DE102021200692A1

DE102021200692A1 - Verfahren zum Herstellen eines Fahrwerklenkers mit einem Lenkerkörper und ein solcher Fahrwerklenker

Info

Publication number: DE102021200692A1
Application number: DE102021200692.2A
Authority: DE
Inventors: Konrad Buettner; Ignacio Lobo Casanova
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2021-01-27
Filing date: 2021-01-27
Publication date: 2022-07-28

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Fahrwerklenkers (1, 12) mit einem Lenkerkörper (2), der mindestens teilweise oder vollständig aus einem vorimprägnierten Faser-Kunststoff-Verbund gebildet wird, wobei mindestens ein Verstärkungselement (8, 9, 13, 14, 15, 16, 18, 28) teilweise oder vollständig in den Faser-Kunststoff-Verbund aufgenommen und/oder eingebettet wird, und das Verstärkungselement (8, 9, 13, 14, 15, 16, 18, 28) als ein eigenständiges Bauteil zum Ausbilden des Lenkerkörpers (2) bereitgestellt wird. Um eine Verbindung zwischen dem Verstärkungselement (8, 9, 13, 14, 15, 16, 18, 28) und dem mindestens teilweise oder vollständig aus dem vorimprägnierten Faser-Kunststoff-Verbund gebildeten Lenkerkörper (2) zu verbessern, ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (8, 9, 13, 14, 15, 16, 18, 28) aus einem vorimprägnierten Faser-Matrix-Material hergestellt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Fahrwerklenkers mit einem Lenkerkörper, der mindestens teilweise oder vollständig aus einem vorimprägnierten Faser-Kunststoff-Verbund gebildet wird, wobei mindestens ein Verstärkungselement teilweise oder vollständig in den Faser-Kunststoff-Verbund aufgenommen und/oder eingebettet wird, und das Verstärkungselement als ein eigenständiges Bauteil zum Ausbilden des Lenkerkörpers bereitgestellt wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Fahrwerklenker, der nach einem derartigen Verfahren hergestellt ist.
Ein derartiges Verfahren bzw. ein solcher Fahrwerklenker ist aus der DE 10 2019 206 217 A1 bekannt. Hierbei bildet eine Metallelement bzw. eine Metallschicht ein Verstärkungselement. Somit handelt es sich hierbei um einen Fahrwerklenker aus einem Hybridverbund aus Metall und einem Faser-Kunststoff-Verbund. Derartige Fahrwerklenker sind zwar bereits leichter als rein metallische Fahrwerklenker, jedoch ist von Nachteil, dass eine Haftung zwischen Metall und Kunststoff in der Regel nur mittels eines zusätzlichen Haftvermittlers möglich ist. Zudem kann der Gewichtsvorteil eines beispielsweise vollständig aus einem Faser-Kunststoff-Verbund gebildeten Fahrwerklenkers nicht realisiert werden.
Des Weiteren besteht das Risiko, dass ein Verstärkungselement bei einem Imprägnieren des Lenkerkörpers mit dem Verstärkungselement mit einer Kunststoff-Matrix, insbesondere bei einem RTM-Verfahren (RTM: Resin Transfer Moulding) als eine Art Fließsperre für die Kunststoff-Matrix bzw. das Harz wirkt. Hierdurch besteht die Gefahr der Entstehung von so genannten Harznestern, die keine Fasern aufweisen und vergleichsweise spröde sind. Derartig ausgebildete Fahrwerklenker entsprechen in der Regel nicht den vorgegebenen mechanischen Anforderungen.
Es ist die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, ein Verfahren und/oder einen Fahrwerklenker der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, sodass eine, insbesondere stoffschlüssige, Verbindung zwischen dem Verstärkungselement und dem mindestens teilweise oder vollständig aus dem vorimprägnierten Faser-Kunststoff-Verbund gebildeten Lenkerkörper verbessert ist. Insbesondere soll eine alternative Ausführungsform bereitgestellt werden.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird mit einem Verfahren nach Anspruch 1 und mittels eines Fahrwerklenkers nach Anspruch 11 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen und in der nachfolgenden Beschreibung.
Das Verfahren ist zum Herstellen eines Fahrwerklenkers mit einem Lenkerkörper ausgebildet. Insbesondere werden Fahrwerklenker im Fahrwerk eines Fahrzeuges oder Kraftfahrzeuges eingesetzt und können kinematische Punkte in der Radaufhängung zur Übertragung von Kräften und Bewegungen miteinander verbinden. Ein solcher Fahrwerklenker kann als ein Querlenker oder Längslenker ausgebildet sein. Der Fahrwerklenker kann beispielsweise als ein Zweipunktlenker oder als ein Dreipunktlenker ausgebildet sein. Insbesondere ist der Lenkerkörper zum Ausbilden des Fahrwerklenkers formstabil ausgebildet. Der Lenkerkörper kann mindestens zwei oder mehr, vorzugsweise drei, Gelenkaufnahmen aufweisen. Des Weiteren wird der Lenkerkörper mindestens teilweise oder vollständig aus einem vorimprägnierten Faser-Kunststoff-Verbund gebildet. Zum Ausbilden des Lenkerkörpers wird mindestens ein Verstärkungselement teilweise oder vollständig in den Faser-Kunststoff-Verbund aufgenommen und/oder eingebettet. Mittels des mindestens einen Verstärkungselementes können die mechanischen Eigenschaften des Fahrwerklenkers verbessert werden. Insbesondere kann eine Biegebelastbarkeit und/oder Torsionsbelastbarkeit des Fahrwerklenkers mittels des mindestens einen Verstärkungselementes verbessert werden. Hierbei wird das Verstärkungselement als ein eigenständiges Bauteil zum Ausbilden des Lenkerkörpers bereitgestellt. Insbesondere wird das Verstärkungselement in einem eigenständigen und vorangehenden Arbeitsschritt hergestellt. Das Verstärkungselement wird aus einem vorimprägnierten Faser-Matrix-Material hergestellt.
Hierbei ist von Vorteil, dass auf die Verwendung eines metallenen Verstärkungselementes verzichtet werden kann. Alternativ ist jedoch auch die Kombination eines metallenen Verstärkungselementes mit einem Verstärkungselement aus dem vorimprägnierten Faser-Matrix-Material möglich. Das Matrixmaterial des Faser-Matrix-Materials zum Ausbilden des Verstärkungselementes kann dem Kunststoffmaterial des Faser-Kunststoff-Verbundes zum Ausbilden des Lenkerkörpers entsprechen. Alternativ können sich das Matrixmaterial des Faser-Matrix-Materials zum Ausbilden des Verstärkungselementes und das Kunststoffmaterial des Faser-Kunststoff-Verbundes zum Ausbilden des Lenkerkörpers voneinander unterscheiden. Vorzugsweise ist das Matrixmaterial zum Ausbilden des Verstärkungselementes und das Kunststoffmaterial zum Ausbilden des Lenkerkörpers jeweils als ein duroplastischer Kunststoff ausgebildet. Aufgrund der Ausbildung des Verstärkungselementes aus einem vorimprägnierten Faser-Matrix-Material wird die Herstellung einer stoffschlüssigen Verbindung mit dem Faser-Kunststoff-Verbund zum Ausbilden des Lenkerkörpers verbessert. Insbesondere wird das Kunststoff- bzw. Matrixmaterial des Lenkerkörpers und des mindestens einen Verstärkungselementes in einem einzigen, gemeinsamen Arbeitsschritt konsolidiert und/oder ausgehärtet. Vorzugsweise wird auf ein zusätzliches Injizieren eines Kunststoff- bzw. Matrixmaterials, beispielsweise wie bei einem RTM-Verfahren, verzichtet. Dies ist aufgrund der Verwendung eines vorimprägnierten Faser-Kunststoff-Verbundes und eines vorimprägnierten Faser-Matrix-Materials ermöglicht.
Gemäß einer Weiterbildung wird das Verstärkungselement als ein formstabiles Bauteil zum Ausbilden des Lenkerkörpers bereitgestellt und/oder hergestellt. Hierdurch ist die Handhabbarkeit des Verstärkungselementes, insbesondere im Vergleich zu einem beispielsweise biegeschlaffen Verstärkungselement, verbessert. Des Weiteren ist die Gefahr einer Formveränderung und/oder einer Lageveränderung des Verstärkungselementes beim Konsolidieren und/oder Aushärten des Lenkerkörpers und des Verstärkungselementes zum Ausbilden des Fahrwerklenkers reduziert. Das Verstärkungselement kann mit einer U-förmigen, C-förmigen oder V-förmigen Gestalt bereitgestellt und/oder hergestellt werden. Insbesondere für einen als Dreipunktlenker ausgebildeten Fahrwerklenker ist eine derartige Gestalt des Verstärkungselementes von Vorteil.
Nach einer weiteren Ausführungsform wird mittels des Verstärkungselementes eine Eckverstärkung, eine Randverstärkung und/oder eine Kantenverstärkung des Lenkerkörpers ausgebildet. Hierdurch kann die mechanische Belastbarkeit des Fahrwerklenkers, insbesondere eine Biegebelastbarkeit und/oder Torsionsbelastbarkeit, verbessert bzw. erhöht werden. Vorzugsweise wird ein erster Rand des Lenkerkörpers mittels eines einzigen Verstärkungselementes oder mittels zwei Verstärkungselementen verstärkt und/oder gebildet. Alternativ oder zusätzlich kann ein zweiter Rand des Lenkerkörpers mittels eines einzigen Verstärkungselementes oder mittels zwei Verstärkungselementen verstärkt und/oder gebildet werden. Der erste Rand und der zweite Rand können voneinander abgewandt angeordnet sein. Insbesondere ist der erste Rand einer äußeren Randseite und/oder der zweite Rand einer inneren Randseite des Lenkerkörpers zugeordnet. Vorzugsweise ist der erste Rand ein Bestandteil der äußeren Randseite. Der zweite Rand kann ein Bestandteil der inneren Randseite sein.
Gemäß einer Weiterbildung wird das Verstärkungselement mit einem trapezförmigen oder trapezartigen Querschnitt ausgebildet. Insbesondere bildet eine Basis des trapezförmigen oder trapezartigen Querschnitts des Verstärkungselementes mindestens teilweise oder vollständig eine Randseite des Lenkerkörpers. Die Randseite des Lenkerkörpers kann eine Außenseite oder eine Innenseite des Lenkerkörpers bilden. Das Verstärkungselement kann zwei Schenkelseiten aufweisen, die sich spiegelsymmetrisch zueinander und von der Basis des trapezförmigen oder trapezartigen Querschnitts weg erstrecken. Vorzugsweise werden voneinander abgewandte Schenkelseiten des trapezartigen Querschnitts geschwungen, bogenförmig und/oder S-Form-artig ausgebildet.
Vorzugsweise werden zwei voneinander abgewandte Schenkelseiten des Verstärkungselementes von dem Faser-Kunststoff-Verbund zum Ausbilden des Lenkerköpers überdeckt. Hierdurch ist eine Integration und/oder eine Einbettung des Verstärkungselementes in den Faser-Kunststoff-Verbund verbessert. Insbesondere kann die mechanische Belastbarkeit des Fahrwerklenkers aufgrund der Überdeckung der beiden voneinander abgewandten Schenkelseiten des Verstärkungselementes erhöht werden.
Vorzugsweise wird das Verstärkungselement aus vorimprägniertem Faser-Gelege bzw. vorimprägnierten Faser-Matrix-Gelege oder vorimprägnierten Faser-Rovings bzw. vorimprägnierten Faser-Matrix-Rovings gebildet. Das Gelege oder die Rovings können aus Kohlenstofffasern oder Glasfasern gebildet sein. Alternativ kann das vorimprägnierte Faser-Matrix-Material zum Ausbilden des Verstärkungselementes aus einer Mischung von verschiedenen Fasermaterialien gebildet sein. Vorzugsweise sind die Fasern des Faser-Matrix-Materials zum Ausbilden des Verstärkungselementes als Endlosfasern ausgebildet. Auch die Fasern des Faser-Kunststoff-Verbundes zum Ausbilden des Lenkerkörpers können als Endlosfasern ausgebildet sein.
Nach einer weiteren Ausführungsform wird eine formstabile Vorform zum Ausbilden des Verstärkungselementes aufgrund eines Kompaktieren, Verdichten und/oder Pressen von mehreren Lagen des vorimprägnierten Faser-Matrix-Materials gebildet. Aufgrund der formstabilen Ausbildung der Vorform wird die Handhabbarkeit und Bearbeitbarkeit der Vorform zum Ausbilden des Verstärkungselementes verbessert. Insbesondere werden 5 bis 50 Lagen oder 10 bis 15 Lagen des vorimprägnierten Faser-Matrix-Materials zum Ausbilden der formstabilen Vorform kompaktiert, verdichtet und/oder miteinander verpresst. Insbesondere verkleben die mehreren Lagen des vorimprägnierten Faser-Matrix-Materials beim Kompaktieren, Verdichten und/oder Pressen miteinander derart, dass die Vorform in sich formstabil ist. Insbesondere wird die Vorform in einer für das Verstärkungselement vorgegebenen oder vorgesehenen Gestalt ausgebildet. Beispielsweise kann die Vorform in einer U-förmigen, C-förmigen oder V-förmigen Gestalt hergestellt werden.
Gemäß einer Weiterbildung werden aus der Vorform mehrere Verstärkungselemente hergestellt. Insbesondere werden aus der Vorform mittels Trennen und/oder Schneiden mehrere Verstärkungselemente hergestellt. Hierbei kann ein Vereinzeln von mehreren Verstärkungselementen aus der Vorform mittels einer Ultraschall-Schneideinheit realisiert werden. Die Verwendung einer Ultraschall-Schneideinheit ist von Vorteil, da beispielsweise über eine angepasste Programmierung und/oder einen Austausch eines Schneidmessers der Ultraschall-Schneideinheit ein Schneidverlauf oder eine Schneidkontur auf einfache Weise einstellbar oder veränderbar ist. Eine beispielsweise geschwungen, bogenförmig und/oder S-Form-artig ausgebildete Schenkelseite des Verstärkungselementes kann mittels eines geeignet ausgebildeten Schneidmessers realisiert werden. Insbesondere kann das Schneidmesser eine korrespondierend zur gewünschten Gestalt der Schenkelseite ausgebildete geschwungene, bogenförmige und/oder S-Form-artige Kontur aufweisen.
Nach einer weiteren Ausführungsform werden mehrere Lagen des vorimprägnierten Faser-Matrix-Materials, insbesondere eines vorimprägnierten Faser-Geleges bzw. Faser-Matrix-Geleges, auf eine Werkzeugform abgelegt. Hierbei weist die Werkzeugform die vorgegebene Gestalt für die Vorform und/oder das Verstärkungselement auf. Vorzugsweise erfolgt hiernach das Kompaktieren, Verdichten und/oder Pressen zum Ausbilden der formstabilen Vorform. Anschließend erfolgt ein Vereinzeln der Vorform zu mehreren Verstärkungselementen. Da sich die einzelnen Verstärkungselemente durch ein Vereinzeln oder Abtrennen von der bereits formstabilen Vorform ergeben, sind auch die einzelnen Verstärkungselemente in sich formstabil.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform werden mehrere Lagen aus dem vorimprägnierten Faser-Matrix-Material, insbesondere vorimprägnierte Faser-Rovings bzw. Faser-Matrix-Rovings, um einen Wickelkern gewickelt. Hierbei weist der Wickelkern eine vorgegebene Gestalt für zwei spiegelsymmetrisch zueinander angeordnete Vorformen und/oder Verstärkungselemente auf. Vorzugsweise erfolgt hierbei bzw. beim Umwickeln des Wickelkerns zugleich das Kompaktieren, Verdichten und/oder Pressen zum Ausbilden einer formstabilen Gestalt. Hierzu können die vorimprägnierten Faser-Rovings mit einer vorgegebenen Vorspannung um den Wickelkern gewickelt werden. Hieran anschließend können die beiden durch das Wickeln hergestellten und einstückig miteinander verbundenen Vorformen voneinander getrennt werden, wodurch zwei Vorformen entstehen. Anschließend kann ein Vereinzeln der jeweiligen Vorform zu mehreren, insbesondere in sich formstabilen, Verstärkungselementen realisiert werden.
Von besonderem Vorteil ist ein Fahrwerklenker, der gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist. Entsprechend weist der Fahrwerklenker einen Lenkerkörper auf, der mindestens teilweise oder vollständig aus einem vorimprägnierten Faser-Kunststoff-Verbund gebildet ist. Hierbei ist mindestens ein Verstärkungselement teilweise oder vollständig in den Faser-Kunststoff-Verbund aufgenommen und/oder eingebettet. Das Verstärkungselement ist als ein eigenständiges Bauteil ausgebildet, wobei das Verstärkungselement aus einem vorimprägnierten Faser-Matrix-Material hergestellt bzw. gebildet ist. Vorzugsweise ist der Fahrwerklenker als ein Dreipunktlenker ausgebildet, wobei zwei Verstärkungselemente als Randverstärkungen in voneinander abgewandten Randseiten des Lenkerkörpers eingebettet sind und/oder diese mindestens teilweise bilden.
Insbesondere handelt es sich bei dem gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Fahrwerklenker um einen zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Fahrwerklenker. Vorzugsweise ist das Verfahren gemäß den im Zusammenhang mit dem hier beschriebenen erfindungsgemäßen Fahrwerklenker erläuterten Ausgestaltungen weitergebildet. Ferner kann der hier beschriebene Fahrwerklenker gemäß den im Zusammenhang mit den Verfahren erläuterten Ausgestaltungen weitergebildet sein.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Hierbei beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche, ähnliche oder funktional gleiche Bauteile oder Elemente. Es zeigen:

1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Fahrwerklenkers,
2 ein Ausschnitt einer geschnittenen Ansicht des erfindungsgemäßen Fahrwerklenkers gemäß 1 mit ersten Verstärkungselementen,
3 ein Ausschnitt einer geschnittenen Ansicht eines weiteren erfindungsgemäßen Fahrwerklenkers mit weiteren Verstärkungselementen,
4 a, b schematische Querschnitte für ein Verstärkungselement zum Ausbilden eines erfindungsgemäßen Fahrwerklenkers,
5 ein schematischer Ablauf eines erfindungsgemäßen ersten Verfahrens zum Herstellen des Verstärkungselementes, und
6 ein schematischer Ablauf eines erfindungsgemäßen weiteren Verfahrens zum Herstellen des Verstärkungselementes.

1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Fahrwerklenkers 1. Der Fahrwerklenker 1 ist bei diesem Ausführungsbeispiel als ein Dreipunktlenker bzw. als ein sogenannter Dreieckslenker ausgebildet. Der Fahrwerklenker 1 weist einen Lenkerkörper 2 auf. Der Lenkerkörper 2 hat bei diesem Ausführungsbeispiel drei Gelenkaufnahmen 3. In den Gelenkaufnahmen 3 kann jeweils ein geeignet ausgebildetes Gelenk, beispielsweise ein hier nicht näher dargestelltes Gummilager oder Kugelgelenk, angeordnet werden. Der Fahrwerklenker 1 hat einen ersten Rand 4 und einen zweiten Rand 5. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der erste Rand 4 als ein äußerer Rand und der zweite Rand 5 als ein innerer Rand des Lenkerkörpers 2 ausgebildet. Hierbei hat der erste Rand 4 eine im Wesentlichen V-förmige Gestalt und der zweite Rand 5 hat eine im Wesentlichen U-förmige Gestalt. Im Bereich des ersten Randes 4 ist eine erste Randseite 6 und im Bereich des zweiten Randes 5 eine zweite Randseite 7 des Lenkerkörpers 2 ausgebildet.
Der Aufbau des Fahrwerklenkers 1 bzw. des Lenkerkörpers 2 wird anhand eines Querschnittes A-A gemäß der nachfolgenden 2 näher erläutert.
2 zeigt einen Ausschnitt einer geschnittenen Ansicht des erfindungsgemäßen Fahrwerklenkers 1 gemäß 1 mit ersten Verstärkungselementen 8 und 9. Der Lenkerkörper 2 ist aus einem vorimprägnierten Faser-Kunststoff-Verbund gebildet. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist der Lenkerkörper 2 einen insgesamt etwa Doppel-T-artigen Querschnitt auf. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind zwei Verstärkungselemente 8, 9 in den Faser-Kunststoff-Verbund zum Ausbilden des Lenkerkörpers 2 aufgenommen bzw. eingebettet. Wie nachfolgend noch näher erläutert wird, werden die Verstärkungselemente 8, 9 als jeweils eigenständige Bauteile zum Ausbilden des Lenkerkörpers 2 bzw. des Fahrwerklenkers 1 hergestellt und bereitgestellt. Hierzu werden die Verstärkungselemente 8, 9 aus einem vorimprägnierten Faser-Matrix-Material hergestellt. Mittels der Verstärkungselemente 8, 9 wird eine Randverstärkung des Lenkerkörpers 2 realisiert. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der erste Rand 4 mittels des Verstärkungselementes 8 verstärkt und gebildet. Der zweite Rand 5 des Lenkerkörpers 2 wird mittels des Verstärkungselementes 9 verstärkt und gebildet. Zugleich bildet das Verstärkungselement 8 mindestens teilweise die erste Randseite 6 des Lenkerkörpers 2. Korrespondierend hierzu bildet das Verstärkungselement 9 mindestens teilweise die zweite Randseite 7 des Lenkerkörpers 2.
Die Verstärkungselemente 8, 9 weisen bei diesem Ausführungsbeispiel einen trapezartigen Querschnitt auf. Hierbei bildet jeweils eine Basis des trapezartigen Querschnitts mindestens teilweise die Randseite 6 bzw. 7. Ausgehend von dieser Basis bzw. der Randseite 6 oder 7 erstrecken sich zwei voneinander abgewandte Schenkelseiten 10, 11 des jeweiligen Verstärkungselementes 8, 9. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Schenkelseiten 10, 11 jeweils im Wesentlichen S-Form-artig ausgebildet. Alternativ zu der hier dargestellten Ausführungsform können die Verstärkungselemente 8, 9 einen trapezförmigen Querschnitt aufweisen, bei dem die Schenkelseiten geradlinig und aufeinander zu geneigt ausgebildet sind.
Die beiden voneinander abgewandten Schenkelseiten 10, 11 des Verstärkungselementes 8 bzw. 9 sind von dem Faser-Kunststoff-Verbund zum Ausbilden des Lenkerkörpers 2 überdeckt. Hierdurch ergibt sich eine verbesserte Einbettung der Verstärkungselemente 8, 9 in den Lenkerkörper 2, wodurch der Fahrwerklenker 1 höheren Belastungen standhält.
3 zeigt einen Ausschnitt einer geschnittenen Ansicht eines weiteren erfindungsgemäßen Fahrwerklenkers 12 mit weiteren Verstärkungselementen 13, 14, 15, 16. Gleiche Merkmale wie zuvor tragen die gleichen Bezugszeichen. Der Fahrwerklenker 12 entspricht hinsichtlich seiner grundsätzlichen Gestalt dem Fahrwerklenker 1 gemäß 1. Insoweit wird zur Vermeidung von Wiederholungen auch auf die vorangegangenen Figuren verwiesen.
Bei diesem Ausführungsbeispiel weist der erste Rand 4 zwei Verstärkungselemente 13, 14 und der zweite Rand 5 zwei Verstärkungselemente 15, 16 auf. Zwischen den jeweils zwei Verstärkungselementen 13, 14 bzw. 15, 16 ist eine Schicht aus dem Material des Faser-Kunststoff-Verbunds zum Ausbilden des Lenkerkörpers 2 angeordnet, die zugleich jeweils einen Bestandteil der ersten Randseite 6 bzw. der zweiten Randseite 7 bildet. Die Verstärkungselemente 13, 14, 15, 16 sind bei diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls aus einem vorimprägnierten Faser-Matrix-Material hergestellt.
4a und 4b zeigen schematische Querschnitte für ein Verstärkungselement 8 bzw. 9 zum Ausbilden eines erfindungsgemäßen Fahrwerklenkers 1.
Gemäß 4a ist der Querschnitt des Verstärkungselementes 8 bzw. 9 trapezförmig ausgebildet. Entsprechend erstrecken sich die Schenkelseiten 10, 11 ausgehend von einer Basis 17 geradlinig weg, wobei sich die Schenkelseiten 10, 11 ausgehend von der Basis 17 trichterartig verjüngen.
Nach 4b weisen die Verstärkungselemente 8 bzw. 9 einen trapezartigen Querschnitt auf, wobei die Schenkelseiten 10, 11 jedoch geschwungen oder im Wesentlichen S-Form-artig ausgebildet sind. Auch hier erstrecken sich die Schenkelseiten 10, 11 ausgehend von der Basis 17 trichterartig aufeinander zu.
5 zeigt einen schematischen Ablauf eines erfindungsgemäßen ersten Verfahrens zum Herstellen eines Verstärkungselementes 18. Hierbei steht das Verstärkungselement 18 stellvertretend für eines der zuvor beschriebenen Verstärkungselemente 8, 9, 13, 14, 15 oder 16.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird das Verstärkungselement 18 aus einem vorimprägnierten Faser-Gelege bzw. Faser-Matrix-Gelege 19 gebildet. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird das vorimprägnierte Faser-Gelege 19 in einem ersten Arbeitsschritt mittels einer Zuschneideinrichtung 20 auf ein vorgegebenes Maß abgelenkt. Hierdurch entstehen einzelne Gelegematten 21 aus dem vorimprägnierten Faser-Gelege 19.
In einem nachfolgenden zweiten Arbeitsschritt werden mehrere der zuvor zugeschnittenen Gelegematten 21 aus dem vorimprägnierten Faser-Gelege 19 auf einer Werkzeugform 22 abgelegt. Hierbei weist die Werkzeugform 22 eine für die Ausbildung einer Vorform bzw. für das auszubildende Verstärkungselement 18 vorgegebene Gestalt auf. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist die Werkzeugform 22 eine U-förmige Gestalt auf. Je nach gewünschter Ausbildung des Verstärkungselementes 18 werden 10 bis 15 Lagen der Gelegematten 21 übereinander auf eine Außenseite der Werkzeugform 22 gelegt. Die Gelegematten 21 nehmen somit ebenfalls die Gestalt der Werkzeugform 22 bzw. der Außenseite der Werkzeugform 22 an.
Hiernach erfolgt in einem dritten Arbeitsschritt ein Kompaktieren bzw. Verdichten der mehreren Lagen bzw. aufeinander angeordneten Gelegematten 21 zum Ausbilden einer formstabilen Vorform 23. Hierzu wird die Werkzeugform 22 oder werden mehrere Werkzeugformen 22 mit ihren jeweils mehreren Gelegematten 21 in einer Kompaktierungseinrichtung 24 angeordnet. Die Kompaktierungseinrichtung 24 ist bei diesem Ausführungsbeispiel als ein Membrantisch ausgebildet. Die Werkzeugform 22 mit den mehreren Gelegematten 21 wird unterhalb einer Membran 25 angeordnet. Sodann wird die Luft zwischen der Membran 25 und einer Abstellfläche 26 der Kompaktierungseinrichtung 24 abgesaugt. Hierdurch legt sich die Membran 25 auf die mehreren Lagen 21 und kompaktiert diese. Hierbei verkleben die mehreren Gelegematten 21 derart miteinander, sodass der Kompaktierungseinrichtung 24 nachfolgend die gewünschte Vorform 23 zu entnehmen ist.
Anschließend wird die Vorform 23 in einem vierten Arbeitsschritt mittels einer Schneideinrichtung 27 zu mehreren Verstärkungselementen 18 vereinzelt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Schneideinrichtung 27 als eine Ultraschall-Schneideinheit ausgebildet. Des Weiteren wird bei diesem Ausführungsbeispiel die Vorform 23 zusammen mit der Werkzeugform 22 der Schneideinrichtung 27 zugeführt. Beim Vereinzeln der Vorform 23 wird jedoch nur die Vorform 23 getrennt. Die Werkzeugform 22 kann nachfolgend wieder zum Ablegen von mehreren Lagen 21 zum Ausbilden weiterer Verstärkungselemente 18 genutzt bzw. wiederverwendet werden. Alternativ kann der Schneideinrichtung 27 nur die formstabile Vorform 23 ohne die Werkzeugform 22 zugeführt werden. Beim Vereinzeln der Vorform 23 kann mittels einer geeigneten Ausbildung und/oder Programmierung der Schneideinrichtung 27 zugleich ein vorgegebener Querschnitt für das Verstärkungselement 18, beispielsweise gemäß 4a oder 4b, erzeugt werden.
6 zeigt einen schematischen Ablauf eines erfindungsgemäßen weiteren Verfahrens zum Herstellen eines Verstärkungselementes 28. Hierbei steht das Verstärkungselement 28 stellvertretend für eines der zuvor beschriebenen Verstärkungselemente 8, 9, 13, 14, 15 oder 16.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Verstärkungselement 28 aus mehreren Lagen von vorimprägnierten Faser-Rovings bzw. Faser-Matrix-Rovings 29 gebildet. Hierzu werden gemäß einem ersten Arbeitsschritt mehrere Faser-Rovings 29 zusammengeführt. Über mehrere Spulen 30 werden die Faser-Rovings 29 nach dem Zusammenführen zu einem Strang 31 einem Wickelkern 32 zugeführt.
In einem zweiten Arbeitsschritt wird der Strang 31 mit den mehreren zusammengeführten Faser-Rovings 29 um den Wickelkern 32 gewickelt. Hierbei weist der Wickelkern 32 eine vorgegebene Gestalt für zwei spiegelsymmetrisch zueinander angeordnete Vorformen 23 oder Verstärkungselementen 28 auf. Beim Wickeln um den Wickelkern werden mehrere Lagen der Faser-Rovings 29 übereinander bzw. aufeinander abgelegt. Beim Aufwickeln des Strangs 31 bzw. der mehreren zusammengeführten Faser-Rovings 29 erfolgt zugleich ein Kompaktieren von mehreren Lagen der Faser-Rovings 29. Hierzu ist bei diesem Ausführungsbeispiel dem Wickelkern 32 eine Vorspanneinrichtung 33 zugeordnet. Mittels der Vorspanneinrichtung 33 wird eine vorgegebene Vorspannung in den Strang 31 zum Wickeln um den Wickelkern 32 eingebracht. Hierdurch wird das Kompaktieren der mehreren Lagen der Faser-Rovings 29 verbessert.
In einem nachfolgenden dritten Arbeitsschritt werden die beiden durch das Wickeln hergestellten und einstückig miteinander verbundenen Vorformen 23 mittels einer Trenneinrichtung 34 voneinander getrennt.
In einem anschließenden Arbeitsschritt wird ein Vereinzeln der jeweiligen Vorform 23 zu mehreren Verstärkungselementen 28 realisiert. Dies kann analog zu dem vierten Arbeitsschritt gemäß dem Verfahren nach 5 erfolgen. Insoweit wird auch auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen.
Die Verstärkungselemente 18, 28 bzw. 8, 9, 13, 14, 15, 16 sind jeweils als ein formstabiles Bauteil zum Ausbilden des Lenkerkörpers 2 bzw. des Fahrwerklenkers 1 oder 12 ausgebildet. Entsprechend der gewünschten Ausbildung des jeweiligen Fahrwerklenkers 1 oder 12 wird das entsprechende Verstärkungselement 18, 28, 8, 9, 13, 14, 15, 16 beispielsweise mit einer U-förmigen, C-förmigen oder V-förmigen Gestalt bereitgestellt und/oder hergestellt.
Bezugszeichenliste

1: Fahrwerklenker
2: Lenkerkörper
3: Gelenkaufnahme
4: erster Rand
5: zweiter Rand
6: erste Randseite
7: zweite Randseite
8: Verstärkungselement
9: Verstärkungselement
10: Schenkelseite
11: Schenkelseite
12: Fahrwerklenker
13: Verstärkungselement
14: Verstärkungselement
15: Verstärkungselement
16: Verstärkungselement
17: Basis
18: Verstärkungselement
19: Faser-Matrix-Material
20: Zuschneideinrichtung
21: Gelegematte
22: Werkzeugform
23: Vorform
24: Kompaktierungseinrichtung
25: Membran
26: Abstellfläche
27: Schneideinrichtung
28: Verstärkungselement
29: Faser-Matrix-Material
30: Spule
31: Strang
32: Wickelkern
33: Vorspanneinrichtung
34: Trenneinrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102019206217 A1 [0002]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Fahrwerklenkers (1, 12) mit einem Lenkerkörper (2), der mindestens teilweise oder vollständig aus einem vorimprägnierten Faser-Kunststoff-Verbund gebildet wird, wobei mindestens ein Verstärkungselement (8, 9, 13, 14, 15, 16, 18, 28) teilweise oder vollständig in den Faser-Kunststoff-Verbund aufgenommen und/oder eingebettet wird, und das Verstärkungselement (8, 9, 13, 14, 15, 16, 18, 28) als ein eigenständiges Bauteil zum Ausbilden des Lenkerkörpers (2) bereitgestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (8, 9, 13, 14, 15, 16, 18, 28) aus einem vorimprägnierten Faser-Matrix-Material hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (8, 9, 13, 14, 15, 16, 18, 28) als ein formstabiles Bauteil zum Ausbilden des Lenkerkörpers (2) bereitgestellt und/oder hergestellt wird, insbesondere wird das Verstärkungselement (8, 9, 13, 14, 15, 16, 18, 28) mit einer U-förmige, C-förmigen oder V-förmigen Gestalt bereitgestellt und/oder hergestellt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Verstärkungselementes (8, 9, 13, 14, 15, 16, 18, 28) eine Eckverstärkung, Randverstärkung und/oder Kantenverstärkung des Lenkerkörpers (2) ausgebildet wird, insbesondere wird ein erster Rand (4) und/oder ein zweiter Rand (5) des Lenkerkörpers (2) mittels eines einzigen Verstärkungselementes (8, 9, 18, 28) oder mittels zwei Verstärkungselementen (13, 14, 15, 16, 18, 28) verstärkt und/oder gebildet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (8, 9, 13, 14, 15, 16, 18, 28) mit einem trapezförmigen oder trapezartigen Querschnitt ausgebildet wird, insbesondere bildet eine Basis (17) des trapezförmigen oder trapezartigen Querschnitts mindestens teilweise eine Randseite (6, 7) des Lenkerkörpers (2), vorzugsweise werden voneinander abgewandte Schenkelseiten (10, 11) des trapezartigen Querschnitts geschwungen, bogenförmig und/oder S-Form-artig ausgebildet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei voneinander abgewandte Schenkelseiten (10, 11) des Verstärkungselementes (8, 9, 13, 14, 15, 16, 18, 28) von dem Faser-Kunststoff-Verbund zum Ausbilden des Lenkerköpers (2) überdeckt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (8, 9, 13, 14, 15, 16, 18) aus vorimprägnierten Faser-Gelege oder vorimprägnierten Faser-Rovings (8, 9, 13, 14, 15, 16, 28) gebildet wird, insbesondere ist das Gelege oder sind die Rovings aus Kohlenstofffaser oder Glasfaser gebildet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine formstabile Vorform (23) zum Ausbilden des Verstärkungselementes (8, 9, 13, 14, 15, 16, 18, 28) aufgrund eines Kompaktieren, Verdichten und/oder Pressen von mehreren Lagen, vorzugweise 10 bis 15 Lagen, des vorimprägnierten Faser-Matrix-Materials gebildet wird, insbesondere wird die Vorform (23) in einer für das Verstärkungselement (8, 9, 13, 14, 15, 16, 18, 28) vorgegebenen U-förmige, C-förmigen oder V-förmigen Gestalt ausgebildet.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Vorform (23) mehrere Verstärkungselemente (8, 9, 13, 14, 15, 16, 18, 28) hergestellt werden, insbesondere werden aus der Vorform (23) mittels Trennen und/oder Schneiden mehrere Verstärkungselemente (8, 9, 13, 14, 15, 16, 18, 28) hergestellt, vorzugsweise wird ein Vereinzeln von mehreren Verstärkungselementen (8, 9, 13, 14, 15, 16, 18, 28) aus der Vorform (23) mittels einer Ultraschall-Schneideinheit realisiert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Lagen des vorimprägnierten Faser-Matrix-Materials, insbesondere eines vorimprägnierten Faser-Geleges, auf eine Werkzeugform (22) abgelegt werden, wobei die Werkzeugform (22) die vorgegebene Gestalt für die Vorform (23) und/oder das Verstärkungselement (8, 9, 13, 14, 15, 16, 18, 28) aufweist, vorzugsweise erfolgt hiernach das Kompaktieren, Verdichten und/oder Pressen zum Ausbilden der formstabilen Vorform (23) und anschließend ein Vereinzeln der Vorform (23) zu mehreren Verstärkungselementen (8, 9, 13, 14, 15, 16, 18, 28).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Lagen aus dem vorimprägnierten Faser-Matrix-Material, insbesondere vorimprägnierten Faser-Rovings, um einen Wickelkern (32) gewickelt werden, wobei der Wickelkern (32) eine vorgegebene Gestalt für zwei spiegelsymmetrisch zueinander angeordnete Vorformen (23) und/oder Verstärkungselemente (8, 9, 13, 14, 15, 16, 18, 28) aufweist, vorzugsweise erfolgt hierbei zugleich das Kompaktieren, Verdichten und/oder Pressen zum Ausbilden einer formstabilen Gestalt, insbesondere hieran anschließend werden die beiden durch das Wickeln hergestellten und einstückig miteinander verbundenen Vorformen (23) voneinander getrennt und anschließend ein Vereinzeln der Vorform (23) zu mehreren Verstärkungselementen (8, 9, 13, 14, 15, 16, 18, 28) realisiert.
Fahrwerklenker hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche und mit einem Lenkerkörper (2), der mindestens teilweise oder vollständig aus einem vorimprägnierten Faser-Kunststoff-Verbund gebildet ist, wobei mindestens ein Verstärkungselement (8, 9, 13, 14, 15, 16, 18, 28) teilweise oder vollständig in den Faser-Kunststoff-Verbund aufgenommen und/oder eingebettet ist, und das Verstärkungselement (8, 9, 13, 14, 15, 16, 18, 28) als ein eigenständiges Bauteil gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (8, 9, 13, 14, 15, 16, 18, 28) aus einem vorimprägnierten Faser-Matrix-Material hergestellt ist.