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Die Erfindung betrifft eine Achsstrebe für ein Fahrzeug. Ferner betrifft die Erfindung auch zwei Verfahren zur Herstellung der zuvor genannten Achsstrebe.
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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 Tragfähigkeit der Achsstrebe ergibt sich aus einem Missbrauchslastfall, z. B. wenn ein Wagenheber an die Achsstrebe angesetzt wird.
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Aus der
DE 10 2013 007 284 A1 ist eine Verbindungsstrebe bekannt, die einen Schaftabschnitt und zwei quer zur Längsachse gerichtete Lageraugen aufweist. Die Verbindungsstrebe ist teilweise aus faserverstärktem Kunststoff hergestellt, wobei der faserverstärkte Kunststoff vorzugsweise durch Prepregs gebildet ist. Alternativ wird ein Towpreg- oder Nasswickelmaterial verwendet.
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Der vorliegenden Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zu Grunde, eine verbesserte Achsstrebe vorzuschlagen, welche eine geringe Bauteilmasse 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 laterale Steifigkeit aufweisen. Ferner soll die vorgeschlagene Achsstrebe modularisierbar sein.
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Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand von Patentanspruch 1. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die erfindungsgemäße Achsstrebe für ein Fahrzeug umfasst einen Schaft sowie einen ersten und zweiten Lagerbereich, wobei die Achsstrebe eine Tragwicklung, ein Kernprofil sowie ein erstes und zweites Lasteinleitelement umfasst, wobei die Tragwicklung und das Kernprofil aus einem Faserkunststoffverbundmaterial ausgebildet sind, und wobei das erste Lasteinleitelement an dem ersten Lagerbereich angeordnet ist und das zweite Lasteinleitelement an dem zweiten Lagerbereich angeordnet ist, wobei das Kernprofil einen ersten sowie einen zweiten lagerseitigen Bereich aufweist und räumlich zwischen den beiden Lasteinleitelementen angeordnet ist, wobei die Tragwicklung über einen jeweiligen Kanal im jeweiligen Lasteinleitelement zumindest formschlüssig mit dem ersten und zweiten Lasteinleitelement verbunden ist, wobei ferner der jeweilige Kanal zumindest teilweise um ein jeweiliges Kernelement am jeweiligen Lasteinleitelement herum ausgebildet ist.
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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.
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Insbesondere ist die Achsstrebe dazu vorgesehen in einem Fahrwerk eines Fahrzeugs verwendet zu werden, beispielsweise 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 die Längsrichtung durch die beiden Lagerbereiche festgelegt ist. Mit 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 Biegebeanspruchungen, denen die Achsstrebe einmalig ohne Trennbruch standhalten muss.
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Die Tragwicklung ist bevorzugt aus Faserkunststoffverbundmaterial (FKV) ausgeformt. Vorzugsweise ist die Tragwicklung aus einem carbonfaserverstärkten Kunststoff (CFK) ausgeformt. Alternativ kann die Tragwicklung auch aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff (GFK) oder aus einem aramidfaserverstärkten Kunststoff (AFK) oder aus einem anderen geeigneten Faserkunststoffverbundmaterial ausgeformt sein. Die Tragwicklung ist insbesondere endlosfaserverstärkt. Ferner ist die Tragwicklung als radiale Wicklung ausgebildet und verläuft somit im Wesentlichen um die Längsachse der Achstrebe herum. Mithin wird durch die radiale Tragwicklung zumindest teilweise eine Mantelfläche der Achsstrebe ausgebildet.
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Die Achsstrebe weist weiterhin das Kernprofil auf, welches bevorzugt aus einem Faserkunststoffverbundmaterial ausgeformt ist, vorzugsweise aus glasfaserverstärkten Kunststoff. Alternativ dazu kann das Kernprofil auch aus einem anderen geeigneten Faserkunststoffverbundmaterial, beispielsweise aus carbonfaserverstärkten Kunststoff oder aramidfaserverstärkten Kunststoff, ausgeformt sein. Das Kernprofil kann entweder als ein Pultrusionsprofil oder als ein Pulwindingprofil oder als ein Wickelprofil oder als ein Flechtprofil oder als ein anderes geeignetes Profil ausgeformt sein. Weiterhin alternativ dazu kann das Kernprofil aus einem langfaserverstärkten duroplastischen Kunststoffverbundmaterial (SMC) als ein Pressprofil ausgeformt sein. Außerdem alternativ dazu kann das Kernprofil aus einem thermoplastischen oder einem duroplastischen Kunststoff mittels Spritzgussverfahren ausgeformt sein. Dadurch ist das Kernprofil kostengünstig herzustellen.
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An jedem Lagerbereich der Achsstrebe ist ein Lasteinleitelement ausgebildet, das eine Aufnahme für ein Lagerelement aufweist. Jede Aufnahme der Lasteinleitelemente ist dazu vorgesehen, ein jeweiliges Lagerelement, insbesondere ein Gummi-Metall-Lager, aufzunehmen. Das jeweilige Lasteinleitelement weist den jeweiligen Kanal auf, wobei der jeweilige Kanal zumindest teilweise um das jeweilige Kernelement am jeweiligen Lasteinleitelement herum ausgebildet ist. Mithin ist die Tragwicklung am jeweiligen Lasteinleitelement zwischen dem jeweiligen Kernelement und einer jeweiligen Wandung des jeweiligen Lasteinleitelements im jeweiligen Kanal angeordnet. Die Tragwicklung bildet eine geschlossene Schleife, die die beiden Lasteinleitelemente formschlüssig miteinander verbindet. Jeweilige Umkehrpunkte der Tragwicklung sind somit in dem jeweiligen Lasteinleitelement angeordnet und somit durch das jeweilige Lasteinleitelement geschützt.
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Räumlich zwischen den beiden Lasteinleitelementen ist das Kernprofil angeordnet, wobei der Schaft der Achsstrebe somit das Kernprofil aufweist. Das Kernprofil und die beiden Lasteinleitelemente sind hinsichtlich einer Kraftübertragung voneinander entkoppelt. Diese Entkopplung bleibt auch bei einem Belastungsfall bestehen. Mithin besteht zu keinem Zeitpunkt eine direkte Wirkverbindung zwischen den Lasteinleitelementen und dem Kernprofil. Alternativ dazu kann das Kernprofil durch eine elastische Zwischenschicht von den Lasteinleitungselementen getrennt werden. In diesem Fall bestehen nur untergeordnete Wirkverbindungen und geringe Kraftübertragungen zwischen den Lasteinleitungselementen und dem Kernprofil.
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Bei Einleitung einer axialen Last über die Lasteinleitelemente in die Achsstrebe, wird die axiale Last im Falle von Drucklasten von den beiden Lasteinleitelementen, insbesondere von der jeweiligen Wandung am jeweiligen Kanal flächig auf Stirn- und Seitenflächen der Tragwicklung weitergeleitet. Mithin ist die Tragwicklung formschlüssig mit den beiden Lasteinleitelementen verbunden. Im Falle von Zuglasten wird die axiale Last über das jeweilige Kernelement in die Tragwicklung weitergeleitet. Die Tragwicklung nimmt diese axiale Last auf. Das Kernprofil ist somit im Wesentlichen nicht an der Aufnahme der axialen Last beteiligt. Somit werden lokale Spannungsspitzen in dem Kernprofil vermieden. Die Achsstrebe ist auf Grund der Ausformung der Tragwicklung und des Kernprofils aus Faserkunststoffverbundmaterial leichter als herkömmliche metallische Achsstreben.
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Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das jeweilige Kernelement birnenförmig ausgebildet. Mit anderen Worten weist das jeweilige Kernelement zwei Bereiche auf, nämlich einen hinsichtlich der Querschnittfläche im Wesentlichen kreisförmigen Bereich und einen hinsichtlich der Querschnittfläche im Wesentlichen rechteckigen Bereich auf, wobei die beiden Bereiche kontinuierlich ineinander übergehen. Vorzugsweise ist eine Außenkontur des jeweiligen Kernelements identisch zu einer Außenkontur des jeweiligen Lasteinleitelements ausgebildet. Im jeweiligen Kanal zwischen dem jeweiligen Kernelement und dem jeweiligen Lasteinleitelement ist die Tragwicklung aufgenommen, wobei durch die birnenförmige Ausbildung des jeweiligen Kernelements ein Hinterschnitt realisiert ist. Dieser Hinterschnitt dient insbesondere zur Verbesserung der Überleitung von Zug- und Druckkräften an der jeweiligen Tragwicklung. Ferner verhindert die birnenförmige Ausbildung des jeweiligen Kernelements durch den Hinterschnitt einen möglichen Abriss des jeweiligen Kernelements, da das jeweilige Kernelement bei einer Zugbelastung die Kräfte über die Tragwicklung in das jeweilige Lasteinleitelement einleitet. Mithin würde aufgrund des Hinterschnitts selbst ein loses Kernelement durch Verklemmung im jeweiligen Lasteinleitelement verbleiben.
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Vorzugsweise ist das jeweilige Kernelement in dem jeweiligen Lasteinleitelement integriert und somit einteilig mit dem jeweiligen Lasteinleitelement verbunden. Mithin bildet der jeweilige Kanal das jeweilige Kernelement aus. Das Kernelement ist somit einseitig mit dem jeweiligen Lasteinleitelement verbunden. Die einseitige Anbindung des jeweiligen Kernelements am jeweiligen Lasteinleitelement ist, insbesondere für PKW-Anwendungen ausreichend. Um die Belastbarkeit der Achsstrebe, insbesondere des Kernelements zu erhöhen, wird beispielsweise ein Deckelelement stirnseitig an dem freien Ende des Kernelements angeordnet, wobei das Deckelelement im Wesentlichen die Form des jeweiligen Lasteinleitelements aufweist und stirnseitig daran zur Anlage kommt. Das Deckelelement ist zumindest mit dem Kernelement formschlüssig oder stoffschlüssig verbunden. Insbesondere ist das Deckelelement über eine Klebeschicht oder eine Schweißnaht oder ein Schraubelement oder einen Bolzen mit dem Kernelement und/oder mit dem jeweiligen Lasteinleitelement verbunden. Dadurch wird das Kernelement an beiden Enden mittelbar oder direkt mit dem jeweiligen Lasteinleitelement verbunden. Die daraus erwachsende Möglichkeit, die Belastbarkeit des jeweiligen Kernelements und somit die Belastbarkeit der gesamten Achsstrebe zu erhöhen, ermöglicht den Einbau der Achsstrebe in einem NKW oder einem LKW.
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Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist das jeweilige Kernelement formschlüssig oder stoffschlüssig mit dem jeweiligen Lasteinleitelement verbunden. Somit ist am jeweiligen Lasteinleitelement, eine jeweilige Aussparung ausgebildet, die dazu vorgesehen ist das jeweilige Kernelement aufzunehmen, sodass zwischen dem jeweiligen Kernelement und dem jeweiligen Lasteinleitelement der jeweilige Kanal zur Aufnahme der Tragwicklung ausgebildet wird. Das jeweilige Kernelement ist beispielsweise durch eine Verklebung oder eine Schraub- bzw. Bolzenverbindung mit dem jeweiligen Lasteinleitelement fest verbunden.
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Bevorzugt ist der jeweilige Kanal labyrinthförmig ausgebildet. Durch die labyrinthförmige Ausbildung des jeweiligen Kanals wird eine Einbindungslänge der Tragwicklung im jeweiligen Lasteinleitelement erhöht und dadurch insbesondere die Einleitung von Zug- und Druckkräften in die Tragwicklung verbessert.
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Ferner bevorzugt ist das Kernprofil rohrförmig ausgeformt. Mit anderen Worten ist das Kernprofil als Hohlprofil ausgebildet. Vorzugsweise ist das Kernprofil als ein Pultrusionsrohr oder als ein Pulwindingrohr oder als ein Wickelrohr oder als ein Flechtrohr ausgeformt. Dadurch wird eine weitere Massereduktion erreicht. Der Rohrquerschnitt kann dabei beispielsweise rechteckig, kreisförmig, oval, quadratisch oder in einer anderen geeigneten Form ausgestaltet sein. Darüber hinaus sind auch weitere Profilformen für das Kernprofil denkbar. Insbesondere ist das Kernprofil als Doppel-T-Profil oder Doppel-H-Profil ausgebildet. Der Profilquerschnitt kann aber auch eine anderen geeignete Form aufweisen. Das Kernprofil kann kontinuierlich gefertigt werden, wodurch sich eine Modularisierbarkeit realisieren lässt. Ferner kann das Kernprofil auf eine für einen spezifischen Fahrzeugtyp benötigte Länge des Schafts abgelängt werden. Es ist ebenfalls möglich, das Kernprofil mehrteilig auszubilden.
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Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das rohrförmige Kernprofil zumindest teilweise mit einem Schaummaterial gefüllt. Das Schaummaterial ist im Wesentlichen dazu vorgesehen, den Hohlraum im rohrförmigen Kernprofil auszufüllen, um insbesondere den Querschnitt zu stabilisieren und bei Drucklasten einen geometrischen Erhalt des Querschnittes des Kernprofils zu unterstützen. Insbesondere ist das Schaummaterial aus einem Polymer, beispielsweise Polyurethan ausgebildet. Ferner ist es aber auch denkbar, dass das Schaummaterial als Styropor ausgebildet ist.
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Vorzugsweise weist das Kernprofil an jedem seiner lagerseitigen Bereiche eine Ausnehmung auf. Die jeweilige Ausnehmung ist insbesondere als Nut ausgeformt, beispielsweise als halbkreisförmige Nut. Durch diese Nut werden Spannungsspitzen im Bereich des Lastübergangs am Kernprofil vermieden und ein kontinuierlicher Steifigkeitsübergang erreicht. Der Bereich des Lastübergangs ist hierbei derjenige Bereich, an welchem in einem Belastungsfall die Last von den Lasteinleitelementen an die Tragwicklung weitergeleitet wird.
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Bevorzugt ist der jeweilige lagerseitige Bereich am Kernprofil durch einen jeweiligen Spalt von dem jeweiligen Lasteinleitelement beabstandet. Mithin ist das Kernprofil nicht mit dem jeweiligen Lasteinleitelement verbunden. Eine Kraftübertragung zwischen den beiden Lasteinleitelementen bei einer Zug- oder Druckbelastung der Achsstrebe findet im Wesentlichen über die Tragwicklung statt. Es ist aber auch denkbar, dass das Kernprofil am jeweiligen Lasteinleitelement zur Anlage kommt oder mittelbar über einen elastischen Patch zur Anlage kommt. Aufgrund der geringen Steifigkeit, insbesondere der geringeren Steifigkeit gegenüber der Tragwicklung, nimmt das Kernprofil jedoch im Wesentlichen keine axialen Lasten auf. Das Kernprofil ist im Wesentlichen dazu vorgesehen, die Tragwicklungen auf Abstand zu halten, um so ein hinreichend großes Trägheitsmoment für einen Knicklastfall sicherzustellen, und außerdem Lasten in einem Missbrauchslastfall aufzunehmen und auf die Tragwicklungen zu verteilen.
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Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel 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 ausgebildet und horizontal voneinander beabstandet. Mit anderen Worten führt der Abstand der ersten Ebene zu der zweiten Ebene zu einem Offset der beiden Lagerbereiche, so dass der Schaft schräg zwischen den beiden Lagerbereichen ausgebildet ist. Vorzugsweise ist der Abstand der beiden Ebenen jedoch gering, so dass nur ein geringer Offset realisiert wird. Mithin weist die Achsstrebe zwei Knickpunkte auf, und zwar jeweils am Übergang zwischen dem jeweiligen Lagerbereich und dem Schaft. Ferner ist es aber auch denkbar, dass die Achsstrebe eben ausgeformt ist, wobei der erste Lagerbereich in derselben Ebene angeordnet ist wie der zweite Lagerbereich. Um trotzdem einen Offset zwischen den beiden Lagerbereichen zu erzeugen, jedoch keinen Knick in die Achsstrebe einzubringen, sind die beiden Bohrungen zur Aufnahme eines jeweiligen Lagerelements schräg im jeweiligen Lasteinleitelement ausgeführt.
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Vorzugsweise ist das jeweilige Lasteinleitelement aus einem ersten und zweiten Horizontalelement ausgebildet. Mithin ist das jeweilige Lasteinleitelement in einer Horizontalebene in zwei identisch ausgebildete Horizontalelemente geteilt, wobei die beiden Horizontalelemente in einem montierten Zustand das jeweilige Lasteinleitelement ausbilden. Die Ausbildung des jeweiligen Lasteinleitelements aus jeweils zwei Horizontalelementen vereinfacht sowohl die Herstellung des jeweiligen Lasteinleitelements als auch die Montage der Tragwicklung in das jeweilige Lasteinleitelement. Alternativ werden für einige Anwendungen Achsstreben ohne seitlichen Versatz (Offset) oder eine schräge Bohrung in den Lasteinleitungselementen ausgeführt. Ferner ist die Tragwicklung im jeweiligen Lasteinleitelement von allen Seiten geschützt. Insbesondere werden die beiden Horizontalelemente stoffschlüssig oder formschlüssig miteinander verbunden. Beispielsweise werden die beiden Horizontalelemente geklebt, verschraubt oder verschweißt.
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Bevorzugt ist das jeweilige Lasteinleitelement aus einem Faserkunststoffverbundmaterial oder aus einer Leichtmetalllegierung, insbesondere einer Aluminium- oder Magnesiumlegierung ausgebildet. Beispielsweise können die Lasteinleitelemente als Formpressteile aus vorzugsweise langfaserverstärkten, duroplastischen Kunststoffverbundmaterial (insbesondere 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 Massereduktion im Vergleich zur Verwendung von metallischen Lasteinleitelementen erreicht. Die Ausbildung der Lasteinleitelemente aus einer Aluminiumlegierung erlaubt eine kostengünstige Herstellung der Lasteinleitelemente im Strangpressverfahren.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist zumindest zwischen der Tragwicklung und dem jeweiligen Lasteinleitelement eine Korrosionsschutzwicklung angeordnet, wobei die Korrosionsschutzwicklung vorzugsweise aus glasfaserverstärkten Kunststoff oder aus einem anderen geeigneten Faserkunststoffverbundmaterial ausgeformt sein kann. Die Korrosionsschutzwicklung dient zur Vermeidung von Kontaktkorrosion, die vor allem bei der gleichzeitigen Verwendung von Lasteinleitelementen aus einem Leichtmetall, insbesondere aus einer Aluminium- oder Magnesiumlegierung und einer Tragwicklung aus carbonfaserverstärkten Kunststoff auftritt. In einem Belastungsfall wird die Last von den Lasteinleitelementen an die Tragwicklung über die Korrosionsschutzwicklung weitergeleitet, wobei die Korrosionsschutzwicklung aufgrund ihrer Weichheit nicht an der Lastaufnahme beteiligt ist. Alternativ ist es auch denkbar zwischen der Tragwicklung und dem jeweiligen Lasteinleitelement eine Korrosionsschutzschicht auszubilden, die einen direkten Kontakt zwischen der Tragwicklung und dem jeweiligen Lasteinleitelement verhindert. Insbesondere ist die Korrosionsschutzschicht elastisch ausgebildet und ermöglicht eine flächige Anlage der Tragwicklung am jeweiligen Lasteinleitelement, wobei aufgrund der Elastizität eine Kraftverteilung realisiert wird und insbesondere Spannungsspitzen abgebaut werden.
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Nach einer weiteren Ausführungsform formt eine Schutzwicklung eine Mantelfläche des Schaftes aus, wobei die Schutzwicklung die Tragwicklung und das Kernprofil umgibt. Die Schutzwicklung ist insbesondere quer oder schräg zur Längsrichtung des Kernprofils um die Tragwicklung und das Kernprofil herumgewickelt und dient insbesondere zum Schutz der Tragwicklung und dem Kernprofil vor Steinschlag und UV-Einwirkung. Insbesondere ist die Schutzwicklung aus einem Faserkunststoffverbundmaterial ausgebildet. Ferner ist es auch denkbar die Schutzwicklung aus einem Thermoplastmaterial auszubilden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Achsstrebe umfasst insbesondere die nachfolgenden Verfahrensschritte. Zunächst werden zwei Kerne der Lasteinleitungselemente in ein Montagewerkzeug eingelegt. Danach wird das Kernprofil zwischen den beiden Kernelementen positioniert. Ferner wird optional ein Lückenfüller bzw. Abstandshalter zwischen dem Kernprofil und den beiden Kernelementen positioniert. Danach wird die Tragwicklung an der bisher erstellten Baugruppe abgelegt, wobei die Baugruppe gedreht wird oder die Tragwicklung, insbesondere das Fasermaterial der Tragwicklung um die Baugruppe bewegt wird oder sowohl die Baugruppe gedreht als auch das Fasermaterial der Tragwicklung um die Baugruppe bewegt wird. In einem weiteren Verfahrensschritt erfolgt das Zuführen und Anpressen der beiden umgebenden Lasteinleitelemente. Optional wird ein äußeres Formwerkzeug angedrückt, das insbesondere zur Ausbildung der Tragwicklung dient. Sofern die Tragwicklung nicht vorimprägniert ist, wird eine Polymermatrix zugeführt und durch Erwärmen der gesamten Achsstrebe ausgehärtet. Wenn die Tragwicklung vorimprägniert ist, entfällt das Zuführen der Polymermatrix, sodass die Achsstrebe durch Erwärmen ausgehärtet wird. Mithin erfolgt eine In-Situ-Aushärtung im Montagewerkzeug. Die Tragwicklung wird mit den beiden Lasteinleitelementen und dem Kernprofil unter Druck- und Wärmeeinfluss verbunden. Ferner ist es auch denkbar, dass die Wicklung separat hergestellt wird, wobei dann die beiden Lasteinleitelemente erst nach der Aushärtung der Tragwicklung dem Montagewerkzeug zugeführt werden und vorzugsweise durch eine Klebung im Lasteinleitungselement gesichert werden. Abschließend wird die Achsstrebe aus dem Montagewerkzeug entnommen.
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Alternativ kann die erfindungsgemäße Achsstrebe auch gemäß den nachfolgenden Verfahrensschritten hergestellt werden, wobei die Tragwicklung, insbesondere separat hergestellt wird. In einem ersten Verfahrensschritt erfolgt das Herstellen einer Tragwicklung, eines Kernprofil sowie eines ersten und zweiten Lasteinleitelements. Danach werden die beiden Lasteinleitelemente, die Tragwicklung und das Kernprofil in ein Montagewerkzeug eingelegt. Danach wird die Tragwicklung mit den beiden Lasteinleitelementen und dem Kernprofil verbunden. Abschließend wird die Achsstrebe aus dem Montagewerkzeug entnommen.
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Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigt
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1 eine schematische Perspektivdarstellung einer erfindungsgemäßen Achsstrebe nach einem ersten Ausführungsbeispiel,
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2 eine schematische Perspektivdarstellung einer erfindungsgemäßen Achsstrebe nach einem zweiten Ausführungsbeispiel,
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3 eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Achsstrebe nach einem dritten Ausführungsbeispiel,
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4 eine schematische Perspektivdarstellung eines Lasteinleitelements der Achsstrebe gemäß 1,
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5 eine schematische Perspektivdarstellung eines Lasteinleitelements nach einem zweiten Ausführungsbeispiel,
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6 eine schematische Perspektivdarstellung eines Lasteinleitelements nach einem dritten Ausführungsbeispiel,
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7 eine schematische Perspektivdarstellung eines Kernprofils der Achsstrebe gemäß 1,
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8 eine schematische Perspektivdarstellung eines Kernprofils nach einem zweiten Ausführungsbeispiel,
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9 eine schematische Perspektivdarstellung eines teilweise dargestellten Kernprofils nach einem dritten Ausführungsbeispiel,
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10 eine schematische Perspektivdarstellung eines teilweise dargestellten Kernprofils nach einem vierten Ausführungsbeispiel,
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11 eine schematische Perspektivdarstellung eines teilweise dargestellten Kernprofils nach einem fünften Ausführungsbeispiel,
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12 eine schematische Perspektivdarstellung eines teilweise dargestellten Kernprofils nach einem sechsten Ausführungsbeispiel, und
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13 eine schematische Perspektivdarstellung eines teilweise dargestellten Kernprofils nach einem siebten Ausführungsbeispiel.
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Gemäß 1 umfasst eine erfindungsgemäße Achsstrebe 1 für ein – hier nicht dargestelltes – Fahrzeug einen Schaft 2 sowie einen ersten und zweiten Lagerbereich 3a, 3b. Die Achsstrebe 1 ist aus einer Tragwicklung 4, einem Kernprofil 6 sowie einem ersten und einem zweiten Lasteinleitelement 7a, 7b ausgebildet. Die Tragwicklung 4 und das Kernprofil 6 sind aus einem Faserkunststoffverbundmaterial ausgebildet, wobei die beiden Lasteinleitelemente 7a, 7b aus einer Aluminiumlegierung oder SMC-Duroplastformmasse ausgebildet sind. Insbesondere ist die Tragwicklung 4 aus einem carbonfaserverstärkten Kunststoff ausgebildet.
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Das erste Lasteinleitelement 7a ist an dem ersten Lagerbereich 3a angeordnet und das zweite Lasteinleitelement 7b ist an dem zweiten Lagerbereich 3b angeordnet. Das Kernprofil 6 weist einen ersten sowie einen zweiten lagerseitigen Bereich 8a, 8b auf und ist räumlich zwischen den beiden Lasteinleitelementen 7a, 7b angeordnet, wobei der jeweilige lagerseitige Bereich 8a, 8b am Kernprofil 6 durch einen jeweiligen Spalt 5a, 5b von dem jeweiligen Lasteinleitelementen 7a, 7b beabstandet ist.
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In dem jeweiligen Lasteinleitelement 7a, 7b ist ein jeweiliger Kanal 9a, 9b ausgebildet, wobei der jeweilige Kanal 9a, 9b zur Aufnahme der Tragwicklung 4 vorgesehen ist. Der jeweilige Kanal 9a, 9b ist dabei zumindest teilweise bogenförmig um ein jeweiliges Kernelement 10a, 10b am jeweiligen Lasteinleitelement 7a, 7b herum ausgebildet. Mithin ist die Tragwicklung 4 über den jeweiligen Kanal 9a, 9b im jeweiligen Lasteinleitelement 7a, 7b formschlüssig mit dem ersten und zweiten Lasteinleitelement 7a, 7b verbunden. Ferner ist an einer Wandung des jeweiligen Kanals 9a, 9b eine – hier nicht dargestellte – Klebeschicht zur Erhöhung der Adhäsion zwischen dem jeweiligen Lasteinleitelement 7a, 7b und der Tragwicklung 4 ausgebildet. Die Achsstrebe 1 ist eben ausgeformt, wobei der erste Lagerbereich 3a in derselben Ebene angeordnet ist wie der zweite Lagerbereich 3a.
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Die in 2 dargestellte Achsstrebe 1 unterscheidet sich von der in 1 dargestellten Achsstrebe 1 dadurch, dass das jeweilige Lasteinleitelement 7a, 7b aus einem ersten und zweiten Horizontalelement 14a, 14b ausgebildet ist. Die jeweiligen beiden Horizontalelemente 14a, 14b des jeweiligen Lasteinleitelements 7a, 7b sind mittels eines jeweiligen Schraubelements 15 miteinander verbunden. In 2 ist zur Vereinfachung ein erstes Horizontalelement 14a des ersten Lasteinleitelements 7a nicht dargestellt, um den Verlauf der Tragwicklung 4 besser darzustellen. Das jeweilige Schraubelement 15 verläuft axial durch das jeweilige Lasteinleitelement 7a, 7b und das jeweilige Kernelement 10a, 10b am jeweiligen Lasteinleitelement 7a, 7b, wobei das jeweilige Kernelement 10a, 10b aufgrund der Darstellung nicht in 2 dargestellt, jedoch identisch zu dem jeweiligen Kanal 10a, 10b in 1 ausgebildet. Mithin verläuft das jeweilige Schraubelement 15 durch jeweils zwei Kernelemente.
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In 3 weist die erfindungsgemäße Achsstrebe 1 ein laterales Offset auf. Mit anderen Worten ist der erste Lagerbereich 3a der Achsstrebe 1 in einer ersten Ebene 13a angeordnet, welche beabstandet zu einer zweiten Ebene 13b ist, in welcher der zweite Lagerbereich 3b der Achsstrebe 1 angeordnet ist. Mithin ist ein Schaft 2 schräg zwischen den beiden Lagerbereichen 3a, 3b angeordnet. Die Achsstrebe 1 weist somit zwei Knickpunkte 16a, 16b auf.
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Die 4, 5 und 6 zeigen unterschiedliche Ausführungsformen eines der beiden identisch ausgebildeten Lasteinleitelemente 7a, 7b. In 4 ist das Lasteinleitelement 7a aus 1 dargestellt. Das Kernelement 10a ist stoffschlüssig mit dem Lasteinleitelement 7a verbunden. Mithin weist das Lasteinleitelement 7a eine Aussparung auf, in der Kern des Lasteinleitungselementes 10a angeordnet ist, so dass zwischen dem Kernelement 10a und dem Lasteinleitelement 7a der Kanal 9a ausgebildet wird. Insbesondere ist der Kanal 9a bogenförmig um das Kernelement 10a ausgebildet. Das Kernelement 10a ist durch eine – hier nicht dargestellte – Verklebung mit dem Lasteinleitelement 7a fest verbunden.
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In 5 ist der Kanal 9a labyrinthförmig im Lasteinleitelemente 7a ausgebildet. Durch die labyrinthförmige Ausbildung des Kanals 9a wird eine Einbindungslänge der Tragwicklung 4 im Lasteinleitelement 7a erhöht. Ferner ist das Kernelement 10a im Lasteinleitelement 7a integriert und somit einteilig mit dem Lasteinleitelement 7a verbunden.
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Gemäß 6 ist das Kernelement 10a birnenförmig ausgebildet. Durch die birnenförmige Ausbildung des Kernelements 10a wird ein Hinterschnitt zwischen dem Kernelement 10a und dem Lasteinleitelement 7a realisiert. Aufgrund des Hinterschnitts kann das Kernelement 10a lediglich quer zu einer Längsachse der Achsstrebe 1 aus dem Lasteinleitelement 7a entfernt werden. Das Kernelement 10a ist durch eine – hier nicht dargestellte – Verklebung mit dem Lasteinleitelement 7a fest verbunden.
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Die 7 bis 13 zeigen verschieden Ausführungsformen des Kernprofils 6. Nach 7 ist das Kernprofil 6 rohrförmig ausgebildet und weist einen ersten sowie einen zweiten lagerseitigen Bereich 8a, 8b auf. Mit anderen Worten ist das Kernprofil 6 als Hohlprofil ausgebildet, wobei ein Rohrquerschnitt rechteckig ist. Insbesondere ist das Kernprofil 6 als ein Pultrusionsrohr ausgeformt.
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In 8 ist das Kernprofil 6 ebenfalls rohrförmig ausgebildet, wobei das Kernprofil 6 an jedem seiner lagerseitigen Bereiche 8a, 8b eine Ausnehmung 12a, 12b aufweist. Die jeweilige Ausnehmung 12a, 12b ist als halbkreisförmige Nut ausgebildet. Durch die jeweilige Ausnehmung 12a, 12b werden Spannungsspitzen im Bereich des Lastübergangs am Kernprofil 6 vermieden.
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Nach 9 weist das Kernprofil 6 einen Doppelhohlquerschnitt auf. Gemäß 10 weist das Kernprofil 6 einen Dreifachhohlquerschnitt auf. In 11 ist das Kernprofil 6 als Doppel-T-Profil ausgebildet. Gemäß 12 ist das rohrförmige Kernprofil 6 mit einem Schaummaterial 11 gefüllt. Das Schaummaterial 11 ist im Wesentlichen dazu vorgesehen, den Hohlraum im rohrförmigen Kernprofil 6 auszufüllen, um insbesondere den Querschnitt des Kernprofils 6 zu stabilisieren und spätere Schmutzanlagerungen zu verhindern. Insbesondere ist das Schaummaterial 11 aus Polyurethan oder Polystyrol ausgebildet. Nach 13 ist das Kernprofil 6 als Doppel-H-Profil ausgebildet. Zur Einstellung der axialen Weichheit des Kernprofils 6 kann neben der Geometrie des Kernprofils 6, beispielsweise auch die Wandstärke des Kernprofils 6 eingestellt werden.
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Die Erfindung ist nicht auf die vorhergehenden Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere sind auch Weiterbildungen der jeweiligen Ausführungsbeispiele denkbar. Beispielsweise ist es denkbar, dass die Ausführungsform der Achsstrebe 1 gemäß 2 an jedem Horizontalelemente 14a, 14b des jeweiligen Lasteinleitelements 7a, 7b ein Kernelement 9a, 9b aufweist. Mithin weist jedes Lasteinleitelement 7a, 7b zwei Kernelemente 9a, 9b auf. Ferner kann die Achsstrebe 1 gemäß 3 auch eben ausgeformt sein, wobei der erste Lagerbereich 3a in derselben Ebene angeordnet ist wie der zweite Lagerbereich 3a. Ferner ist es auch denkbar, dass am jeweiligen Lasteinleitelement 7a gemäß den 4 bis 6 ein Deckelelement angeordnet ist, um das jeweilige Kernelement 9a beidseitig abzustützen. Das jeweilige Kernelement 9a kann dann beispielsweise stoffschlüssig oder formschlüssig mit dem Deckelelement verbunden sein. Weitere Weiterbildungsmöglichkeiten sind insbesondere der Beschreibung zu entnehmen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Achsstrebe
- 2
- Schaft
- 3a, 3b
- Lagerbereich
- 4
- Tragwicklung
- 5a, 5b
- Spalt
- 6
- Kernprofil
- 7a, 7b
- Lasteinleitelement
- 8a, 8b
- lagerseitiger Bereich
- 9a, 9b
- Kanal
- 10a, 10b
- Kernelement
- 11
- Schaummaterial
- 12a, 12b
- Ausnehmung
- 13a, 13b
- Ebene
- 14a, 14b
- Horizontalelement
- 15
- Schraubelement
- 16a, 16b
- Knickpunkte
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013007284 A1 [0003]
