DE102017211563A1

DE102017211563A1 - Lasteinleitelement, Achsstrebe und Herstellungsverfahren für eine Achsstrebe

Info

Publication number: DE102017211563A1
Application number: DE102017211563.7A
Authority: DE
Inventors: Andre Stieglitz; Ingolf Müller; Philipp Bauer; Dirk Adamczyk; Ignacio Lobo Casanova; Manfred Bürgmann
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2017-07-06
Filing date: 2017-07-06
Publication date: 2019-01-10
Also published as: WO2019007614A1

Abstract

Ein Lasteinleitelement (1) für eine Achsstrebe (2) eines Fahrzeugs umfasst ein Insert (3) und eine Verbindungswicklung (4), wobei das Insert (3) wenigstens eine Aussparung (5) aufweist. Die Verbindungswicklung (4) ist aus einem Faserkunststoffverbundmaterial ausgeformt. Die Verbindungswicklung (4) umschließt das Insert (3) an einem Teilbereich einer Mantelfläche des Inserts (3). Das Insert (3) weist einen Lagerbereich(6) auf. Das Insert (3) an diesem Lagerbereich (6) ist im Querschnitt kreisbogenförmig ausgebildet. Der Lagerbereich (6) des Inserts (3) und die Verbindungswicklung (4) formen gemeinsam ein Lagerauge (7) aus.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lasteinleitelement mit den oberbegrifflichen Merkmalen nach Anspruch 1, eine Achsstrebe mit den oberbegrifflichen Merkmalen nach Anspruch 7 und ein Herstellungsverfahren für eine Achsstrebe mit den oberbegrifflichen Merkmalen nach Anspruch 9.
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 und Biegung beansprucht.
Aus der DE102015215077 A1 ist eine Achsstrebe bekannt, die einen Schaft und zwei Lagerbereiche umfasst. Die Achsstrebe weist eine Tragwicklung, ein Kernprofil und zwei Lasteinleitelemente auf, wobei die Tragwicklung und das Kernprofil aus Faserkunststoffverbundmaterial (FKV) ausgeformt sind. Nachteilig hierbei ist, dass während des Herstellungsprozesses der Achsstrebe auf Grund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten der einzelnen Bauelemente thermische Spannungen in der Achsstrebe auftreten. Während der Herstellung der Achsstrebe wird die Polymermatrix des FKVs bei einer Temperatur von 80°C bis 130°C ausgehärtet. Bei Lasteinleitelementen aus Aluminium dehnt sich dieses aufgrund der Wärmeeinwirkung aus und kühlt während des Abkühlprozesses wieder ab. Dadurch werden Spannungen in die Tragwicklung und in einer Fügeschicht zwischen der Tragwicklung und dem Insert eingebracht. Dies führt zu einer Schwächung der Achsstrebe.
Der vorliegenden Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zu Grunde, ein verbessertes Lasteinleitelement und eine verbesserte Achsstrebe vorzuschlagen, bei welchen thermische Spannungen während des Herstellungsprozesses verringert werden.
Die vorliegende Erfindung schlägt ausgehend von der vorgenannten Aufgabe ein Lasteinleitelement mit den Merkmalen nach Patentanspruch 1, eine Achsstrebe mit den Merkmalen nach Patentanspruch 7 und ein Herstellungsverfahren für eine Achsstrebe mit den Merkmalen nach Patentanspruch 9 vor. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Ein Lasteinleitelement für eine Achsstrebe eines Fahrzeugs umfasst ein Insert und eine Verbindungswicklung. Das Insert weist wenigstens eine Aussparung auf. Die Verbindungswicklung ist aus einem Faserkunststoffverbundmaterial (FKV) ausgeformt. Die Verbindungswicklung umschließt das Insert an einem Teilbereich einer Mantelfläche des Inserts. Das Insert weist einen Lagerbereich auf. Das Insert ist an diesem Lagerbereich im Querschnitt kreisbogenförmig ausgebildet. Der Lagerbereich des Inserts und die Verbindungswicklung formen gemeinsam ein Lagerauge aus. Das Fahrzeug kann beispielsweise ein PKW, NKW, LKW oder ein anderes geeignetes Fahrzeug sein.
Das Insert ist ein einstückiges Bauteil, das nicht zerstörungsfrei in weitere Einzelbauteile getrennt werden kann. Die wenigstens eine Aussparung des Inserts ist materialfrei. Diese ist derart ausgeformt, dass bei einer Lasteinleitung, wenn das Lasteinleitelement in einer Achsstrebe verwendet wird, eine möglichst gleichmäßige Spannungsverteilung innerhalb des Inserts auftritt. Selbstverständlich kann das Insert mehr als eine Aussparung aufweisen.
Die Verbindungswicklung ist aus einem FKV ausgeformt. Beispielsweise kann diese aus einem carbonfaserverstärkten Kunststoff (CFK) ausgeformt. Die Verbindungswicklung kann alternativ dazu aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff (GFK) oder aus einem aramidverstärkten Kunststoff (AFK) oder aus einem anderen geeigneten FKV ausgeformt sein. Die Verbindungswicklung ist endlosfaserverstärkt und kann beispielsweise als ein duromeres Prepreg ausgebildet sein.
Die Verbindungswicklung umschließt das Insert an einem Teilbereich der Mantelfläche des Inserts. Die Verbindungswicklung stellt also eine radiale Wicklung dar. Vorzugsweise ist die Verbindungswicklung mittels einer Fügeschicht verklebt mit dem Insert. Eine radiale Wicklung ist hierbei eine Wicklung, welche um eine Längsachse des Inserts herum verläuft. Das Insert ist in anderen Worten ein geometrischer Extrusionskörper, welcher eine Mantelfläche und zwei Deckflächen aufweist. Die Mantelfläche des Inserts wird derart umschlossen, dass die Verbindungswicklung diese direkt kontaktiert. Die Verbindungswicklung bildet dabei die äußere Form der Mantelfläche des Inserts nach. Lediglich am Lagerbereich des Inserts wird das Insert nicht direkt von der Verbindungswicklung kontaktiert. Der Lagerbereich wird nicht umschlossen von der Verbindungswicklung. Der Lagerbereich des Inserts ist derjenige Bereich des Inserts, der bei der Verwendung des Lasteinleitelements in einer Achsstrebe eines Fahrzeugs, wirkverbunden werden kann mit einem Lager. Dieser Lagerbereich begrenzt das Insert zu einer ersten Seite hin. Das Insert wird zu einer zweiten Seite hin begrenzt von dem schaftseitigen Bereich. Dieser schaftseitige Bereich ist bei der Verwendung des Lasteinleitelements in einer Achsstrebe einem Schaft der Achsstrebe zugewandt. Das Insert erstreckt sich in einer Längsrichtung entlang seiner Längsachse von dem Lagerbereich zu dem schaftseitigen Bereich.
Das Insert ist an seinem Lagerbereich im Querschnitt kreisbogenförmig ausgeformt. Der Querschnitt verläuft dabei entlang einer Schnittebene, die senkrecht ist zu einer Mittelachse des Lagerauges und senkrecht zu einer Längsebene, in welcher die Längsachse des Inserts angeordnet ist. Die Längsachse des Inserts und die Mittelachse des Lagerauges sind senkrecht zueinander. Der Querschnitt ist kreisbogenförmig ausgebildet. Dies heißt, dass das Insert kein geschlossenes Lagerauge, sondern lediglich einen Teil des Lagerauges ausformt. Ein Lagerauge weist üblicherweise einen kreisförmigen Querschnitt auf. Das Insert formt in anderen Worten nur einen Kreisbogen und keinen geschlossenen Ring aus. Welche Erstreckung der Kreisbogen aufweist, ist angepasst an die thermischen Spannungen, die während der Herstellung der Achsstrebe auftreten können, wenn das Lasteinleitelement in einer Achsstrebe verwendet wird.
Das Lagerauge, das das Lasteinleitelement bereitstellt, wird mittels der Verbindungswicklung und mittels des Lagerbereichs des Inserts ausgeformt. Somit ist ein Lagerauge mit einem kreisförmigen Querschnitt ausgeformt. Während des Herstellungsverfahrens des Lasteinleitelements wird daher ein Platzhalter mit dem Insert verbunden, und die Verbindungswicklung wird um das Insert und den Platzhalter gewickelt, so dass das Lagerauge ausgebildet wird. Der Platzhalter weist beispielsweise einen kreisförmigen Querschnitt auf.
Vorteilhaft an diesem Lasteinleitelement ist, dass dieses durch die kreisbogenförmige Ausformung des Lagerbereichs des Inserts während des Herstellungsverfahrens der Achsstrebe, wenn das Lasteinleitelement in einer Achsstrebe verwendet wird, deutlich geringere thermische Spannungen bei einem Aushärten der Achsstrebe im Verbindungsbereich zwischen dem Insert und der Verbindungswicklung auftreten als bei einem herkömmlichen Insert nach dem Stand der Technik, das einen ringförmigen Lagerbereich aufweist. Dies führt bei der Verwendung des Lasteinleitelements in einer Achsstrebe eines Fahrzeugs zu einer stabileren Achsstrebe. Weiterhin weist das Insert eine geringere Längserstreckung und eine kompaktere Ausformung auf als herkömmliche Inserts aus dem Stand der Technik. Es stehen für die Herstellung des Inserts neben metallischen Materialien, wie z. B. Aluminium, alternative Materialien, z. B. faserverstärktes SMC (Sheet Molding Compound) zur Verfügung.
Nach einer Ausführungsform ist das Insert mittels einer Fügeschicht mit der Verbindungswicklung verbunden. Diese Verbindung ist eine stoffschlüssige Verbindung. Die Fügeschicht kann beispielsweise als Klebeschicht ausgebildet sein. Mittels dieser ist die Verbindungswicklung mit dem Insert derart verbunden, dass diese nicht zerstörungsfrei voneinander getrennt werden können. Aufgrund der speziellen Ausformung des Inserts mit einem kreisbogenförmigen Lagerbereich werden die thermischen Spannungen, die innerhalb der Fügeschicht während des Herstellungsverfahrens der Achsstrebe auftreten, wenn das Lasteinleitelement in einer Achsstrebe verwendet wird, geringer gehalten als bei herkömmlichen Lasteinleitelementen nach dem Stand der Technik, deren Lagerbereich ringförmig ausgeformt ist.
Nach einer weiteren Ausführungsform ist das Insert aus einem metallischen Material ausgeformt. Beispielsweise kann das Insert aus Aluminium oder einer AluminiumLegierung ausgeformt sein. Das Insert kann beispielsweise mittels eines Strangpressverfahrens kostengünstig und auf einfache Art und Weise hergestellt werden.
Nach einer weiteren Ausführungsform ist das Insert aus einem Faserkunststoffverbundmaterial ausgeformt. Dieser FKV kann beispielsweise CFK, GFK, AFK oder ein anderer geeigneter FKV sein. Vorzugsweise ist das Insert aus einem faserverstärkten SMC ausgeformt. Diese Verstärkungsfasern können vorzugsweise Carbonfasern sein. Vorteilhaft an der Verwendung von carbonfaserverstärktem SMC ist, dass dieses eine deutlich geringere thermische Ausdehnung aufweist als beispielsweise Aluminium oder andere metallische Materialien. Weiterhin wird die Verbindung zwischen dem Insert und der Verbindungswicklung begünstigt, da die Anbindung des Inserts aus FKV an die Verbindungswicklung aus FKV eine erhöhte Festigkeit bietet im Vergleich zur Anbindung eines Inserts aus einem metallischen Material an die Verbindungswicklung aus FKV. Weiterhin weist das Insert aus FKV eine deutlich geringere Masse auf als ein Insert aus einem metallischen Material.
Nach einer weiteren Ausführungsform weist das Insert einen schaftseitigen Bereich auf, der dem Lagerbereich entgegengesetzt ist, wobei der schaftseitige Bereich im Querschnitt bogenförmig ausgebildet ist. Der Querschnitt erfolgt dabei an derselben Schnittebene, an der der geschnitten wird, um den kreisbogenförmigen Querschnitt des Lagerbereichs festzustellen. Der schaftseitige Bereich ist in dieselbe Richtung gekrümmt wie der kreisbogenförmig ausgeformte Lagerbereich des Inserts. Der schaftseitige Bereich wölbt sich also in Richtung des Schafts, wenn das Lasteinleitelement in einer Achsstrebe verwendet wird.
Vorteilhaft daran ist, dass durch die bogenförmige Ausformung des schaftseitigen Bereichs die Fasern der Verbindungswicklung bei der Herstellung des Lasteinleitelements stets unter Vorspannung und glatt anliegend auf dem Insert abgelegt werden können.
Nach einer weiteren Ausführungsform weist das Insert wenigstens einen Steg auf, welcher die wenigstens eine Aussparung in wenigstens zwei Teile aufteilt. Dieser Steg ist vorzugsweise parallel zur Längsachse des Inserts und somit des Lasteinleitelements ausgeformt. Der Steg kann beispielsweise auf der Längsachse des Inserts angeordnet sein. Der Steg dient dazu, eine Lastübertragung innerhalb des Inserts zu optimieren, wenn das Lasteinleitelement in einer Achsstrebe verwendet wird und ein Lastfall auftritt. Selbstverständlich kann das Insert mehr als einen Steg aufweisen, so dass die wenigstens eine Aussparung in mehr als zwei Teile aufgeteilt wird.
Eine Achsstrebe für ein Fahrzeug umfasst ein Kernprofil und eine Tragwicklung, wobei die Achsstrebe zwei Lasteinleitbereiche und einen Schaftbereich aufweist. Das Kernprofil ist an dem Schaftbereich angeordnet. Die Achsstrebe umfasst zwei Lasteinleitelemente, die bereits in der vorherigen Beschreibung beschrieben worden sind. Jedes Lasteinleitelement ist an einem Lasteinleitbereich angeordnet, wobei zwischen dem Kernprofil und den beiden Lasteinleitelementen ein Spalt vorgesehen ist. Die Tragwicklung umschließt die beiden Lasteinleitelemente und das Kernprofil in einem Teilbereich.
Die Achsstrebe weist einen Schaftbereich und zwei Lasteinleitbereiche auf. Der Schaftbereich ist hierbei zwischen den beiden Lasteinleitbereichen angeordnet und mit diesen verbunden. Die Achsstrebe erstreckt sich somit von dem ersten Lasteinleitbereich über den Schaftbereich zu dem zweiten Lasteinleitbereich. Der erste Lasteinleitbereich begrenzt die Achsstrebe zu einer ersten Seite hin, der zweite Lasteinleitbereich begrenzt die Achsstrebe zu einer zweiten Seite hin. Die Lasteinleitbereiche sind von ihrer Grundfläche her zylindrisch ausgeformt. Der erste Lasteinleitbereich geht fließend in den Schaftbereich über. Der zweite Lasteinleitbereich geht ebenfalls fließend in den Schaftbereich über. In anderen Worten weist der Übergang zwischen den Lasteinleitbereichen und dem Schaftbereich keinen Knick oder eine harte Kante auf.
Die Achsstrebe kann hierbei in einem Fahrwerk eines Fahrzeugs verwendet werden, z. B. in einem NKW oder PKW. Auf die Achsstrebe wirken in einem Fahrbetrieb vorwiegend Druck- und Zugkräfte, die diese axial belasten. Axial bedeutet hierbei in Längsrichtung der Achsstrebe, wobei diese Längsrichtung durch die beiden Lasteinleitbereiche festgelegt ist. In anderen Worten ist die Längsrichtung der Achsstrebe von dem ersten Lasteinleitbereich zu dem zweiten Lasteinleitbereich entlang des Schaftbereichs definiert. Des Weiteren wird die Achsstrebe auf Torsion und Biegung 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 starke Biegebeanspruchungen.
Die Achsstrebe weist die radiale Tragwicklung auf. Diese Tragwicklung ist aus FKV ausgeformt. Vorzugsweise ist die Tragwicklung aus CFK ausgeformt. Die Tragwicklung kann alternativ dazu aus einem GFK oder aus einem 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 und zwei Deckflächen aufweist.
Die Achsstrebe weist weiterhin das Kernprofil auf. Dieses Kernprofil ist aus einem FKV ausgeformt, vorzugsweise aus GFK. Alternativ dazu kann das Kernprofil auch aus einem anderen geeigneten FKV, z. B. CFK oder AFK, ausgeformt sein. Das Kernprofil ist vorzugsweise ein Pultrusionsprofil, kann aber alternativ dazu als ein Pulwindingprofil oder als ein Wickelprofil oder als ein Flechtprofil oder als ein anderes geeignetes Profil ausgeformt sein. Dadurch ist das Kernprofil kostengünstig herzustellen. Das Kernprofil kann kontinuierlich gefertigt werden, wodurch sich eine geeignete Modularisierbarkeit realisieren lässt. Das Kernprofil kann in anderen Worten bei der kontinuierlichen Fertigung auf eine für einen spezifischen Fahrzeugtyp benötigte Länge des Schafts abgelängt werden. Das Kernprofil weist bei einer bevorzugten Verwendung eines FKV mit einem deutlich von 0° abweichenden Faserwinkel, beispielsweise um 45°, eine gewisse axiale Weichheit auf. Axiale Kräfte werden somit nicht oder nur zu einem sehr geringen Maße in das Kernprofil geleitet.
Die Achsstrebe weist an jedem ihrer Lasteinleitbereiche je ein Lasteinleitelement auf, das bereits in der vorherigen Beschreibung beschrieben worden ist. Jedes Lasteinleitelement weist ein Lagerauge auf, das als eine Aufnahme für ein Lager dient. Jedes Lagerauge der Lasteinleitelemente ist geeignet je ein Lager, z. B. ein Gummi-Metall-Lager, aufzunehmen. Mittels dieser Lageraugen wird eine Wirkverbindung zwischen den Lasteinleitelementen, genauer den Inserts der Lasteinleitelemente, und den Lagern hergestellt.
Räumlich zwischen den beiden Lasteinleitelementen ist das Kernprofil angeordnet. Der Schaftbereich der Achsstrebe weist somit das Kernprofil auf. Zwischen dem ersten Lasteinleitelement und dem Kernprofil ist ein materialfreier Spalt vorgesehen. Zwischen dem zweiten Lasteinleitelement und dem Kernprofil ist ebenfalls ein materialfreier Spalt vorgesehen. Das Kernprofil und die beiden Lasteinleitelemente sind somit voneinander entkoppelt. Diese Entkopplung bleibt ebenfalls bei jedem Belastungsfall bestehen. Dies heißt zu keinem Zeitpunkt entsteht eine direkte Wirkverbindung zwischen den Lasteinleitelementen und dem Kernprofil.
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. Das Kernprofil ist somit vorzugsweise nicht oder nur in äußerst geringem Maße an der Aufnahme der axialen Last beteiligt. Somit werden lokale Spannungsspitzen in dem Kernprofil weitgehend vermieden. Die Achsstrebe ist auf Grund der Ausformung der Tragwicklung und des Kernprofils aus FKV leichter als herkömmliche metallische Achsstreben.
Vorteilhaft an dieser Achsstrebe ist, dass diese stabiler ist als herkömmliche Achsstreben aus dem Stand der Technik, da die Inserts einen kreisbogenförmig ausgeformten Lagerbereich aufweisen. Dadurch treten bei der Herstellung der Achsstrebe deutlich geringere thermische Spannungen bei einem Aushärten der Achsstrebe im Verbindungsbereich zwischen dem Insert und der Verbindungswicklung auf. Das Insert ist zudem formschlüssig in die Verbindungswicklung integriert, wodurch ein vorteilhafter Spannungszustand erreicht wird. Weiterhin vorteilhaft ist die Kraftübertragung zwischen der Tragwicklung und der Verbindungswicklung erheblich belastbarer ist als diejenige von dem Insert zu der Verbindungswicklung.
Bei einem Verfahren zur Herstellung einer Achsstrebe, die bereits in der vorherigen Beschreibung beschrieben worden ist, werden in einem ersten Schritt zwei Inserts gereinigt. Diese sind derart ausgeformt, dass diese einen kreisbogenförmigen Lagerbereich aufweisen. Jedes Insert wird anschließend mit einem Platzhalter lösbar verbunden, so dass das jeweilige Lagerauge ausgeformt werden kann. Der Platzhalter weist dabei einen kreisförmigen Querschnitt auf. Um jedes Insert, das mit einem Platzhalter verbunden ist, und um den entsprechenden Platzhalter wird dann eine Verbindungswicklung gewickelt, so dass je ein Lasteinleitelement ausgeformt wird. Diese Verbindungswicklungen können beispielsweise mittels einer zusätzlichen Fügeschicht stoffschlüssig mit dem Insert verbunden werden. Jede Verbindungswicklung kontaktiert ihr entsprechendes Insert an der Mantelfläche in einem Teilbereich. Der Lagerbereich der jeweiligen Inserts wird nicht kontaktiert von der jeweiligen Verbindungswicklung.
Die zwei Lasteinleitelemente werden danach in ein Formwerkzeug zur Herstellung der Achsstrebe eingesetzt. Ebenso wird das Kernprofil in das Formwerkzeug zur Herstellung der Achsstrebe eingesetzt. Das Kernprofil und die zwei Lasteinleitelemente werden daraufhin umwickelt mit der Tragwicklung, so dass eine Prä-Achsstrebe ausgeformt wird. Die Prä-Achsstrebe weist dieselbe Ausformung auf wie die Achsstrebe, ist aber noch nicht ausgehärtet.
Die Prä-Achsstrebe wird anschließend ausgehärtet, so dass die Achsstrebe ausgebildet wird. Danach wird die Achsstrebe dem Formwerkzeug entnommen. Die Platzhalter werden abschließend aus der Achsstrebe gelöst, wodurch die Lageraugen freigegeben werden. Diese Lageraugen weisen einen kreisförmigen Querschnitt auf.
Vorteilhaft an diesem Herstellungsverfahren ist, dass auf einfache Art und Weise die Achsstrebe ausgebildet werden kann. Durch die Platzhalter können die Lageraugen auf einfache Art und Weise ausgeformt werden, wobei gleichzeitig die thermischen Spannungen zwischen dem Insert und der Tragwicklung gering gehalten werden. Dadurch wird eine Achsstrebe mit einer erhöhten Stabilität im Vergleich zu einer herkömmlichen Achsstrebe nach dem Stand der Technik bereitgestellt.
Nach einer Ausführungsform wird mittels eines Klebeprozesses jedes Lagerauge der Achsstrebe mit einem Lager wirkverbunden. Diese Lager können z. B. Gummi-Metall-Lager sein. Um die Lager mit den Lageraugen zu verbinden, werden die Lageraugen zuerst gereinigt. Anschließend werden die Lager mittels einer Klebeschicht mit den Lageraugen gefügt. Die Klebeschicht wird daraufhin ausgehärtet. Jedes Lager ist somit stoffschlüssig mit seinem entsprechenden Lagerauge verbunden. In anderen Worten ergibt sich eine Spielpassung zwischen dem jeweiligen Lager und dem entsprechenden Lagerauge.
Anhand der im Folgenden erläuterten Figuren werden verschiedene Ausführungsbeispiele und Details der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Draufsicht eines Abschnitts einer Achsstrebe nach einem Ausführungsbeispiel,
2 eine schematische Darstellung des Lasteinleitelements der Achsstrebe aus 1,
3 eine schematische Darstellung eines Inserts eines Lasteinleitelements nach einem weiteren Ausführungsbeispiel,
4 eine schematische Darstellung einer Draufsicht eines Abschnitts einer Achsstrebe mit dem Insert aus 3,
5 eine schematische Darstellung der vollständigen Achsstrebe nach dem Ausführungsbeispiel aus 1.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Draufsicht eines Abschnitts einer Achsstrebe 2 nach einem Ausführungsbeispiel. Dargestellt sind ein Lasteinleitbereich 13 der Achsstrebe 2 und ein Abschnitt des Schaftbereichs 14. Die Achsstrebe 2 weist das Lasteinleitelement 1, das Kernprofil 11 und die Tragwicklung 12 auf. Das Lasteinleitelement 1 weist ein Insert 3 und eine Verbindungswicklung 4 sowie eine Fügeschicht 8 auf. Das Insert 3 ist mittels der Fügeschicht 8 mit der Verbindungswicklung 4 verbunden.
Das Insert 3 weist einen schaftseitigen Bereich 9 und einen Lagerbereich 6 auf. Zudem weist das Insert 3 zwei Aussparungen 5, die materialfrei sind, auf. Diese Aussparungen 5 dienen bei einer Lasteinleitung in die Achsstrebe 2 dazu, dass die Spannung innerhalb des Inserts 3 zielgerichtet verteilt wird. Das Insert 3 wird von der Verbindungswicklung 4 in einem Teilbereich umschlossen. Es ist deutlich zu erkennen, dass die Verbindungswicklung 4 das Insert 3 an einer Mantelfläche kontaktiert, da das Insert 3 als ein geometrischer Extrusionskörper ausgeformt ist. Der Lagerbereich 6 des Inserts 3 wird von der Verbindungswicklung 4 nicht kontaktiert bzw. umschlossen. Der Lagerbereich 6 des Inserts 3 ist kreisbogenförmig ausgeformt. Dieser Lagerbereich 6 stellt im Gegensatz zum Stand der Technik also keinen geschlossenen Ring dar. Der Lagerbereich 6 des Inserts 3 formt gemeinsam mit der Verbindungswicklung 4 ein Lagerauge 7, das einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, aus. Dieses Lagerauge 7 weist eine zylindrische Grundform auf.
Das Lasteinleitelement 1 ist symmetrisch ist zu einer Symmetrieebene 16. Das Lagerauge 7 weist eine Mittelachse 17 auf. Diese Symmetrieebene 16 ist senkrecht auf der Mittelachse 17 des Lagerauges 7.Diese Mittelachse 17 ist senkrecht auf einer Längsachse 18 der Achsstrebe 2. Die Längsachse 18 liegt vollständig in einer Symmetrieebene 16 der Achsstrebe 2.
Das Insert 3 ist aus SMC ausgeformt, das Kernprofil 11 ist aus einem FKV ausgeformt. Die Tragwicklung 12 ist aus einem FKV ausgeformt. Die Verbindungswicklung 4 ist aus einem FKV ausgeformt. Die Tragwicklung 12 und die Verbindungswicklung 4 können aus den gleichen FKVs ausgeformt sein.
Das Lasteinleitelement 1 stellt den Lasteinleitbereich 13 der Achsstrebe 2 dar. Wird die Achsstrebe 2 in einem Fahrzeug verwendet, werden in einem Lastfall Lasten in diesen Lasteinleitbereich 13 eingeleitet. Die Lasten werden zunächst von dem Lasteinleitelement 1 aufgenommen und anschließend an die Tragwicklung 12 weitergeleitet. Das Lasteinleitelement 1 ist entkoppelt von dem Kernprofil 11. Zwischen dem Kernprofil 11 und dem Lasteinleitelement 1, genauer zwischen dem Kernprofil 11 und dem schaftseitigen Bereich 9 des Lasteinleitelements 1, ist ein materialfreier Spalt 15 vorgesehen. Durch diesen Spalt 15 wird verhindert, dass Lasten von dem Lasteinleitelement 1 direkt in das Kernprofil 11 übertragen werden.
2 zeigt eine schematische Darstellung des Lasteinleitelements 1 der Achsstrebe 2 aus 1. Hier ist deutlich zu sehen, dass der Lagerbereich 6 des Inserts 3 kreisbogenförmig ausgeformt ist. Dieser Lagerbereich 6 formt gemeinsam mit der Verbindungswicklung 4 das Lagerauge 7 aus. Weiterhin ist deutlich zu erkennen, dass das Lasteinleitelement 1 symmetrisch ist zu der Symmetrieebene 16. Diese Symmetrieebene 16 ist senkrecht auf der Mittelachse 17 des Lagerauges 7.
Vorteilhaft an dieser speziellen Ausformung des Lasteinleitelements 1 ist, dass während eines Herstellungsprozesses für die Achsstrebe 2 in dem Verbindungsbereich, d.h. in der Fügeschicht 8, zwischen dem Insert 3 und der Verbindungswicklung 4 deutlich geringere thermische Spannungen bei einem Aushärteprozess auftreten, als bei herkömmlichen Achsstreben aus dem Stand der Technik. Dies führt zu einer stabileren Achsstrebe 2.
3 zeigt eine schematische Darstellung eines Inserts 3 eines Lasteinleitelements 1 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel. Das dargestellte Insert 3 weist einen Lagerbereich 6 und einen schaftseitigen Bereich 9 auf. Zudem weist das Insert 3 zwei Aussparungen 5 auf. Zudem weist das Insert 3 einen Steg 10 auf, der auf der Symmetrieebene 16 des Inserts 3 liegt. Dieser Steg 10 teilt die beiden Aussparungen 5 in zwei gleich große Teile auf. D.h., dass eine erste Aussparung 5 zweiteilig ausgeformt ist und dass eine zweite Aussparung 5 ebenfalls zweiteilig ausgeformt ist.
Der Lagerbereich 6 ist kreisbogenförmig ausgeformt wie bereits der Lagerbereich des Lasteinleitelements aus 1 und 2. Diese Kreisbogenform des Lagerbereichs 6 ist vor allem im Querschnitt des Inserts 3 zu erkennen, wobei die Querschnittsebene eine Ebene ist, die senkrecht ist zu einer Symmetrieebene 16 und zu einer Mittelachse 17. Die Mittelachse 17 stellt die Mittelachse des Lagerauges dar, welches hier noch nicht dargestellt ist. Das Insert 3 ist symmetrisch zur Symmetrieebene 16, welche senkrecht ist zu der Mittelachse 17, und in welcher eine Längsachse des Inserts und der gesamten Achsstrebe angeordnet ist.
Der schaftseitige Bereich 9 des Inserts 3 ist bogenförmig ausgebildet. Diese bogenförmige Ausformung wird vor allem im Querschnitt sichtbar. Die Querschnittsebene ist dieselbe wie zur Bestimmung der Kreisbogenform des Inserts 3.
Sowohl die Kreisbogenform des Lagerbereichs 6 als auch die Bogenform des schaftseitigen Bereichs 9 des Inserts 3 sind in dieselbe Richtung gekrümmt. Vorteilhaft an der bogenförmigen Ausformung des schaftseitigen Bereichs 9 des Inserts ist, dass bei einem Herstellungsverfahren der Achsstrebe 2 die Fasern der Verbindungswicklung 4 stets unter Vorspannung und glatt anliegend auf dem Insert 3 abgelegt werden können. Das Insert 3 ist aus SMC ausgeformt.
Weiterhin ist deutlich zu erkennen, dass das Insert 3 ein geometrischer Extrusionskörper ist. Dieser weist eine Mantelfläche auf, die von der Verbindungswicklung 4 kontaktiert werden kann. Dies ist in 4 näher dargestellt.
4 zeigt eine schematische Darstellung einer Draufsicht eines Abschnitts einer Achsstrebe 2 mit dem Insert 3 aus 3. Die hier dargestellte Achsstrebe 2 weist ein Kernprofil 11, eine Tragwicklung 12, ein Lasteinleitelement 1, das ausgeformt ist aus dem Insert 3, der Verbindungswicklung 4 und der Fügeschicht 8, auf.
Das Lasteinleitelement 1 ist ausgebildet mittels des Inserts 3, das in 3 dargestellt ist, mittels einer Fügeschicht 8 und mittels der Verbindungswicklung 4. Die Verbindungswicklung 4 umschließt die Mantelfläche des Inserts 3 in einem Teilbereich. Die Verbindungswicklung 4 umschließt nicht den Lagerbereich 6 des Inserts 3. Der Lagerbereich 6 und die Verbindungswicklung 4 formen gemeinsam ein Lagerauge 7 aus. Das Lagerauge 7 weist eine Mittelachse 17 auf. Diese Mittelachse 17 ist senkrecht auf einer Längsachse 18 des Lasteinleitelements 1 bzw. der gesamten Achsstrebe 2. Die Längsachse 18 liegt in einer Symmetrieebene 16 des Lasteinleitelements 1 und der gesamten Achsstrebe 2.
Ebenso wie in 1 wird das Lasteinleitelement 1 und das Kernprofil 11 in einem Teilbereich umschlossen von der Tragwicklung 12. Die Tragwicklung 12 ist ausgeformt aus einem FKV. Das Kernprofil 11 ist ebenfalls aus einem FKV ausgeformt.
Auch die Verbindungswicklung 4 sowie das Insert 3 sind aus einem FKV ausgeformt, wobei das Insert 3 aus SMC ausgeformt ist.
Das Lasteinleitelement 1 formt einen Lasteinleitbereich 13 der Achsstrebe 2 aus. Wird die Achsstrebe 2 in einem Fahrzeug verwendet und tritt ein Lastfall auf, wird eine Last über das Lasteinleitelement 1 in die Achsstrebe 2 eingeleitet. Diese Last wird zunächst von dem Lasteinleitelement 1 aufgenommen und dann weitergeleitet an die Tragwicklung 2. Damit die Last nicht in das Kernprofil 11 eingeleitet wird, ist zwischen dem Lasteinleitelement 1 und dem Kernprofil 11 ein Spalt 15 vorgesehen. Dieser Spalt 15 ist materialfrei ebenso wie die Aussparungen 5 und das Lagerauge 7. Genauer gesagt ist der Spalt 15 angeordnet zwischen dem schaftseitigen Bereich 9 und dem Kernprofil 11.
Die in 4 dargestellte Achsstrebe 2 weist dieselben Vorteile auf wie die in 1 und 2 dargestellte Achsstrebe 2. Vorteilhaft an dieser speziellen Ausformung des Lasteinleitelements 1 ist nämlich, dass während eines Herstellungsprozesses für die Achsstrebe 2 in dem Verbindungsbereich, d.h. in der Fügeschicht 8, zwischen dem Insert 3 und der Verbindungswicklung 4 deutlich geringere thermische Spannungen bei einem Aushärteprozess auftreten, als bei herkömmlichen Achsstreben aus dem Stand der Technik. Dies führt zu einer stabileren Achsstrebe 2.
5 zeigt eine schematische Darstellung der vollständigen Achsstrebe 2 nach dem Ausführungsbeispiel aus 1. Es ist deutlich zu erkennen, dass die Achsstrebe 2 zwei baugleiche Lasteinleitelemente 11 aufweist. Diese werden in einem Teilbereich von der Tragwicklung 12 umschlossen. Ebenso wird das Kernprofil 11, das zwischen den beiden Lasteinleitelementen angeordnet ist, in einem Teilbereich von der Tragwicklung 12 umschlossen. Die Tragwicklung 12 formt eine Mantelfläche der Achsstrebe 2 aus.
Die Achsstrebe 2 erstreckt sich also von einem ersten Lasteinleitelement 1 über das Kernprofil 11 zum zweiten Lasteinleitelement 1. Zwischen dem ersten Lasteinleitelement 1 und dem Kernprofil 11 ist ein Spalt 15 angeordnet. Zwischen dem zweiten Lasteinleitelement 1 und dem Kernprofil 11 ist ein weiterer Spalt 15 angeordnet. Dies ist bereits aus 1 ersichtlich. Wird die Achsstrebe 2 in einem Fahrzeug verwendet und tritt ein Lastfall auf, wird eine Last über das Lagerauge in eines der Lasteinleitelemente 1 oder in beide Lasteinleitelemente 1 eingeleitet. Diese Last wird von den Lasteinleitelementen 1 oder von dem Lasteinleitelement 1 weitergeleitet an die Tragwicklung 12. Diese nimmt die Last auf.
Vorteilhaft an dieser Achsstrebe 2 ist, dass diese stabiler ist als herkömmliche Achsstreben aus dem Stand der Technik. Die beiden Inserts 3 weisen einen kreisbogenförmigen Lagerbereich 6 auf. Dadurch treten bei der Herstellung und der Aushärtung der Achsstrebe 2 geringere thermische Spannungen im Verbindungsbereich zwischen den Inserts 3 und den Verbindungswicklungen 4 auf.
Die hier dargestellten Beispiele sind nur beispielhaft gewählt. Beispielsweise können die Inserts aus einem metallischen Material, z.B. aus Aluminium, ausgeformt sein. Weiterhin können die Inserts andere Aussparungen oder mehr oder weniger Aussparungen als hier dargestellt aufweisen.
Bezugszeichenliste

1: Lasteinleitelement
2: Achsstrebe
3: Insert
4: Verbindungswicklung
5: Aussparung
6: Lagerbereich
7: Lagerauge
8: Fügeschicht
9: schaftseitiger Bereich
10: Steg
11: Kernprofil
12: Tragwicklung
13: Lasteinleitbereich
14: Schaftbereich
15: Spalt
16: Symmetrieebene
17: Mittelachse
18: Längsachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102015215077 A1 [0003]

Claims

Lasteinleitelement (1) für eine Achsstrebe (2) eines Fahrzeugs, umfassend ein Insert (3) und eine Verbindungswicklung (4), wobei das Insert (3) wenigstens eine Aussparung (5) aufweist, wobei die Verbindungswicklung (4) aus einem Faserkunststoffverbundmaterial ausgeformt ist, wobei die Verbindungswicklung (4) das Insert (3) an einem Teilbereich einer Mantelfläche des Inserts (3) umschließt, wobei das Insert (3) einen Lagerbereich(6) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Insert (3) an diesem Lagerbereich (6) im Querschnitt kreisbogenförmig ausgebildet ist, und dass der Lagerbereich (6) des Inserts (3) und die Verbindungswicklung (4) gemeinsam ein Lagerauge (7) ausformen.
Lasteinleitelement (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Insert (3) mittels einer Fügeschicht (8) mit der Verbindungswicklung (4) verbunden ist.
Lasteinleitelement (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Insert (3) aus einem metallischen Material ausgeformt ist.
Lasteinleitelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Insert (3) aus einem Faserkunststoffverbundmaterial ausgeformt ist.
Lasteinleitelement (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Insert (3) einen schaftseitigen Bereich (9) aufweist, der dem Lagerbereich (6) entgegengesetzt ist, wobei der schaftseitige Bereich (9) im Querschnitt bogenförmig ausgebildet ist.
Lasteinleitelement (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lasteinleitelement (1) wenigstens einen Steg (10) aufweist, welcher die wenigstens eine Aussparung (5) in wenigstens zwei Teile aufteilt.
Achsstrebe (2) für ein Fahrzeug, umfassend ein Kernprofil (11) und eine Tragwicklung (12), wobei die Achsstrebe (2) zwei Lasteinleitbereiche (13) und einen Schaftbereich (14) aufweist, wobei das Kernprofil (11) an dem Schaftbereich (14) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Achsstrebe (2) zwei Lasteinleitelemente (1) nach einem der vorherigen Ansprüche umfasst, wobei jedes Lasteinleitelement (1) an einem Lasteinleitbereich (13) angeordnet ist, wobei zwischen dem Kernprofil (11) und den beiden Lasteinleitelementen (1) ein Spalt (15) vorgesehen ist, wobei die Tragwicklung (12) die beiden Lasteinleitelemente (1) und das Kernprofil (11) in einem Teilbereich umschließt.
Achsstrebe (2) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Kernprofil (11) aus einem Faserkunststoffverbundmaterial und dass die Tragwicklung (12) aus einem Faserkunststoffverbundmaterial ausgeformt sind.
Verfahren zur Herstellung einer Achsstrebe (2) nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass - zwei Inserts (3) gereinigt werden, - jedes Insert (3) mit einem Platzhalter lösbar verbunden wird, so dass das jeweilige Lagerauge (7) ausgeformt werden kann, - um jedes Insert (3), das mit einem Platzhalter verbunden ist, und um den entsprechenden Platzhalter eine Verbindungswicklung (4) gewickelt wird, so dass je ein Lasteinleitelement (1) ausgeformt wird, - die zwei Lasteinleitelemente (1) in ein Formwerkzeug zur Herstellung der Achsstrebe (2) eingesetzt werden, - das Kernprofil (11) in das Formwerkzeug zur Herstellung der Achsstrebe (2) eingesetzt wird, - das Kernprofil (11) und die zwei Lasteinleitelemente (1) umwickelt werden mit der Tragwicklung (12), so dass eine Prä-Achsstrebe ausgeformt wird, - die Prä-Achsstrebe ausgehärtet wird, so dass die Achsstrebe (2) ausgebildet wird, - die Achsstrebe (2) dem Formwerkzeug entnommen wird, - die Platzhalter aus der Achsstrebe (2) gelöst werden.
Verfahren zur Herstellung einer Achsstrebe (2) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines Klebeprozesses jedes Lagerauge (7) mit einem Lager wirkverbunden wird.