DE102019206435A1

DE102019206435A1 - Mehrpunktlenker für ein Fahrwerk eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102019206435A1
Application number: DE102019206435.3A
Authority: DE
Inventors: Ingolf Müller; Jens Heimann; Andre Stieglitz; Carsten Sohl; Valentin HÖRTDÖRFER
Original assignee: Schafer MWN GmbH; SCHAEFER MWN GmbH; ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: Schafer MWN GmbH; SCHAEFER MWN GmbH; ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2019-05-06
Filing date: 2019-05-06
Publication date: 2020-11-12
Also published as: CN113874231A; WO2020224906A1; EP3966049A1; US20220212511A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Mehrpunktlenker (1) für ein Fahrwerk eines Fahrzeugs, bestehend aus einem Kernelement (5) aus einem Schaummaterial und zumindest einem um das Kernelement (5) gewickelten Roving (10) aus gebündelten Endlosfasern, wobei der zumindest eine, das Kernelement (5) in zumindest einer Schicht umwickelnde, Roving (10) eine äußere Schicht des Mehrpunktlenkers (5) bildet, wobei das Kernelement (5) als ein Hohlkörper ausgeführt ist, der aus zumindest zwei Schalenelementen (11, 12) besteht.

Description

Die Erfindung betrifft einen Mehrpunktlenker für ein Fahrwerk eines Fahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Mehrpunktlenkers für ein Fahrwerk eines Fahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 14.
Mehrpunktlenker, wie beispielsweise ein Vierpunktlenker, kommen insbesondere in Nutzfahrzeugen zum Einsatz, um eine Starrachse federnd in einem Fahrzeugrahmen zu führen. Ein als Vierpunktlenker ausgeführter Mehrpunktlenker übernimmt dabei die Funktionen von Querführung und Längsführung der Starrachse. Darüber hinaus erfüllt ein solcher Mehrpunktlenker die Funktion eines Stabilisators und ist somit bei Wankbewegungen eines Fahrzeugaufbaus, die z. B. während einer Kurvenfahrt auftreten, zusätzlichen Wanklasten ausgesetzt.
Ein als Dreipunktlenker ausgeführter Mehrpunktlenker wird im Nutzkraftfahrzeugbereich in Sattelzugmaschinen eingesetzt, um die Achse am Strukturrahmen anzubinden. Dreipunktlenker tragen in erheblichem Maße zur Querführung und Längsführung der Achse bei. Ein Dreipunktlenker führt die Achse in einer oberen Lenkerebene und ist während eines Fahrbetriebs des Nutzkraftfahrzeugs hohen Längslasten und Querlasten ausgesetzt.
Ein Mehrpunktlenker der eingangs genannten Art ist aus der DE 10 2016 209 041 A1 bekannt. Der Mehrpunktlenker besteht aus einem Kernelement aus einem Schaummaterial und zumindest einem um das Kernelement gewickelten Roving (Faserbündel). Der zumindest eine das Kernelement in zumindest einer Schicht umwickelnde Roving bildet eine äußere Schicht des Mehrpunktlenkers. Das Kernelement ist hauptsächlich dazu vorgesehen, die Form des Mehrpunktlenkers auszubilden. Dabei ist das Kernelement selbst nicht oder nur bedingt zur Aufnahme von Lasten vorgesehen, sondern vorrangig zur Ablage bzw. Umwicklung mit dem Roving, um eine belastbare Tragstruktur auszubilden. Lasten und Kräfte, die durch eine Fahrzeugachse bzw. einen Radträger in den Mehrpunktlenker in dafür vorgesehene Lasteinleitungsbereichen eingeleitet werden, werden hauptsächlich von der aus zumindest einem Roving gebildeten äußeren Schicht des Mehrpunktlenkers aufgenommen. Das Kernelement, welches durch den zumindest einen Roving während eines Wickelvorgangs umwickelt wird, gibt die jeweilige Bauteilkontur des Mehrpunktlenkers vor. Dabei muss das Kernelement die Kräfte aufnehmen können, welche der unter Zugspannung gehaltene zumindest eine Roving während des Wickelprozesses, insbesondere zu Beginn des Wickelprozesses, auf das Kernelement ausübt. Das Kernelement darf sich beim Umwickeln nur sehr gering verformen, da das Kernelement für den Mehrpunktlenker formgebend ist und wesentliche geometrische Abmessungen (Kinematikpunkte) des Mehrpunktlenkers in engen Toleranzen eingestellt werden müssen. Zu diesem Zweck ist das aus der DE 10 2016 209 041 A1 bekannte Kernelement als ein permanenter und zugleich massiver Vollkern ausgeführt. Nachteilig an einer Ausführung als Vollkern ist, dass dieser, bedingt durch das verwendete Schaummaterial mit hoher Dichte, eine relativ hohe Masse aufweist. Die ebenfalls in der
DE 10 2016 209 041 A1 beschriebene Ausgestaltung des Kernelementes als temporäres Kernelement in Form eines verlorenen Kerns, weist den Nachteil auf, dass der Aufwand zur Herstellung eines solchen verlorenen Kerns sowie dessen Entfernung aus dem fertigen Mehrpunktlenker groß ist.
Ausgehend vom vorstehend beschriebenen Stand der Technik ist es nun die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Mehrpunktlenker für ein Fahrwerk eines Fahrzeugs, insbesondere Personenkraftfahrzeug oder Nutzkraftfahrzeug, weiterzubilden, wobei insbesondere die Großserientauglichkeit verbessert und der Herstellungsprozess beschleunigt und kosteneffizienter werden sollen.
Diese Aufgabe wird aus vorrichtungstechnischer Sicht ausgehend vom Oberbegriff des Anspruches 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Aus verfahrenstechnischer Sicht erfolgt eine Lösung der Aufgabe ausgehend vom Oberbegriff des nebengeordneten Anspruches 14 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen. Die auf den unabhängigen Anspruch 1 folgenden abhängigen Ansprüche geben jeweils vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
Gemäß dem Anspruch 1 wird ein Mehrpunktlenker für ein Fahrwerk eines Fahrzeugs, bestehend aus einem Kernelement aus einem Schaummaterial und zumindest einem um das Kernelement gewickelten Roving aus gebündelten Endlosfasern, wobei der zumindest eine, das Kernelement in zumindest einer Schicht umwickelnde, Roving eine äußere Schicht des Mehrpunktlenkers bildet, wobei das Kernelement als ein Hohlkörper ausgeführt ist, der aus zumindest zwei Schalenelementen besteht. Die Ausführung des Kernelements als ein zumindest zweiteiliger Hohlkörper hat den Vorteil einer geringeren Masse gegenüber einem Vollkern. Die zumindest zwei Schalenelemente lassen sich bei reduziertem Materialeinsatz einfacher und kostengünstiger herstellen als Kernelemente, die als Vollkerne oder verlorene Kerne ausgeführt sind. Gegenüber verlorenen Kernen weist das als mehrteiliger Hohlkörper ausgeführte Kernelement zudem den Vorteil auf, dass durch den Verbleib im Inneren der durch Umwicklung ausgebildeten Schicht Lasten während der Nutzungsphase des Mehrpunklenkers aufnehmen kann. Hierzu kann das Schaummaterial bevorzugt eine höhere Dichte aufweisen als Schaummaterial, welches zur Herstellung von Vollkernen zum Einsatz kommen kann.
Insbesondere kann der Roving unmittelbar vor dem Wickeln des Kernelements imprägniert werden oder es kann ein mit Harz vorimprägnierter Roving (Towpreg-Halbzeug) verwendet werden. Bei dem Nasswickelverfahren wird der Roving unmittelbar vor dem Wickeln in Harz getränkt und um das Kernelement gewickelt. Eine maximale Ablegegeschwindigkeit des Rovings auf das Kernelement ist aufgrund der Harzverluste, durch beispielsweise Fliehkräfte während des Wickelns, auf ca. 0,5 m/s begrenzt. Demgegenüber kann die Ablegegeschwindigkeit durch die Verwendung von vorimprägnierten Rovings erheblich gesteigert werden, da das Harz ausgetrocknet ist und somit Fliehkräfte keinen Einfluss haben. Insbesondere roboterbasierte 3D-Faserwickelverfahren erlauben eine gezielte, faseroptimale Ablage von vorimprägnierten Rovings mit sehr hoher Ablagegeschwindigkeit auf einem nahezu beliebig konturierten Kernelement. Vorzugsweise wird ein Towpreg-Halbzeug eingesetzt, um höchste Wickelgeschwindigkeiten erzielen zu können. Aufgrund der ausgeprägten Klebrigkeit des vorimprägnierten Halbzeuges und der mehrachsigen Rotation von Bauteil und Rovings mittels einem oder mehrerer Roboter oder Drehgestelle können gekrümmte Wickelbahnen auch außerhalb einer geodätischen Bahn, das heißt außerhalb einer zwei Punkte auf kürzester Strecke verbindendenden Bahn, erzeugt werden.
Als Roving wird ein Bündel, Strang oder Multifilamentgarn aus parallel angeordneten Filamenten (Endlosfasern) bezeichnet, der überwiegend in der Fertigung von Faserverbundkunststoffen oder faserverstärkten Kunststoffen verwendet wird. Am häufigsten werden Filamente aus Glas, Aramid oder Kohlenstoff zu Rovings zusammengefasst.
Bevorzugt können die zumindest zwei Schalenelemente formschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden sein. Im einfachsten Fall können die zumindest zwei Schalenelemente durch Verkleben stoffschlüssig miteinander verbunden werden. Das Verkleben hat den Vorteil, dass der das Kernelement bildende Hohlkörper fluiddicht ausführbar ist. Eine formschlüssige Verbindung der zumindest zwei Schalenelemente bietet den Vorteil, dass die Positionierung der zumindest zwei Schalenelemente beim Fügen zu dem Kernelement vorgebbar ist.
Insbesondere kann das Kernelement an distalen Enden angeordnete Abschnitte zur Aufnahme von Lasteinleitelementen aufweisen. Hierzu können in den Abschnitten des Kernelementes der Lasteinleitung dienende Buchsen angeordnet sein, die der Aufnahme von Lasteinleitelementen dienen. Die Lasteinleitelemente können als Gelenklager oder Elastomerlager respektive Molekularlager ausgeführt sein, deren Lagerkomponenten zumindest teilweise von den Buchsen aufgenommen werden.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung können die zumindest zwei Schalenelemente symmetrisch ausgebildet sein. Insbesondere können die zumindest zwei Schalenelemente, wenn das herzustellende Kernelement zwei senkrechte Symmetrieachsen aufweist, mittels nur eines Werkzeugs hergestellt werden.
Bevorzugt können die zumindest zwei Schalenelemente eine innenliegende Stützstruktur aufweisen. Mittels der innenliegenden Stützstruktur kann das Kernelement ausgesteift werden. Dabei kann durch das Vorsehen der innenliegenden Stützstruktur das Kernelement dünnwandiger ausgeführt werden, wodurch eine weitere Massereduktion erreichbar ist. Die innenliegende Stützstruktur kann beispielsweise durch punkt- oder linienförmige Abstandselemente oder Rippen ausgebildet sein. Die Abstandselemente oder Rippen erstrecken sich bevorzugt im Wesentlichen senkrecht zu der Innenfläche des jeweiligen Schalenelementes. Somit können die Abstandselemente oder Rippen in zum Kernelement gefügter Position der Schalenelemente einander gegenüberstehend angeordnet sein.
Vorteilhaft ist es, wenn die zumindest zwei Schalenelemente durch die Stützstruktur form- und/oder kraftschlüssig verbunden sind. Hierzu kann die Stützstruktur als komplementäre Verbindungselemente ausgeführt sein, die beim Zusammenfügen der zumindest zwei Schalenelemente zumindest formschlüssig ineinandergreifen. Zusätzlich können die komplementären Verbindungselemente mit Hinterschneidungen ausgeführt sein. Die Hinterschneidungen können dabei pilzförmig oder als ein Anschlag ausgeführt sein. Hierdurch lässt sich eine Art Klickverbindung zwischen den zumindest zwei Schalenelementen realisieren. Das Herstellen der Schalenelemente mit Hinterschneidungen wird dadurch ermöglicht, wenn das zur Herstellung verwendete Schaummaterial eine zerstörungsfreie Zwangsentformung aus dem Werkzeug zulässt.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung kann die innenliegende Stützstruktur als eine sich abschnittsweise über eine flächige Ebene des jeweiligen Schalenelementes erstreckende Materialanhäufung ausgebildet sein. Die Lage und Anordnung der Materialanhäufung kann hierzu beispielsweise zumindest teilweise durch Wickelpfade des zumindest einen Rovings vorgegeben sein. Eine zumindest teilweise Orientierung des Verlaufs der Materialanhäufung an Lastpfaden, entlang der von dem Mehrpunktlenker Lasten aufgenommen und weiterlegleitet werden können, ist ebenfalls vorteilhaft. Selbstverständlich ist das Vorsehen einer Materialanhäufung mit einer aus punkt- oder linienförmigen Abstandselementen oder Rippen bestehenden Stützstruktur miteinander kombinierbar.
Insbesondere kann die Materialanhäufung eine fachwerkartige Struktur ausbilden. Hierdurch kann eine hohe Tragfähigkeit und Steifigkeit der Schalenelemente erreicht werden.
Weiterhin kann zur Fügung der zumindest zwei zusammengeführten Schalenelemente zu dem Kernelement eine abschnittsweise Umwicklung der zumindest zwei zusammengeführten Schalenelemente mit zumindest einem separaten Roving vorgesehen sein. Durch das Umwickeln der zumindest zwei zusammengeführten Schalenelemente mit zumindest einem separaten Roving wird eine Fügung durch Umschnürung erreicht. Dadurch kann eine Verbindung der zumindest zwei Schalenelemente durch Stoffschluss, Kraftschluss oder Formschluss ganz oder zumindest teilweise entfallen.
Bevorzugt können zur Verstärkung des Kernelements in seinem Inneren und/oder auf seiner Außenseite separate Rovings in Führungskanälen angeordnet sein. Durch das Anordnen von separaten Rovings in Führungskanälen auf der Innenseite der Schalenelemente und/oder auf der Außenseite der Schalenelemente, d.h. im Inneren oder auf der Außerseite des Kernelementes, kann eine weitere Verstärkung des Kernelementes erreicht werden. Die separaten Rovings können automatisiert mittels Roboter angeordnet werden. Die Ablage der separaten Rovings in den eingebrachten Führungskanälen kann derart erfolgen, dass dabei eine fachwerkähnliche Struktur ausgebildet wird. Damit wird das Kernelement in seiner Form stabilisiert und kann während des anschließenden Wickelvorganges höhere Lasten aufnehmen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die fachwerkähnliche Struktur auf der Außenseite des Kernelementes an das zumindest eine Roving, das durch den Umwicklungsprozess eine äußere Schicht des Mehrpunktlenkers bildet, angebunden werden kann. Hierdurch kann eine Verstärkung der Tragstruktur des Kernelementes erreicht werden. Hierbei fungieren die separaten Rovings im Kernelement als auch auf dessen Außenseite als fachwerkartige Einleger und Aussteifung der Tragstruktur. Da die separaten Rovings nicht auf freien geodätischen Bahnen abgelegt werden müssen, sondern sich in den Führungskanälen befinden, ist eine sehr freie und gezielte Verstärkung der Struktur beispielsweise für bestimmte Lastfälle möglich.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung können die zum Kernelement zusammengefügten Schalenelemente mit im Wesentlichen senkrecht aufeinander stehenden Wandungen ausgeführt sein, welche die Außenkontur begrenzen, wobei die Wandungen Hinterschneidungen aufweisen, die im gefügten Zustand der Schalenelemente formschlüssig ineinandergreifen. Insbesondere weisen die Wandungen komplementäre Hinterschneidungen an einander zugewandten Fügeflächen auf, so dass die zumindest zwei Schalenelemente zusammengefügt abschnittsweise ineinandergreifen. Zusätzlich kann in diesem Bereich ein Klebstoff aufgebracht werden, um die zumindest zwei Schalenelemente sowohl formschlüssig als auch stoffschlüssig miteinander zu verbinden. Insbesondere sind die Hinterschneidungen als Versprünge ausgebildet, beispielsweise in Form von Stufen.
Vorzugsweise können die zumindest zwei Schalenelemente in zusammengefügter Position fluiddicht ausgeführt sind, so dass ein von den zumindest zwei Schalenelementen umschlossener Hohlraum mit einem Fluid befüllbar ist. Das fluiddichte Ausführen des Kernelementes kann insbesondere durch eine stoffschlüssige Verbindung der Schalenelemente, wie beispielsweise Verkleben, erreicht werden. Auf diese Weise kann die temporäre Tragfähigkeit, die insbesondere zu Beginn des Umwickelns mit dem zumindest einen Roving erforderlich ist, erhöht werden. Indem der Hohlraum in dem Kernelement während des Wickelns durch einen Innendruck mittels eines Fluids, einer Flüssigkeit oder einem Gas, temporär druckbeaufschlagt wird, wird das Kernelement zusätzlich stabilisiert.
Bevorzugt kann in das als Hohlkörper ausgebildete Kernelement vor dem Umwickeln ein Funktionselement einbringbar sein. Denkbar ist beispielsweise eine Anordnung von Elektronikkomponenten, wie beispielsweise einer Leiterplatte, eines Energiespeichers, eines Datenspeichers, eines Funkmoduls und dergleichen vor dem Fügen und anschließenden Umwickeln des Kernelements. Derartige Funktionselemente können beispielsweise für ein System zur Schadenserkennung oder zur Erfassung von Belastungszyklen des Mehrpunktlenkers zum Einsatz kommen. Der Vorteil des mehrteiligen Kernelements besteht darin, dass die Funktionselemente einfach vor dem Fügen des Kerns eingebaut werden können.
Weiterhin wird die eingangs gestellte Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung eines Mehrpunktlenkers mit den Merkmalen gemäß dem Anspruch 14 gelöst.
Gemäß dem Anspruch 14 wird ein Verfahren zur Herstellung eines Mehrpunktlenkers für ein Fahrwerk eines Fahrzeugs nach einem der Ansprüche 1 bis 13 vorgeschlagen, welches durch die nachfolgenden Verfahrensschritte gekennzeichnet ist:

- Herstellen zumindest zweier Schalenelemente aus einem Schaummaterial,
- Fügen der zumindest zwei Schalenelemente zur Ausbildung eines hohlen Kernelementes, und
- Umwickeln des Kernelementes mit zumindest einem Roving aus gebündelten Endlosfasern .

Die Ausführung des Kernelements als ein zumindest zweiteiliger Hohlkörper hat den Vorteil einer geringeren Masse gegenüber einem Vollkern. Die zumindest zwei Schalenelemente lassen sich bei reduziertem Materialeinsatz einfacher und kostengünstiger herstellen als Kernelemente, die als Vollkerne oder verlorene Kerne ausgeführt sind. Gegenüber verlorenen Kernen weist das als mehrteiliger Hohlkörper ausgeführte Kernelement zudem den Vorteil auf, dass es während der Nutzungsphase des Mehrpunklenkers Lasten aufnehmen kann. Hierzu kann das Schaummaterial bevorzugt eine höhere Dichte aufweisen als Schaummaterial, welches zur Herstellung von Vollkernen zum Einsatz kommen kann.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung, die nachfolgend erläutert wird, sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt:

1a bis 1c schematische Ansichten von Mehrpunktlenkern für ein Fahrwerk eines Fahrzeugs;
2 schematisch eine Draufsicht auf einen als Vierpunktlenker ausgeführten Mehrpunktlenker;
3 schematisch eine perspektivische Teilansicht eines Kernelementes des Mehrpunktlenkers gemäß 2;
4 schematisch das Kernelement gemäß 3 mit einem transparent dargestellten Schalenelement;
5 schematisch eine Schnittansicht des Kernelementes entlang der Linie A-A gemäß 3;
6 eine Detailansicht X gemäß 5;
7 schematisch eine weitere Ausführungsform des Kernelementes gemäß 3 mit einem transparent dargestellten Schalenelement;
8 schematisch eine perspektivische Teilansicht eines Kernelementes mit einer außenseitigen Stützstruktur;
9 eine schematische Darstellung eines Führungskanales zur Ablage einer als zumindest einem separaten Roving ausgeführten Stützstruktur auf der Außenseite des Kernelementes; und
10 eine schematische Darstellung eines Führungskanales gemäß einer weiteren Ausführungsform.

Nachfolgend werden für identische oder funktionsgleiche Bauteile oder Komponenten die gleichen Bezugszeichen verwendet.
In den 1a bis 1c sind schematische Ansichten von verschiedenen Mehrpunktlenkern 1 für ein - nicht dargestelltes - Fahrwerk eines Fahrzeugs dargestellt. So zeigt 1a einen als Dreipunktlenker ausgeführten Mehrpunktlenker 1. Der Mehrpunktlenker 1 umfasst einen Körper 2, der mehrere Krafteinleitungsbereiche 4 aufweist, die durch eine Verbindungsstruktur 3 miteinander verbunden sind. Der Körper 2 bestimmt im Wesentlichen die Grundform des Mehrpunktlenkers 1. In den 1 b und 1c ist beispielhaft ein als Vierpunktlenker bzw. ein als Fünfpunktlenker ausgeführter Mehrpunktlenker 1 dargestellt. Mehrpunktlenker 1 können kinematische Punkte in einem Fahrwerk und/oder in einer Radaufhängung verbinden und Bewegungen und/oder Kräfte übertragen. Hierbei kann die Verbindung des Mehrpunktlenkers 1 mit weiteren Bestandteilen des Fahrwerks mittels Gelenken realisiert sein, die in den Krafteinleitungsbereichen 4 angeordnet sind.
Die Darstellung in 2 zeigt schematisch eine Draufsicht auf einen als Vierpunktlenker ausgeführten Mehrpunktlenker 1. Der erfindungsgemäße Mehrpunktlenker 1 umfasst ein Kernelement 5, das aus einem Schaummaterial besteht, und zumindest einen um das Kernelement 5 gewickelten Roving 10 aus gebündelten Endlosfasern, wobei das zumindest eine das Kernelement 5 in zumindest einer Schicht umwickelnde Roving 10 eine äußere Schicht des Mehrpunktlenkers 1 bildet. Das Kernelement 5 weist ein Torsionselement 6 sowie vier mit dem Torsionselement 6 einteilig verbundene Tragarme 7 auf. An distalen Enden der Tragarme 7 sind Abschnitte 8 zur Aufnahme von Lasteinleitelementen angeordnet. Hierzu ist an dem jeweiligen Abschnitt 8 eine Buchse 9 zur Aufnahme eines jeweiligen - nicht dargestellten - als Gelenklager oder Elastomerlager ausgeführten Lasteinleitelementes angeordnet. Der als Vierpunktlenker ausgeführte Mehrpunktlenker 1 kommt beispielsweise in einem Nutzfahrzeug als Fahrwerksanbindung zum Einsatz und vereinigt dabei die Aufgaben eines separaten Dreiecklenkers und eines separaten Wankstabilisators in einem einzigen Fahrwerkbauteil. Somit übernimmt der als Vierpunktlenker ausgeführte Mehrpunktlenker 1 die Aufgabe der Querführung und Längsführung einer Starrachse sowie die Wankstabilisierung.
In 3 ist schematisch eine perspektivische Teilansicht nur des Kernelementes 5 gemäß 2 dargestellt. Das Kernelement 5 ist erfindungsgemäß als ein Hohlkörper ausgeführt, der aus zumindest zwei Schalenelementen 11, 12 besteht, die zusammengefügt werden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind das untere Schalenelement 11 und das obere Schalenelement 12 als Halbschalen ausgebildet. Die zumindest zwei Schalenelemente 11, 12 sind bevorzugt symmetrisch ausgeführt. Die als Halbschalen ausgeführten Schalenelemente 11, 12 weisen einen im Wesentlichen U-förmigen Profilquerschnitt auf. Die zum Kernelement 5 zusammengefügten Schalenelemente 11, 12 weisen im Wesentlichen senkrecht aufeinander stehende Wandungen 13, 14 auf. Die Wandungen 13, 14 begrenzen die Außenkontur des jeweiligen Schalenelementes 11, 12. Stirnflächen an den Wandungen 13, 14 bilden sich quer zu den Wandungen 13, 14 erstreckende Anlageflächen 15, 16 aus, auf welchen die Schalenelemente 11, 12 nach dem Fügen aufeinanderliegen. Zur unlösbaren Verbindung kann vor dem Fügen ein Klebstoff auf eine oder beide Anlageflächen 15, 16 aufgebracht werden, wodurch eine stoffschlüssige Verbindung der zumindest zwei Schalenelemente 11, 12 erreicht wird. Die stoffschlüssige Verbindung ermöglicht es zudem, das Kernelement 5 fluiddicht auszuführen.
4 zeigt schematisch das Kernelement 5 gemäß 3 mit einem transparent dargestellten oberen Schalenelement 12. Durch die transparente Darstellung des oberen Schalenelementes 12 sind im Inneren der beiden Schalenelemente 11, 12 einander gegenüberliegend angeordnete, insbesondere komplementär ausgeführte, Verbindungselemente 17, 18 sichtbar. Dabei können die Verbindungselemente 17 des unteren Schalenelementes 11 als zylindrische Stifte ausgeführt sein und die Verbindungselemente 18 des oberen Schalenelementes 12 als hohlzylindrische Abschnitte, in welche die als zylindrische Stifte ausgeführten Verbindungselemente 17 einführbar sind. Mittels der Verbindungselemente 17, 18 lassen sich die zumindest zwei Schalenelemente 11, 12 form- und/oder kraftschlüssig miteinander verbinden. Zudem lassen sich durch die Verbindungselemente 17, 18 die zumindest zwei Schalenelemente 11, 12 hinsichtlich ihrer Positionierung beim Fügen festlegen.
Darüber hinaus fungieren die Verbindungselemente 17, 18 als eine Stützstruktur 19 im Inneren des Kernelementes 5. Hierdurch wird das Kernelement 5 ausgesteift, was die Belastbarkeit des Kernelementes 5 insbesondere zu Beginn des Wickelprozesses erhöht.
Die Stützstruktur 19 im Inneren der jeweiligen Schalenelementes 11, 12 kann alternativ als Rippen oder als punkt- und/oder linienförmige Abstandselemente ausgeführt sein. In gefügtem Zustand der Schalenelemente 11, 12 stehen die Rippen oder punkt- und/oder linienförmige Abstandselemente aufeinander, so dass die beim Umwickeln des Kernelementes 5 mit dem zumindest einen Roving 10 aufgenommene Druckkräfte, die aus der Fadenspannung des Rovings 10 resultieren, nicht zu einer ungewollten Verformung des Kernelementes 5 führen.
In 5 ist schematisch eine Schnittansicht des Kernelementes 5 entlang der Linie A-A gemäß 3 dargestellt. Der Schnitt durch zwei der Verbindungselemente 17, 18 veranschaulicht die formschlüssige Verbindung zwischen den beiden Schalenelementen 11, 12 durch die Verbindungselemente 17, 18. Für die Herstellung der zumindest zwei Schalenelemente 11, 12 sind im Allgemeinen zwei Werkzeuge erforderlich, um die Schalenelemente 11, 12 mit den komplementären Verbindungselementen 17, 18 auszubilden. Denkbar ist aber die Verwendung nur eines Werkzeugs, wenn das herzustellende Kernelement 5 mindestens zwei senkrechte Symmetrieachsen aufweist und die Symmetriebedingungen entsprechend genutzt werden.
6 zeigt eine Detailansicht X gemäß 5. Die Wandungen 13, 14 der Schalenelemente 11, 12 weisen jeweils Hinterschneidungen 29 auf, die beim Fügen der Schalenelemente 11, 12 formschlüssig ineinandergreifen. Hierdurch werden die beiden Schalenelemente 11, 12 zumindest gegen ein Verschieben in Querrichtung des Kernelementes 5 gesichert. Die Hinterschneidungen 29 sind hier als Versprünge in Form von Stufen ausgebildet.
In 7 ist schematisch eine weitere Ausführungsform des Kernelementes 5 gemäß 3 mit einem transparent dargestellten oberen Schalenelement 12 dargestellt. Diese Ausführungsform weist zusätzlich eine Stützstruktur 19 auf, welche als eine sich abschnittsweise über eine innenliegende flächige Ebene des jeweiligen Schalenelementes 11, 12 erstreckende, insbesondere strukturierte, Materialanhäufung 20 ausgebildet ist. Der Verlauf der Materialanhäufung 20 auf der jeweiligen Innenseite der Schalenelemente 11, 12 kann bevorzugt einer fachwerkartigen Struktur entsprechen.
8 zeigt schematisch eine perspektivische Teilansicht eines Kernelementes 5 mit einer außenseitigen Stützstruktur 21. Die außenseitige Stützstruktur 21 besteht aus zumindest einem separaten Roving 22, 23, 24, 25. Bevorzugt sind mehrere separate Rovings 22, 23, 24, 25 vorgesehen, um die zumindest zwei Schalenelemente 11, 12, die zum Kernelement 5 zusammengesetzt werden, zu fügen und miteinander zu verbinden. Dadurch können Hinterschneidungen an den Anlageflächen 15, 16 oder das Verkleben der zumindest zwei Schalenelemente 11, 12 miteinander entfallen. Des Weiteren wird durch die separaten Rovings 22, 23, 24, 25 eine zusätzliche Stabilisierung des Kernelementes 5 erreicht, wodurch dieses während des anschließenden Wickelvorgangs höhere Lasten aufnehmen kann.
Dabei ist vorgesehen, in der Oberfläche auf der Außenseite der zumindest zwei Schalenelemente 11, 12 Führungskanäle 26 anzuordnen, wie in 9 schematisch dargestellt ist. Diese Führungskanäle 26 können bereits während des Herstellprozesses der Schalenelemente 11, 12 in diese eingebracht werden. Alternativ können die Führungskanäle 26 durch eine nachträgliche Bearbeitung der Oberfläche der Schalenelemente 11, 12 oder des bereits gefügten Kernelementes 5 eingebracht werden.
Die Anordnung der Führungskanäle 26 erfolgt dabei bevorzugt unabhängig von geodätischen Bahnen. Dadurch lassen sich die separaten Rovings 22, 23, 24, 25 frei auf der Oberfläche der Schalenelemente 11, 12 ablegen, um gezielt einen Verlauf der Stützstruktur 21 zu erzeugen, der zumindest teilweise eine von der äußeren Form des Kernelementes 5 unabhängige Ablage der separaten Rovings 22, 23, 24, 25 ermöglicht. Beispielhaft wird hierzu auf die Verläufe der separaten Rovings 24 und 25 hingewiesen. Die Ablage der Rovings 24 und 25 dient dazu, den Roving 22, der das Kernelement 5 in Umfangsrichtung entlang des schmalen senkrecht verlaufenen Wandung 14 umschließt, in dem dafür vorgesehenen Führungskanal 26 zu fixieren und zu spannen. Die separaten Rovings 22, 23, 24, 25 können ebenfalls mittels eines Roboters angeordnet werden und bilden vorzugsweise eine fachwerkähnliche Struktur aus.
In einem weiteren Aspekt werden die separaten Rovings 22, 23, 24, 25, mit denen die zumindest zwei Schalenelemente 11, 12 umschnürt und gefügt werden, an das um das Kernelement 5 zu einer äußeren Schicht gewickelte Roving 10 angebunden. Hierdurch wird eine Verstärkung der Tragstruktur des Kernelementes 5 erreicht. Hierbei fungieren die separaten Rovings 22, 23, 24, 25 auf der Oberfläche des Kernelementes als fachwerkartige Einleger und Aussteifung der Tragstruktur. Da die separaten Rovings 22, 23, 24, 25 nicht auf freien geodätischen Bahnen abgelegt werden müssen, sondern sich in den Führungskanälen 26 befinden, ist eine sehr freie und gezielte Verstärkung der Struktur beispielsweise für bestimmte Lastfälle möglich.
9 zeigt eine schematische Darstellung eines Führungskanales 26 zur Ablage einer, aus zumindest einem separaten Roving 23 gebildeten, Stützstruktur 21 auf der Außenseite des Kernelementes 5 sowie den Führungskanal 26 mit einem darin abgelegten Roving 23. Der Führungskanal 26 ist als eine Ausnehmung mit bogenförmigem Querschnitt ausgeführt, in dem der separate Roving 23 abgelegt wird. Um eine Verbesserung der Führung und des Haltens des separaten Rovings 22, 23, 24, 25 in dem jeweiligen Führungskanal 26 zu erreichen, kann der Führungskanal 26 gemäß einer in 10 dargestellten Weiterbildung an den Führungskanal 26 begrenzenden Wandabschnitten 27 Hinterschneidungen 28 aufweisen. Hierdurch wird insbesondere eine bessere seitliche Fixierung der in den Führungskanälen 26 abgelegten separaten Rovings 22, 23, 24, 25 erreicht.
Bezugszeichenliste

1: Mehrpunktlenker
2: Körper
3: Verbindungsstruktur
4: Krafteinleitungsbereich
5: Kernelement
6: Torsionselement
7: Tragarm
8: Abschnitt
9: Buchse
10: Roving
11: Schalenelement
12: Schalenelement
13: Wandung
14: Wandung
15: Anlagefläche
16: Anlagefläche
17: Verbindungselement
18: Verbindungselement
19: Stützstruktur
20: Materialanhäufung
21: Stützstruktur
22: Roving
23: Roving
24: Roving
25: Roving
26: Führungskanal
27: Wandabschnitt
28: Hinterschneidung
29: Hinterschneidung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102016209041 A1 [0004]

Claims

Mehrpunktlenker (1) für ein Fahrwerk eines Fahrzeugs, bestehend aus einem Kernelement (5) aus einem Schaummaterial und zumindest einem um das Kernelement (5) gewickelten Roving (10) aus gebündelten Endlosfasern, wobei der zumindest eine, das Kernelement (5) in zumindest einer Schicht umwickelnde, Roving (10) eine äußere Schicht des Mehrpunktlenkers (5) bildet, dadurch gekennzeichnet, dass das Kernelement (5) als ein Hohlkörper ausgeführt ist, der aus zumindest zwei Schalenelementen (11, 12) besteht.
Mehrpunktlenker (5) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Schalenelemente (11, 12) formschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
Mehrpunktlenker (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kernelement (5) an distalen Enden angeordnete Abschnitte (7) zur Aufnahme von Lasteinleitelementen (9) aufweist.
Mehrpunktlenker (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Schalenelemente (11, 12) symmetrisch ausgebildet sind.
Mehrpunktlenker (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Schalenelemente (11, 12) eine innenliegende Stützstruktur (19) aufweisen.
Mehrpunktlenker (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Schalenelemente (11, 12) durch die Stützstruktur (19) form- und/oder kraftschlüssig verbunden sind.
Mehrpunktlenker (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die innenliegende Stützstruktur (19) als eine sich abschnittsweise über eine flächige Ebene des jeweiligen Schalenelementes (11, 12) erstreckende Materialanhäufung (20) ausgebildet ist.
Mehrpunktlenker (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialanhäufung (20) eine fachwerkartige Struktur ausbildet.
Mehrpunktlenker (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Fügung der zumindest zwei zusammengeführten Schalenelemente (11, 12) zu dem Kernelement (5) eine abschnittsweise Umwicklung der zumindest zwei zusammengeführten Schalenelemente (11, 12) mit zumindest einem separatem Roving (22, 23, 24, 25) vorgesehen ist.
Mehrpunktlenker (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verstärkung des Kernelements (5) in seinem Inneren und/oder auf seiner Außenseite separate Rovings (12, 23, 24, 25) in Führungskanälen (26) angeordnet sind.
Mehrpunktlenker (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zum Kernelement (5) zusammengefügten Schalenelemente (11, 12) mit im Wesentlichen senkrecht aufeinander stehenden Wandungen (13, 14) ausgeführt sind, welche die Außenkontur begrenzen, wobei die Wandungen (13, 14) Hinterschneidungen (29) aufweisen, die im gefügten Zustand der Schalenelemente (11, 12) formschlüssig ineinandergreifen.
Mehrpunktlenker (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Schalenelemente (11, 12) in zusammengefügter Position fluiddicht ausgeführt sind, so dass ein von den zumindest zwei Schalenelementen (11, 12) umschlossener Hohlraum mit einem Fluid befüllbar ist.
Mehrpunktlenker (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in das als Hohlkörper ausgebildete Kernelement (5) vor dem Umwickeln ein Funktionselement einbringbar ist.
Verfahren zur Herstellung eines Mehrpunktlenkers (1) für ein Fahrwerk eines Fahrzeugs nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte: - Herstellen zumindest zweier Schalenelemente (11, 12) aus einem Schaummaterial, - Fügen der zumindest zwei Schalenelemente (11, 12) zur Ausbildung eines hohlen Kernelementes (5), und - Umwickeln des Kernelementes (5) mit zumindest einem Roving (10) aus gebündelten Endlosfasern.