernelemente gewickelt. Die Faserlagen formen eine Mantelfläche der Prä-Achsstrebe aus. Die Lasteinleitelemente und die Kernelemente formen gemeinsam ein vormontiertes Bauteil aus. Daraufhin wird eine Prä-Achsstrebe aus dem Montagewerkzeug entnommen und in ein Formwerkzeug eingelegt. Eine polymere Matrix wird injiziert, anschließend wird die Achsstrebe ausgehärtet, und abschließend aus dem Formwerkzeug entnommen.
Das Montagewerkzeug kann derart ausgebildet sein, dass ein Offset zwischen den beiden Lagerbereichen der Achsstrebe eingestellt werden kann. Die beiden Lasteinleitelemente und die wenigstens zwei Kernelemente formen innerhalb des Montagewerkzeugs ein vormontiertes Bauteil aus.
Bei diesem Verfahren werden Trockenfasern genutzt. Weist die Achsstrebe eine radiale Schutzwicklung auf, werden zuerst die Faserlagen dieser Schutzwicklung radial um die wenigstens zwei Kernelemente und die Lasteinleitelemente gewickelt. Anschließend wird die Tragwicklung radial um die Schutzwicklung gewickelt. Die Tragwicklung umschließt somit die Schutzwicklung und die Lasteinleitelemente sowie die wenigstens zwei Kernelemente in einem Teilbereich. Weist die Achsstrebe keine Schutzwicklung auf, werden die Faserlagen der Tragwicklung direkt um die Lasteinleitelemente und die wenigstens zwei Kernelemente gewickelt. Die Tragwicklung und gegebenenfalls die Schutzwicklung formen somit die Mantelfläche der Achsstrebe aus. Die Lasteinleitelemente, die wenigstens zwei Kernelemente, die Tragwicklung und ggf. die Schutzwicklung formen somit die Prä-Achsstrebe aus. Diese wird in das Formwerkzeug eingelegt. Das Formwerkzeug ist dicht ausgebildet. Wird eine polymere Matrix in die Faserlagen der Tragwicklung und ggf. der Schutzwicklung eingebracht, bleibt diese polymere Matrix innerhalb des Formwerkzeugs. Die Prä-Achsstrebe härtet in dem Formwerkzeug aus. Abschließend kann die Achsstrebe aus dem Formwerkzeug entnommen werden.
Bei einem Verfahren zur Herstellung einer Achsstrebe nach einer im Vorherigen beschriebenen Ausführungsform nach einer weiteren Ausführungsvariante werden zuerst die wenigstens zwei Kernelemente und die zwei Lasteinleitelemente in ein Montagewerkzeug eingelegt, wobei die wenigstens zwei Kernelemente räumlich zwischen den zwei Lasteinleitelementen angeordnet sind. Jeder der wenigstens zwei Kernelemente kann hierbei beispielsweise von einer der wenigstens zwei Kernwicklungen umschlossen sein. Zusätzlich kann in den Übergangsbereichen zwischen den wenigstens zwei Kernelementen und den zwei Lastelementen je ein Ausgleichselement angeordnet sein. Anschließend werden Faserlagen radial auf die Lasteinleitelemente und die Kernelemente gewickelt. Die Lasteinleitelemente und die Kernelemente formen gemeinsam ein vormontiertes Bauteil aus. Daraufhin wird eine Prä-Achsstrebe aus dem Montagewerkzeug entnommen und in ein Formwerkzeug eingelegt. Anschließend wird die Achsstrebe ausgehärtet, und abschließend aus dem Formwerkzeug entnommen.
Dieses Verfahren unterscheidet sich zu dem vorher beschriebenen Verfahren nur dadurch, dass statt Trockenfasern Nassfasern oder vorimprägniertes Prepregmaterial verwendet werden. Die Tragwicklung und ggf. die Schutzwicklung werden somit im Nasswickelverfahren oder im Prepregwickelverfahren hergestellt. Der Schritt der Injektion einer polymeren Matrix entfällt. Die Prä-Achsstrebe muss jedoch trotzdem in dem Formwerkzeug aushärten. Das Montagewerkzeug ist hierbei an die Verwendung von Nassfasern oder Prepregmaterial angepasst.
Bei einem Verfahren zur Herstellung einer Achsstrebe nach einer im Vorherigen beschriebenen Ausführungsform nach einer ersten Ausführungsvariante werden zuerst die wenigstens zwei Kernelemente und die zwei Lasteinleitelemente in ein Montagewerkzeug eingelegt, wobei die wenigstens zwei Kernelemente räumlich zwischen den zwei Lasteinleitelementen angeordnet sind. Jeder der wenigstens zwei Kernelemente kann hierbei beispielsweise von einer der wenigstens zwei Kernwicklungen umschlossen sein. Zusätzlich kann in den Übergangsbereichen zwischen den wenigstens zwei Kernelementen und den zwei Lastelementen je ein Ausgleichselement angeordnet sein. Anschließend werden Faserlagen radial auf die Lasteinleitelemente und die Kernelemente gewickelt. Die Lasteinleitelemente und die Kernelemente formen gemeinsam ein vormontiertes Bauteil aus. Daraufhin wird eine Prä-Achsstrebe aus dem Montagewerkzeug entnommen und in ein Formwerkzeug eingelegt. Eine polymere Matrix wird injiziert. Darauf werden Faserlagen als Querwicklung um die Prä-Achsstrebe gewickelt. Anschließend wird die Achsstrebe ausgehärtet, und abschließend aus dem Formwerkzeug entnommen.
Bei diesem Verfahren werden wiederum Trockenfasern für die Tragwicklung und ggf. für die Schutzwicklung verwendet. Dieses Verfahren unterscheidet sich von den vorher beschriebenen Verfahren dadurch, dass eine Querwicklung aufgebracht wird. Die Querwicklung kann entweder im Trockenwickelverfahren, oder im Nasswickelverfahren oder im Prepregwickelverfahren hergestellt werden. Bei dem Trockenwickelverfahren muss ebenfalls eine polymere Matrix in die Querwicklung injiziert werden, welche aushärten muss. Das Formwerkzeug ist hierbei geeignet, dass eine Querwicklung erzeugt werden kann. Die Querwicklung kann entweder nur die Bereiche der Lasteinleitelemente umschließen oder diese und zusätzlich den Schaft der Achsstrebe.
Bei einem Verfahren zur Herstellung einer Achsstrebe nach einer im Vorherigen beschriebenen Ausführungsform nach einer ersten Ausführungsvariante werden zuerst die wenigstens zwei Kernelemente und die zwei Lasteinleitelemente in ein Montagewerkzeug eingelegt, wobei die wenigstens zwei Kernelemente räumlich zwischen den zwei Lasteinleitelementen angeordnet sind. Jeder der wenigstens zwei Kernelemente kann hierbei beispielsweise von einer der wenigstens zwei Kernwicklungen umschlossen sein. Zusätzlich kann in den Übergangsbereichen zwischen den wenigstens zwei Kernelementen und den zwei Lastelementen je ein Ausgleichselement angeordnet sein. Anschließend werden Faserlagen radial auf die Lasteinleitelemente und die Kernelemente gewickelt. Die Lasteinleitelemente und die Kernelemente formen gemeinsam ein vormontiertes Bauteil aus. Daraufhin wird eine Prä-Achsstrebe aus dem Montagewerkzeug entnommen und in ein Formwerkzeug eingelegt. Darauf werden Faserlagen als Querwicklung um die Prä-Achsstrebe gewickelt. Anschließend wird die Achsstrebe ausgehärtet, und abschließend aus dem Formwerkzeug entnommen.
Der Unterschied zwischen diesem Verfahren und dem vorher beschriebenen Verfahren ist, dass Nassfasern oder Prepregmaterial für die Tragwicklung und ggf. die Schutzwicklung verwendet werden. Die Querwicklung kann entweder im Trockenwickelverfahren, oder im Nasswickelverfahren oder im Prepregwickelverfahren hergestellt werden. Bei dem Trockenwickelverfahren muss ebenfalls eine polymere Matrix in die Querwicklung injiziert werden, welche aushärten muss. Das Formwerkzeug ist hierbei geeignet, dass eine Querwicklung erzeugt werden kann. Die Querwicklung kann entweder nur die Bereiche der Lasteinleitelemente umschließen oder diese und zusätzlich den Schaft der Achsstrebe.
Anhand der im Folgenden erläuterten Figuren werden verschiedene Ausführungsbeispiele und Details der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Achsstrebe mit geraden Stegen nach einem Ausführungsbeispiel,
2 eine schematische Detaildarstellung der Achsstrebe nach dem Ausführungsbeispiel aus 1,
3 eine schematische Darstellung eines Abschnitts der Achsstrebe mit schrägen Stegen nach einem Ausführungsbeispiel, und
4 eine schematische Detaildarstellung der Achsstrebe nach dem Ausführungsbeispiel aus 3.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Achsstrebe 1 mit geraden Stegen 11 nach einem Ausführungsbeispiel. Die Achsstrebe 1 weist eine radiale Tragwicklung 4, ein erstes Lasteinleitelement 7a, ein zweites Lasteinleitelement 7b, ein erstes Kernelement 6a, ein zweites Kernelement 6b und zwei weitere Kernelemente 6c auf. Zudem weist die Achsstrebe 1 vier Kernwicklungen 8 auf. Des Weiteren weist die Achsstrebe 1 einen Schaft 2 und zwei Lagerbereiche 3 auf. Der Schaft 2 ist mit jedem der beiden Lagerbereiche 3 verbunden. Der Schaft 2 ist hierbei wesentlich schmaler ausgeformt als der Durchmesser der Lagerbereiche 3 und geradlinig ausgeformt. Die Form der Lagerbereiche 3 richtet sich nach der Form der Lasteinleitelemente 7a, 7b. Das erste Lasteinleitelement 7a ist an einem ersten Lagerbereich 3 der Achsstrebe 1 angeordnet. Das zweite Lasteinleitelement 7b ist an einem zweiten Lagerbereich 3 der Achsstrebe 1 angeordnet. Der erste Lagerbereich 3 und somit das erste Lasteinleitelement 7a begrenzt die Achsstrebe 1 zu einer ersten Seite hin. Der zweite Lagerbereich 3 und somit das zweite Lasteinleitelement 7b begrenzt die Achsstrebe 1 zu einer zweiten Seite hin. Der erste Lagerbereich 3 geht fließend in den Schaft 2 über. Der zweite Lagerbereich 3 geht ebenfalls fließend in den Schaft 2 über, D. h., dass der Übergang zwischen den Lagerbereichen 3 und dem Schaft 2 keine Kerbe oder Kante aufweist. Die Tragwicklung 4 ist hierbei aus einem Faserkunststoffverbund (FKV) ausgeformt. Die Tragwicklung 4 ist eine radiale Wicklung, d. h. die Tragwicklung 4 verläuft um die Längsachsen 9 der Achsstrebe 1 herum. In anderen Worten formt die Tragwicklung 4 eine Mantelfläche der Achsstrebe 1 aus, wobei die Achsstrebe 1 selbst als geometrischer Extrusionskörper ausgebildet ist. Die Tragwicklung 4 begrenzt somit die Achsstrebe 1 nach außen hin.
Der Schaft 2 der Achsstrebe 1 ist aus den Kernelementen 6a, 6b, 6c ausgeformt. Diese Kernelemente 6a, 6b, 6c sind vorzugsweise aus einem Schaummaterial oder aus einem FKV ausgeformt. Jedes der Kernelemente 6a, 6b, 6c weist ein erstes Ende auf, welches dem ersten Lasteinleitelement 7a zugewandt ist und ein zweites Ende, welches dem zweiten Lasteinleitelement 7b zugewandt ist. Alle vier Kernelemente 6a, 6b, 6c sind gleichförmig als ein geometrischer Extrusionskörper ausgeformt, welcher eine Mantelfläche, eine Grundfläche und eine Deckfläche aufweist. Die Grundfläche und die Deckfläche sind hierbei gleichförmig ausgestaltet. D. h., es handelt sich um einen geraden Extrusionskörper. Die Grundfläche jedes Kernelements 6a, 6b, 6c ist rechteckig ausgeformt. Jedes Kernelement 6a, 6b, 6c ist von jeweils einer Kernwicklung 8 umschlossen. D. h., dass die Mantelflächen jedes Kernelements 6a, 6b, 6c von je einer Kernwicklung 8 umschlossen sind. Die Kernwicklungen 8 sind hierbei vorzugsweise aus FKV ausgeformt.
Das erste Ende des ersten Kernelements 6a grenzt an das erste Lasteinleitelement 7a an. Das zweite Ende des ersten Kernelements 6a grenzt an das erste Ende des ersten weiteren Kernelements 6c an. Das zweite Ende des ersten weiteren Kernelements 6c grenzt an das erste Ende des zweiten weiteren Kernelements 6c an. Das zweite Ende des zweiten weiteren Kernelements 6c grenzt an das erste Ende des zweiten Kernelements 6b an. Das zweite Ende des zweiten Kernelements 6b grenzt an das zweite Lasteinleitelement 7b an. Entlang der Längsachsen 9 der Achsstrebe 1 ist die Reihenfolge also erstes Lasteinleitelement 7a, erstes Kernelement 6a, erstes weiteres Kernelement 6c, zweites weiteres Kernelement 6c, zweites Kernelement 6b, zweites Lasteinleitelement 7b.
Räumlich zwischen dem ersten Lasteinleitelement 7a und dem ersten Kernelement 6a ist ein erster Steg 11 angeordnet. Räumlich zwischen dem ersten Kernelement 6a und dem ersten weiteren Kernelement 6c ist ein zweiter Steg angeordnet. Räumlich zwischen dem ersten weiteren Kernelement 6c und dem zweiten weiteren Kernelement 6c ist ein dritter Steg 11 angeordnet. Räumlich zwischen dem zweiten weiteren Kernelement 6c und dem zweiten Kernelement 6b ist ein vierter Steg 11 angeordnet. Räumlich zwischen dem zweiten Kernelement 6b und dem zweiten Lasteinleitelement 7b ist ein fünfter Steg 11 angeordnet. Diese Stege 11 sind mittels der Kernwicklungen 8 der Kernelemente 6a, 6b, 6c die an diesem Angrenzungsbereich aufeinandertreffen, ausgeformt. Ein Steg 11 bezeichnet somit den Bereich zwischen den Kernelementen 6a, 6b, 6c bzw. zwischen den Kernelementen 6a, 6b, 6c und den Lasteinleitelementen 7a, 7b. Sowohl die Kernelemente 6a, 6b, 6c und die Stege 11 dienen zur Querkopplung der Wickelstränge der Tragwicklung 4, was die Biegesteifigkeit und Beulsteifigkeit der Achsstrebe 1 im Vergleich zu herkömmlichen Achsstreben verbessert.
Die Lasteinleitelemente 7a, 7b sind vorzugsweise aus einem metallischen Material bspw. aus Aluminium ausgeformt. Jedes Lasteinleitelement 7a, 7b weist eine Aufnahme 12 für eine Lagervorrichtung auf. Beide Lasteinleitelemente 7a, 7b sind gleichförmig ausgeformt. Die Aufnahmen 12 der beiden Lasteinleitelemente 7a, 7b sind ebenfalls gleichförmig ausgeformt. Jede Aufnahme 12 weist einen kreisförmigen Querschnitt auf. Jede Aufnahme 12 weist zudem eine Mittelachse 10 auf. Die Mittelachse 10 der Aufnahme 12 des ersten Lasteinleitelements 7a ist senkrecht zu der Längsachse 9 der Achsstrebe 1. Die Mittelachse 10 der Aufnahme 12 des zweiten Lasteinleitelements 7b ist senkrecht zu der Längsachse 9 der Achstrebe 1. Außerdem sind beide Mittelachsen 10 parallel zueinander und in einer Ebene angeordnet. Insgesamt ist die Achsstrebe 1 eben ausgeformt. Die Längsachse 9 der Achsstrebe 1 erstreckt sich somit von dem ersten Lagerbereich 3 zu dem zweiten Lagerbereich 3 bzw. von dem ersten Lasteinleitelement 7a zu dem zweiten Lasteinleitelement 7b.
Wird die Achsstrebe 1 in einem Fahrzeug verwendet und treten an der Achsstrebe 1 Druck- oder Zugkräfte auf, werden diese durch die Tragwicklung 4 übernommen. Die Lasteinleitung erfolgt über die Lasteinleitelemente 7a, 7b. Hierbei dienen die Kernelemente 6a, 6b, 6c zur Querkopplung der Wickelstränge der Tragwicklung 4 und sind nicht an der Übernahme der Lasten beteiligt. Wirkt eine Knickkraft auf die Achsstrebe 1, dienen die Kernelemente 6a, 6b, 6c zur Verteilung der eingeleiteten Kräfte in die Wickelstränge der Tragwicklung 4. In einem solchen Knicklastfall verhält sich die Tragwicklung 4 mit den Kernelementen 6a, 6b, 6c und den Kernwicklungen 8 als ein gemeinsamer Querschnitt.
2 zeigt eine schematische Detaildarstellung der Achsstrebe 1 nach dem Ausführungsbeispiel aus 1. Betrachtet wird das erste Lasteinleitelement 7a, das erste Kernelement 6a und das erste weitere Kernelement 6c sowie der erste Steg 11 und der zweite Steg 11. Die Kernwicklungen 8 sind hierbei deutlich zu erkennen.
Die Achsstrebe 1 weist insgesamt zehn Ausgleichselemente 5 auf, d. h., pro Steg 11 weist die Achsstrebe 1 zwei Ausgleichselemente 5 auf. Die Ausgleichselemente 5 dienen dazu, Bereiche aus reiner polymerer Matrix zu vermeiden, die als Kerbe innerhalb der Achsstrebe 1 wirken würden. Ein erstes Ausgleichselement 5 grenzt sowohl an die Tragwicklung 4 als auch an das erste Lasteinleitelement 7a, als auch an die Kernwicklung 8 des ersten Kernelements 6a an. Ein zweites Ausgleichselement 5 grenzt sowohl an die Tragwicklung 4 als auch an das erste Lasteinleitelement 7a als auch an die Kernwicklung 8 des ersten Kernelements 6a an. Ein drittes Ausgleichselement 5 grenzt sowohl an die Tragwicklung 4 als auch an die Kernwicklung 8 des ersten Kernelements 6a als auch an die Kernwicklung 8 des ersten weiteren Kernelements 6c an. Ein viertes Ausgleichselement 5 grenzt sowohl an die Tragwicklung 4 als auch an die Kernwicklung 8 des ersten Kernelements 6a als auch an die Kernwicklung 8 des ersten weiteren Kernelements 6c an.
Weiterhin ist deutlich zu erkennen, dass die Stege 11 gerade angeordnet sind. D. h., jeder Steg 11 ist quer zur Längsachse 9 der Achsstrebe 1 angeordnet, wobei jeder Steg 11 parallel zu den anderen Stegen 11 ist. Die fünf Stege 11 sind äquidistant zueinander, d. h. dass die vier Kernelemente 6a, 6b, 6c die gleiche Längserstreckung aufweisen.
3 zeigt eine schematische Darstellung eines Abschnitts der Achsstrebe 1 mit schrägen Stegen 11 nach einem Ausführungsbeispiel Die Achsstrebe 1 weist die gleichen Bauteile auf wie die Achsstrebe 1 aus 1. D. h., die Achsstrebe 1 weist eine Tragwicklung 4, zwei Lasteinleitelemente 7a, 7b, wobei nur das erste Lasteinleitelement 7a gezeigt ist, vier Kernelemente 6a, 6b, 6c wobei das zweite Kernelement 6b nur in einem Teilbereich dargestellt ist, Kernwicklungen 8 um jedes Kernelement 6a, 6b, 6c und Stege 11 auf. Die Achsstrebe 1 weist weiterhin einen Schaft 2 und zwei Lagerbereich 3 auf, wobei nur ein Lagerbereich 3 dargestellt ist. Zudem weist die Achsstrebe 1 eine Längsachse 9 auf.
Ebenso wie in 1 ist an dem Lagerbereich 3 der Achsstrebe 1 das erste Lasteinleitelement 7a angeordnet. Das erste Lasteinleitelement 7a weist, wie auch das erste Lasteinleitelement aus 1, eine Aufnahme 12 für ein Lager auf. Diese Aufnahme 12 ist kreisförmig ausgestaltet und weist eine Mittelachse 10 auf. Diese Mittelachse 10 ist auf der Längsachse 9 der Achsstrebe 1 angeordnet. Die Mittelachse 10 steht zudem senkrecht auf der Längsachse 9 der Achsstrebe 1.
Der Unterschied zwischen 1 und 3 ist, dass die Achsstrebe 1 aus 3 schräge Stege 11 aufweist. Das erste Kernelement 6a und das zweite Kernelement 6b sind trapezförmig ausgeformt und punktsymmetrisch. Das erste weitere Kernelement 6c und das zweite weitere Kernelement 6c sind trapezförmig ausgeformt und punktsymmetrisch. Das erste Kernelement 6a und das zweite Kernelement 6b sind gleichförmig ausgeformt. Das erste weitere Kernelement 6c und das zweite weitere Kernelement 6c sind ebenfalls gleichförmig ausgeformt. Jedoch ist das erste Kernelement 6a und das zweite Kernelement 6b verschieden von dem ersten weiteren Kernelement 6c und dem zweiten weiteren Kernelement 6c.
Ein erster Steg 11 ist zwischen dem ersten Lasteinleitelement 7a und dem ersten Kernelement 6a angeordnet. Dieser Steg 11 ist mittels der Kernwicklung 8 des ersten Kernelement 6a ausgeformt. Dieser erste Steg 11 ist gerade. D. h., er ist senkrecht zu der Längsachse 9 der Achsstrebe 1 angeordnet. Räumlich zwischen dem ersten Kernelement 6a und dem ersten weiteren Kernelement 6c ist ein zweiter Steg 11 angeordnet. Dieser zweite Steg 11 wird ausgeformt durch die Kernwicklung 8 des ersten Kernelements 6a und durch die Kernwicklung 8 des ersten weiteren Kernelements 6c. Dieser zweite Steg 11 ist schräg zu der Längsachse 9 der Achsstrebe 1 angeordnet und weist somit einen Winkel zu der Längsachse 9 der Achsstrebe 1 auf. Dieser Winkel ist kein rechter Winkel. Die Schräge der zweiten Strebe 11 ist bedingt durch die Trapezform des ersten Kernelements 6a und des ersten weiteren Kernelements 6c.
Räumlich zwischen dem ersten weiteren Kernelement 6c und dem zweiten weiteren Kernelement 6c ist ein dritter Steg 11 angeordnet. Dieser dritte Steg 11 ist ausgeformt mittels der Kernwicklung des ersten weiteren Kernelements 6c und mittels der Kernwicklung 8 des zweiten weiteren Kernelements 6c. Der dritte Steg 11 ist ebenfalls schräg. Der dritte und der zweite Steg 11 sind hierbei punktsymmetrisch zueinander. Die Schräge des dritten Stegs 11 ist bedingt durch die Trapezform des ersten weiteren Kernelements 6c und des zweiten weiteren Kernelements 6c. Räumlich zwischen dem zweiten weiteren Kernelement 6c und dem zweiten Kernelement 6b ist ein vierter Steg 11 angeordnet. Dieser vierte Steg 11 ist ausgeformt mittels der Kernwicklung 8 des zweiten weiteren Kernelements 6c und mittels der Kernwicklung 8 des zweiten Kernelements 6b. Der vierte Steg 11 ist ebenfalls schräg zu der Längsachse 9 der Achsstrebe 1. Der vierte Steg 11 ist achssymmetrisch zu dem zweiten Steg 11 und punktsymmetrisch zu dem dritten Steg 11. Die Schräge des vierten Stegs 11 ist bedingt durch die Trapezform des zweiten weiteren Kernelements 6c und des zweiten Kernelements 6b.
Ebenso wie in 1 grenzt das erste Kernelement 6a an das erste Lasteinleitelement 7a an. Das erste Kernelement 6a grenzt auch an das erste weitere Kernelement 6c an. Das erste weitere Kernelement 6c grenzt an das zweite weitere Kernelement 6c an. Das zweite weitere Kernelement 6c grenzt an das zweite Kernelement 6b an. Die Tragwicklung 4 formt eine Mantelfläche der Achsstrebe 1 aus und umschließt sowohl die Lasteinleitelemente 7a, 7b als auch sämtliche Kernelemente 6a, 6b, 6c. Die Tragwicklung 4 ist hierbei aus einem FKV ausgeformt. Die Kernwicklungen 8 sind hierbei ebenfalls aus einem FKV ausgeformt. Die Kernelemente 6a, 6b, 6c sind entweder aus einem Schaummaterial, z. B. aus einem Kunststoffschaum, oder aus einem FKV ausgeformt, Die Lasteinleitelemente 7a, 7b sind hierbei aus einem metallischen Material, z. B. Aluminium, oder aus einem FKV ausgeformt.
Wird bei der Verwendung der Achsstrebe 1 in einem Fahrzeug eine Last, bspw. Druck- oder Zugkräfte, über die Aufnahme 12 in das Lasteinleitelement 7a eingeleitet, gibt das Lasteinleitelement 7a die Kräfte weiter an die Tragwicklung 4. Die Stege 11 sowie die Kernelemente 6a, 6b, 6c übernehmen eine Querkopplung der Wickelstränge der Tragwicklung 4. Dadurch wird die Beulsteifigkeit und die Biegesteifigkeit der Achsstrebe 1 verbessert im Vergleich zu einer herkömmlichen Achsstrebe. Durch die schräge Anordnung einiger Stege 11 verhält sich diese Querkopplung ähnlich einer Fachwerkstruktur. Dies hat eine bessere Lastverteilung in der Tragwicklung 4 zur Folge.
4 zeigt eine schematische Detaildarstellung der Achsstrebe 1 nach dem Ausführungsbeispiel aus 3. Es wird detailliert der Bereich des zweiten weiteren Kernelements 6c mit seiner Kernwicklung 8 dargestellt. Es ist deutlich zu erkennen, dass die Kernwicklung 8 die Mantelfläche des zweiten weiteren Kernelements 6c umschließt. Wie bereits in 3 gezeigt, grenzt das zweite weitere Kernelement 6c an das erste weitere Kernelement 6c und an das zweite Kernelement 6b an. Die Mantelfläche des ersten weiteren Kernelements 6c ist von seiner Kernwicklung 8 umschlossen. Die Mantelfläche des zweiten Kernelements 6b ist von seiner Kernwicklung 8 umschlossen. Wie bereits in 2 gezeigt, ist in dem Übergangsbereich zwischen dem ersten weiteren Kernelement 6c und dem zweiten weiteren Kernelement 6c ein erstes Ausgleichselement 5 und ein zweites Ausgleichselement, welches hier nicht dargestellt ist, angeordnet. In dem Übergangsbereich zwischen dem zweiten weiteren Kernelement 6c und dem zweiten Kernelement 6b ist, wie bereits in 2 gezeigt, ein weiteres Ausgleichselement 5 und noch ein weiteres Ausgleichselement, welches hier nicht dargestellt ist, angeordnet. Diese Ausgleichselemente 5 sind vorzugsweise aus einem FKV ausgeformt. Die Ausgleichselemente 5 dienen, wie bereits in 2 erläutert, dazu, Bereiche aus reiner polymerer Matrix zu vermeiden, da diese Bereiche eine Kerbwirkung innerhalb der Achsstrebe 1 verursachen würden.
Die hier dargestellten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Beispielsweise könnten die Lagerbereiche der Achsstrebe nicht in derselben Ebene angeordnet sein. D. h., dass zwischen den Lagerbereichen ein Offset auftritt. Außerdem könnten die Kernelemente voneinander unterschiedlich ausgeformt sein und beispielsweise unterschiedliche Längserstreckungen aufweisen. Auch könnten mehr oder weniger Kernelemente den Schaft der Achsstrebe ausformen. Beispielsweise könnte der Schaft der Achsstrebe durch lediglich zwei Kernelemente ausgeformt sein. Diese beiden Kernelemente könnten trapezförmig ausgeformt sein, was dazu führen würde, dass ein schräger und zwei gerade Stege die Querkopplung der Wickelstränge der Tragwicklung darstellen. Des Weiteren könnte eine Querwicklung um die Lagerbereiche der Achsstrebe ausgebildet sein, welche die Achsstrebe zusätzlich stabilisiert. Außerdem könnten die Aufnahmen für die Lager der Lasteinleitelemente eine andere Querschnittsfläche aufweisen als kreisförmig, bspw. oval, rechteckig oder in einer anderen geeigneten Form. Weiterhin könnten die Mittelachsen der Aufnahmen der Lasteinleitelemente nicht parallel zueinander angeordnet sein, sondern einen Winkel zueinander aufweisen. Somit wären die Lager gekippt zueinander. Weiterhin könnte zwischen den Lasteinleitelementen und der Tragwicklung eine Schutzwicklung vorgesehen sein, die Korrosionsschutz dient, falls die Lasteinleitelemente und die Tragwicklung eine ungünstige Materialpaarung wären, wie z. B. CFK und Aluminium. Außerdem könnten die Kernelemente nicht von Kernwicklungen umschlossen sein.
Bezugszeichenliste

1: Achsstrebe
2: Schaft
3: Lagerbereich
4: Tragwicklung
5: Ausgleichselement
6a: erstes Kernelement
6b: zweites Kernelement
6c: weiteres Kernelement
7a: erstes Lasteinleitelement
7b: zweites Lasteinleitelement
8: Kernwicklung
9: Längsachse
10: Mittelachse
11: Steg
12: Aufnahme

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013007284 A1 [0003]

Claims

Achsstrebe (1) für ein Fahrzeug, umfassend einen Schaft (2) und zwei Lagerbereiche (3), dadurch gekennzeichnet, dass die Achsstrebe (1) ausgeformt ist aus einer Tragwicklung (4), wenigstens zwei Kernelementen (6) und zwei Lasteinleitelementen (7), wobei die Tragwicklung (4) aus Faserkunststoffverbundmaterial ausgebildet ist, und wobei ein erstes Lasteinleitelement (7) an einem ersten Lagerbereich (3) der zwei Lagerbereiche (3) angeordnet ist und ein zweites Lasteinleitelement (7) an einem zweiten Lagerbereich (3) der zwei Lagerbereiche (3) angeordnet ist, und wobei ein erstes Kernelement (6) der wenigstens zwei Kernelemente (6) angrenzt an das erste Lasteinleitelement (7) und ein zweites Kernelement (6) der wenigstens zwei Kernelemente (6) angrenzt an das zweite Lasteinleitelement (7).
Achsstrebe (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Kernelemente (6) gleichförmig ausgeformt sind.
Achsstrebe (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Kernelemente (6) aus einem Schaummaterial oder aus einem Faserkunststoffverbundmaterial ausgebildet sind.
Achsstrebe (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Kernelemente (6) die Wickelstränge der Tragwicklung (4) miteinander koppeln.
Achsstrebe (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Achsstrebe (1) wenigstens zwei Kernwicklungen (8) aufweist, wobei eine erste der wenigstens zwei Kernwicklungen (8) das erste der wenigstens zwei Kernelemente (6) radial umschließt und eine zweite der wenigstens zwei Kernwicklungen (8) das zweite der wenigstens zwei Kernelemente (6) radial umschließt und wobei die wenigstens zwei Kernwicklungen (8) aus einem Faserkunststoffverbundmaterial ausgebildet sind.
Achsstrebe (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Achsstrebe (1) wenigstens sechs Ausgleichselemente (5) aufweist, wobei ein erstes und ein zweites Ausgleichselement (5) der wenigstens sechs Ausgleichselemente (5) angrenzen an das erste Lasteinleitelement (7), an die Tragwicklung (4) und an die Kernwicklung (8) des ersten Kernelements (6), wobei ein drittes und ein viertes Ausgleichselement (5) der wenigstens sechs Ausgleichselemente (5) angrenzen an die Tragwicklung (4), an die Kernwicklung (8) des ersten Kernelements (6) und an die Kernwicklung (8) des zweiten Kernelements (6), und wobei ein fünftes und ein sechstes Ausgleichselement (5) der wenigstens sechs Ausgleichselemente (5) angrenzen an das zweite Lasteinleitelement (7), an die Tragwicklung (4) und an die Kernwicklung (8) des zweiten Kernelements (6).
Achsstrebe (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lasteinleitelemente (7) aus einem metallischen Material ausgeformt sind.
Achsstrebe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lasteinleitelemente (7) aus einem Faserkunststoffverbundmaterial ausgeformt sind.
Achsstrebe (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass räumlich zwischen jedem Lasteinleitelementen (7) und der Tragwicklung (4) eine Schutzwicklung angeordnet ist, welche mit dem jeweiligen Lasteinleitelement (7) und der Tragwicklung (4) verbunden ist
Achsstrebe (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Achsstrebe (1) eben ausgeformt ist, wobei der erste Lagerbereich (3) in derselben Ebene angeordnet ist wie der zweite Lagerbereich (3).
Achsstrebe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Lagerbereich (3) der Achsstrebe (1) in einer ersten Ebene angeordnet ist, welche beabstandet ist zu einer zweiten Ebene, in welcher der zweite Lagerbereich (3) der Achsstrebe (1) angeordnet ist.
Achsstrebe (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Achsstrebe (1) zwei Querwicklungen aufweist, wobei eine erste der zwei Querwicklungen im Bereich des ersten Lasteinleitelements (7) und eine zweite der zwei Querwicklungen im Bereich des zweiten Lasteinleitelements (7) angeordnet ist.
Achsstrebe (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Achsstrebe (1) eine weitere Querwicklung aufweist, welche den Schaft (2) umschließt.
Verfahren zur Herstellung einer Achsstrebe (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – die wenigstens zwei Kernelemente (6) und die zwei Lasteinleitelemente (7) in ein Montagewerkzeug eingelegt werden, wobei die wenigstens zwei Kernelemente (6) räumlich zwischen den zwei Lasteinleitelementen (7) angeordnet sind, – Faserlagen radial auf die Lasteinleitelemente (7) und die Kernelemente (6), welche ein vormontiertes Bauteil ausformen, gewickelt werden, – eine Prä-Achsstrebe aus dem Montagewerkzeug entnommen wird, – die Prä-Achsstrebe in ein Formwerkzeug eingelegt wird, – eine polymere Matrix injiziert wird, – die Achsstrebe (1) ausgehärtet wird, und – die Achsstrebe (1) aus dem Formwerkzeug entnommen wird.
Verfahren zur Herstellung einer Achsstrebe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass – die wenigstens zwei Kernelemente (6) und die zwei Lasteinleitelemente (7) in ein Montagewerkzeug eingelegt werden, wobei die wenigstens zwei Kernelemente (6) räumlich zwischen den zwei Lasteinleitelementen (7) angeordnet sind, – Faserlagen radial auf die Lasteinleitelemente (7) und die Kernelemente (6), welche ein vormontiertes Bauteil ausformen, gewickelt werden, – eine Prä-Achsstrebe aus dem Montagewerkzeug entnommen wird, – die Prä-Achsstrebe in ein Formwerkzeug eingelegt wird, – die Achsstrebe (1) ausgehärtet wird, und – die Achsstrebe (1) aus dem Formwerkzeug entnommen wird.
Verfahren zur Herstellung einer Achsstrebe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass – die wenigstens zwei Kernelemente (6) und die zwei Lasteinleitelemente (7) in ein Montagewerkzeug eingelegt werden, wobei die wenigstens zwei Kernelemente (6) räumlich zwischen den zwei Lasteinleitelementen (7) angeordnet sind, – Faserlagen radial auf die Lasteinleitelemente (7) und die Kernelemente (6), welche ein vormontiertes Bauteil ausformen, gewickelt werden, – eine Prä-Achsstrebe aus dem Montagewerkzeug entnommen wird, – die Prä-Achsstrebe in ein Formwerkzeug eingelegt wird, – eine polymere Matrix injiziert wird, – Faserlagen als Querwicklung um die Prä-Achsstrebe gewickelt werden, – die Achsstrebe (1) ausgehärtet wird, und – die Achsstrebe (1) aus dem Formwerkzeug entnommen wird.
Verfahren zur Herstellung einer Achsstrebe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass – die wenigstens zwei Kernelemente (6) und die zwei Lasteinleitelemente (7) in ein Montagewerkzeug eingelegt werden, wobei die wenigstens zwei Kernelemente (6) räumlich zwischen den zwei Lasteinleitelementen (7) angeordnet sind, – Faserlagen radial auf die Lasteinleitelemente (7) und die Kernelemente (6), welche ein vormontiertes Bauteil ausformen, gewickelt werden, – eine Prä-Achsstrebe aus dem Montagewerkzeug entnommen wird, – die Prä-Achsstrebe in ein Formwerkzeug eingelegt wird, – Faserlagen als Querwicklung um die Prä-Achsstrebe gewickelt werden, – die Achsstrebe (1) ausgehärtet wird, und – die Achsstrebe (1) aus dem Formwerkzeug entnommen wird.