WO2018095600A1

WO2018095600A1 - Verfahren zur herstellung eines lenkers, sowie lenker und radaufhängung

Info

Publication number: WO2018095600A1
Application number: PCT/EP2017/070452
Authority: WO
Inventors: Ignacio Lobo Casanova; Rene Laschak
Original assignee: Zf Friedrichshafen Ag
Priority date: 2016-11-24
Filing date: 2017-08-11
Publication date: 2018-05-31
Also published as: DE102016223323A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Lenkers (1), insbesondere eines Lenkers für eine Radaufhängung, wobei der Lenker (1) aus einer Stützstruktur (6) und zumindest einer Verbindungsstruktur (8) hergestellt wird, von welchen die Stützstruktur (6) aus einem endlosfaserverstärktem Kunststoffhalbzeug (11) und die zumindest eine Verbindungsstruktur (8) aus einem kurz- oder langfaserverstärktem Kunststoffhalbzeug (13) gebildet wird. Dabei wurde die Stützstruktur (6) als Vorformling vorgeformt und wird noch nicht gänzlich ausgehärtet in einem Fertigungsprozess stoffschlüssig mit der zumindest einen Verbindungsstruktur (8) verbunden. Um dabei einen Lenker (1) zu schaffen, welcher sich bei geringem Gewicht durch eine hohe Belastbarkeit auszeichnet, werden die Stützstruktur (6) und die zumindest eine Verbindungsstruktur (8) jeweils aus je einem duroplastischen Kunststoffhalbzeug (11, 13) gebildet.

Description

Verfahren zur Herstellung eines Lenkers, sowie Lenker und Radaufhängung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Lenkers, insbesondere eines Lenkers für eine Radaufhängung, wobei der Lenker mit einer Stützstruktur und zumindest einer Verbindungsstruktur hergestellt wird, von welchen die Stützstruktur aus einem endlosfaserverstärktem Kunststoffhalbzeug und die zumindest eine Verbindungsstruktur aus einem kurz- oder langfaserverstärktem Kunststoffhalbzeug gebildet wird, und wobei die Stützstruktur als Vorformling vorgeformt wurde und noch nicht gänzlich ausgehärtet in einem Fertigungsprozess stoffschlüssig mit der Verbindungsstruktur verbunden wird.

Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Lenker, insbesondere einen Lenker für eine Radaufhängung, welcher sich zumindest aus einer Stützstruktur und zumindest einer Verbindungsstruktur zusammensetzt, wobei die Stützstruktur aus einem Endlosfaser- Kunststoff-Verbund und die zumindest eine Verbindungsstruktur aus einem Kurzfaser- oder Langfaser-Kunststoff-Verbund gebildet ist, und wobei die Stützstruktur in einem Fertigungsprozess als noch nicht gänzlich ausgehärteter Vorformling stoffschlüssig mit der zumindest einen Verbindungsstruktur verbunden worden ist.

Schließlich hat die Erfindung noch eine Radaufhängung für ein Kraftfahrzeug mit mindestens einem vorgenannten Lenker zum Gegenstand.

Bei Radaufhängungen werden Radträger über zwischenliegende Lenker und Gelenke mit dem Fahrzeugaufbau verbunden, wobei die Lenker dabei die starren Verbindungen der Gelenke bilden. Neben Radführungsaufgaben dienen Lenker hierbei häufig auch der Realisierung aufbautragender Aufgaben, indem Feder- und

Dämpferkräfte übertragen werden. Schließlich sind Lenker auch Teil der Lenkung und Wankfederung eines Kraftfahrzeuges, wo sie dann eine Verbindung zu einem Lenkgetriebe bzw. einem Stabilisator herstellen. Je nach Anzahl der zu verbindenden Gelenkpunkte kann ein Lenker als 2-Punkt-Lenker, als 3-Punkt-Lenker oder auch als 4-Punkt-Lenker verwirklicht sein.

Klassischerweise werden Lenker dabei aus Metall in Form von Gusseisen, Stahl oder auch Aluminium gefertigt, wobei sich insbesondere die Stahlvariante durch eine hohe Festigkeit, Steifigkeit und Duktilität auszeichnet. Ein wesentlicher Nachteil von Lenkern aus Metall ist jedoch, dass diese ein hohes Gewicht aufweisen, zumeist eine zusätzliche Nachbearbeitung im Rahmen der Herstellung notwendig ist und zudem Maßnahmen gegen Korrosion zu treffen sind. Das höhere Gewicht steigert dabei den Anteil der ungefederten Massen, was sich negativ hinsichtlich der Fahreigenschaften und auch dem Verbrauch des jeweiligen Kraftfahrzeuges niederschlägt. Des Weiteren erhöhen die notwendige Nachbearbeitung und die zusätzlichen Maßnahmen hinsichtlich des Korrosionsschutzes den Herstellungsaufwand. Aus diesem Grund werden Lenker vermehrt auch in Hybridbauweise, also einer Kombination eines metallischen Werkstoffes mit einem Faserverbundwerkstoff, oder auch rein aus Faserverbundwerkstoffen ausgeführt, um eine besonders leichte, tragfähige und auch von der Geometrie her gut anpassbare Bauweise zu verwirklichen.

Aus der DE 10 2011 003 971 A1 geht ein Lenker hervor, bei welchem es sich insbesondere um einen Lenker für eine Radaufhängung handelt. Dabei verfügt der Lenker über zwei Gelenkpunkte, welche über eine Stützstruktur aus einem Endlosfaser- Kunststoff-Verbund miteinander verbunden sind. Die Stützstruktur ist dabei kastenförmig gestaltet und wird über eine Verbindungsstruktur versteift, die aus einem Kurzoder Langfaser-Kunststoff-Verbund besteht. Entsprechend einer in der DE 10 2011 003 971 A1 beschriebenen Möglichkeit werden die Stützstruktur und die Verbindungsstruktur dadurch stoffschlüssig miteinander verbunden, dass die Stützstruktur in einem noch nicht vollständig ausgehärteten Zustand in eine Spritzgussform eingelegt und im Folgenden dann die Verbindungsstruktur gefertigt wird. Dabei werden sowohl die Stützstruktur, als auch die Verbindungsstruktur aus einem thermoplastischen Kunststoffhalbzeug gefertigt, sodass der letztendlich hergestellten Lenker aus einem thermoplastischen Faser-Kunststoff-Verbund besteht.

Ausgehend vom vorstehend beschriebenen Stand der Technik ist es nun die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Lenker zu schaffen, welcher sich bei geringem Gewicht durch eine hohe Belastbarkeit auszeichnet.

Diese Aufgabe wird aus verfahrenstechnischer Sicht ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Aus vor- richtungstechnischer Sicht erfolgt eine Lösung der Aufgabe ausgehend vom Oberbegriff des nebengeordneten Anspruchs 10 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen. Die hierauf jeweils folgenden, abhängigen Ansprüche geben jeweils vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder. Eine Radaufhängung, bei welcher zumindest ein erfindungsgemäßer Lenker zur Anwendung kommt, ist ferner Gegenstand von Anspruch 12.

Gemäß der Erfindung wird bei einem Verfahren ein Lenker mit einer Stützstruktur und zumindest einer Verbindungsstruktur hergestellt, von welchen die Stützstruktur aus einem endlosfaserverstärktem Kunststoffhalbzeug und die zumindest eine Verbindungsstruktur aus einem kurz-oder langfaserverstärktem Kunststoffhalbzeug gebildet wird. Dabei wurde die Stützstruktur als Vorformling vorgeformt und wird noch nicht gänzlich ausgehärtet in einem Fertigungsprozess stoffschlüssig mit der zumindest einen Verbindungsstruktur verbunden.

Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens entsteht ein Lenker, welcher sich zumindest aus einer Stützstruktur und zumindest einer Verbindungsstruktur zusammensetzt. Dabei ist die Stützstruktur aus einem Endlosfaser-Kunststoff-Verbund und die zumindest eine Verbindungsstruktur aus einem Kurzfaser- oder Langfaser- Kunststoff-Verbund gebildet. Zudem ist die Stützstruktur in einem Fertigungsprozess als noch nicht gänzlich ausgehärteter Vorformling stoffschlüssig mit der zumindest einen Verbindungsstruktur verbunden worden.

Ein erfindungsgemäßer Lenker ist also aus einem Faser-Kunststoff-Verbund hergestellt, wobei hierbei eine Stützstruktur aus Endlosfasern mit zumindest einer Verbindungsstruktur aus Kurz-oder Langfasern kombiniert wird. In der Folge kann ein Lenker verwirklicht werden, welcher sich durch ein geringes Gewicht und eine gute Belastbarkeit auszeichnet. Denn durch die Endlosfasern der Stützstruktur können durch entsprechende Ausrichtung der Fasern hohe Belastungen aufgenommen werden, während die zumindest eine Verbindungsstruktur durch ihre Kurz-oder Langfasern die Stabilität durch gezielte Versteifung der Stützstruktur erhöht. Insgesamt ist es hierdurch möglich, sowohl Zug- und Druckkräfte, als auch Biegebelastungen und Torsionsbelastungen durch den Lenker aufzunehmen. Der erfindungsgemäße Lenker umfasst bevorzugt zwei Gelenkpunkte und ist dementsprechend als 2-Punkt-Lenker verwirklicht, wobei die Stützstruktur dabei zwischen den beiden Gelenkpunkten verläuft. Alternativ dazu ist es jedoch auch denkbar, dass der erfindungsgemäße Lenker mit drei oder mehr Gelenkpunkten ausgestattet ist, zwischen welchen die Stützstruktur verläuft. Dabei ist der erfindungsgemäße Lenker insbesondere für eine Radaufhängung konzipiert und hier als Führungslenker, Traglenker oder auch als Hilfslenker vorgesehen. Prinzipiell könnte ein erfindungsgemäß gestalteter Lenker aber auch in einer Lenkung oder einer Wankfederung eines Kraftfahrzeuges als Spurstange/Spurlenker oder als Stabil isatorlenker zur Anwendung kommen.

In den Lenker kann zudem eine Sensorik integriert sein, über welche eine Veränderung der Faserverbundstruktur des Lenkers erkennbar und/oder Belastungen bzw. Überlastungen oder auch Überbeanspruchungen erfasst werden können. Des Weiteren könnte auch ein Elastomermaterial mit in die Faserverbundstruktur unter Ausbildung eines Laminats integriert sein, um in dem entsprechenden Bereich eine Verbesserung von akustischen Eigenschaften im Sinne einer akustischen Dämpfung zu verwirklichen. Zudem kann in dem jeweiligen Bereich durch die Integration von Elastomeren in den Faserkunststoffverbund auch ein Einschlag- und Splitterschutz realisiert werden.

Erfindungsgemäß wird die zumindest eine Verbindungsstruktur insbesondere zur Versteifung der Stützstruktur vorgesehen und dabei stoffschlüssig mit dieser verbunden, indem die Stützstruktur und die zumindest eine Verbindungsstruktur in einem noch nicht gänzlich ausgehärteten Zustand der Stützstruktur miteinander verbunden werden. Denn aufgrund der noch nicht vollständigen Aushärtung der Stützstruktur bildet sich ein Stoffschluss zwischen der Stützstruktur und der zumindest einen Verbindungsstruktur aus, wobei diese dann gemeinsam im Rahmen des Fertigungsprozesses aushärten. Dadurch lässt sich die Belastbarkeit des erfindungsgemäßen Lenkers aufgrund der verbesserten Verbindung von Stützstruktur und Verbindungsstruktur steigern. Ferner kann die zumindest eine Verbindungsstruktur auch an kinematischen Punkten des Lenkers gezielt vorgesehen werden, so zum Beispiel im Bereich von Gelenkpunkten des Lenkers. Dabei wäre es zudem denkbar, dass die zumindest eine Verbindungsstruktur die Verbindung des einzelnen Gelenkpunktes zu der Stützstruktur herstellt, also zwischen der Stützstruktur und dem jeweiligen Gelenkpunkt vorgesehen wird. Dabei ist bei dem erfindungsgemäßen Lenker bevorzugt eine zusammenhängende Verbindungsstruktur ausgestaltet, wobei aber auch mehrere voneinander getrennte Verbindungsstrukturen vorliegen können, die gezielt in bestimmten Bereichen der Stützstruktur vorgesehen werden.

Die zumindest eine Verbindungsstruktur wird im Sinne der Erfindung insbesondere rippenartig gestaltet, um die gewünschte Versteifung der Stützstruktur zu realisieren. Dabei können Wandungen einer Verrippung in Bezug auf eine Längsmittelachse des Lenkers im Wesentlichen diagonal rautenförmigen angeordnet sein.

Die Erfindung umfasst nun die technische Lehre, dass die Stützstruktur und die zumindest eine Verbindungsstruktur jeweils aus je einem duroplastischen Kunststoffhalbzeug gebildet werden. Insofern bestehen die Stützstruktur und die zumindest eine Verbindungsstruktur bei einem erfindungsgemäßen Lenker jeweils aus je einem duroplastischen Faser-Kunststoff-Verbund. Eine derartige Ausgestaltung hat dabei den Vorteil, dass sich aufgrund der Verwendung duroplastischer Materialien ein belastbarer Lenker realisieren lässt, dessen Belastbarkeit nicht von der Einsatztemperatur abhängig ist. Denn bei einem duroplastischen Material kommt es nach Aushärtung nicht mehr zu temperaturbedingten Formänderungen, während bei thermoplastischen Materialien in bestimmten Temperaturbereichen Verformungen auftreten können. Da ein Lenker eine Radaufhängung aber einer starren Verbindung dient und dementsprechend ungewollte Verformungen zu vermeiden sind, lässt sich durch Herstellung des Lenkers aus duroplastischen Kunststoffhalbzeugen ein geeigneter Lenker verwirklichen.

Dagegen finden bei dem Lenker der DE 10 2011 003 971 A1 thermoplastische Materialien Anwendung, so dass hier die Gefahr besteht, dass in bestimmten Temperaturbereichen ungewollte Verformungen des Lenkers auftreten. Im Rahmen der Erfindung kann das endlosfaserverstärkte Kunststoffhalbzeug insbesondere in Form vorimprägnierter Fasern (Towpreg), als textiles Halbzeug (Prepreg), in Form trockener Fasern oder als textiles Halbzeug (Preforms) oder als im Vorfeld per Resin Transfer Moulding (RTM) oder Prepreg-Compression Moulding (PCM) hergestelltes Halbzeug vorliegen. Dagegen liegt das Kunststoffhalbzeug der zumindest einen Verbindungsstruktur bevorzugt entweder als kurzfaserverstärktes Kunst- stoffhalbzeug vor, beispielsweise in Form von Bulk Moulding Compound (BMC) oder als Duroplast Spritzguss, oder ist als langfaserverstärktes Kunststoffhalbzeug, insbesondere in Form von Sheet Moulding Compound (SMC) gestaltet.

Als Fasern können dabei bei der Stützstruktur und der zumindest einen Verbindungsstruktur unterschiedliche Fasertypen zur Anwendung kommen, wie Carbon, Glas, Aramid, Basalt, etc. Auch die umgebende Kunststoffmatrix kann prinzipiell aus unterschiedlichen duroplastischen Materialien ausgewählt sein, wie Epoxid, Polyurethan, Vinylester, etc. Dabei können die verwendeten Materialien zwischen der Stützstruktur und der zumindest einen Verbindungsstruktur oder, bei mehreren Verbindungsstrukturen, auch zwischen den Verbindungsstrukturen abweichen.

Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung werden zunächst zumindest zwei Gelenkpunkte des Lenkers unter Vorformung der Stützstruktur umwickelt, wobei die Stützstruktur anschließend in dem Fertigungsprozess stoffschlüssig mit der zumindest einen Verbindungsstruktur verbunden wird. Besonders bevorzugt wird die Stützstruktur dabei mittels Nasswickelverfahren oder Wickelverfahren mit Towpreg gebildet, indem die zumindest zwei Gelenkpunkte mit den Fasern umwickelt werden. Es ist im Sinne der Erfindung jedoch auch denkbar, dass die Wicklungen an später einzusetzenden Lagerbuchsen für Gelenke des Lenkers durchgeführt werden. Des Weiteren kann ebenfalls alternativ eine Wicklung der Stützstruktur an einer bereits vorgefertigten Verbindungsstruktur vollzogen werden, wobei beide dann in einem gemeinsamen Prozessschritt vollständig ausgehärtet werden.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung wird durch die Stützstruktur ein Innenbereich definiert, in welchem die zumindest eine Verbindungsstruktur vorgesehen wird. Die Stützstruktur wird dementsprechend bei dem herzustel- lenden Lenker als Außenwicklung vorgesehen, welche die versteifende, zumindest eine Verbindungsstruktur umgibt. Gemäß einer hierzu alternativen Variante wird die Stützstruktur umliegend mit der zumindest einen Verbindungsstruktur verbunden. In diesem Fall ist die Stützstruktur als Innenwicklung realisiert, was gegenüber einer Außenwicklung den Vorteil hat, dass die Stützstruktur durch die umliegende Verbindungsstruktur besser vor äußeren Einflüssen geschützt werden kann. Insbesondere beim Realisieren der innenliegenden Stützstruktur sind zunächst Gelenkpunkte des Lenkers mit der Stützstruktur zu umwickeln.

Es ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung, dass zudem mindestens eine Einlegeplatte vorgesehen wird, welche ebenfalls als Vorformling vorgefertigt wurde und in dem Fertigungsprozess stoffschlüssig mit der zumindest einen Verbindungsstruktur verbunden wird. Die Verwendung mindestens eine Einlegeplatte hat dabei den Vorteil, dass hierdurch die Belastbarkeit des erfindungsgemäßen Lenkers weiter gesteigert werden kann.

Besonders bevorzugt wird die mindestens eine Einlegeplatte als Endlosfaser- Kunststoff-Verbund gestaltet, indem sie aus einem endlosfaserverstärkten Kunst- stoffhalbzeug hergestellt wird. Der Vorteil ist hierbei, dass entsprechend eines gewählten Lagenaufbaus der Einlegeplatte und damit der Ausrichtung der Fasern eine Anpassung an zu erwartende Belastungszustände realisiert werden kann. So können die einzelnen Lagen des Lagenaufbaus gleichgerichtete oder auch unterschiedlich ausgerichtete Fasern aufweisen. Weiter bevorzugt wird eine Einlegeplatte aus einem endlosfaserverstärkten Kunststoffhalbzeug ebenfalls noch nicht gänzlich ausgehärtet mit den übrigen Komponenten verbunden.

Allerdings kann die mindestens eine Einlegeplatte oder auch bei mehreren Einlegeplatten eine einzelne Einlegeplatte aus einem kurz- oder langfaserverstärkten Kunst- stoffhalbzeug oder Metall hergestellt sein. Zudem wird die mindestens eine Einlegeplatte ggf. auch ohne Ausbildung eines Stoffschlusses in die Verbindungsstruktur eingebettet. Des Weiteren könnte eine Einlegeplatte bei einem erfindungsgemäßen Lenker auch vollständig entfallen. Gemäß einer weiteren, vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung werden die zu verbindenden Komponenten in dem Fertigungsprozess durch Heißpressen miteinander verbunden. Dazu werden die Komponenten in ein vorbeheiztes Werkzeug eingelegt und dieses verschlossen, um den Pressvorgang zu starten. Aufgrund der Temperatur und des Drucks in der Kavität beginnt die zumindest eine Verbindungsstruktur sich der werkzeuggegebenen Kontur anzugleichen und auszuhärten. Im Zuge des Heißpressvorganges härten dann auch die Stützstruktur und gegebenenfalls auch die mindestens eine Einlegeplatte aus.

Entsprechend einer weiteren Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung wird an einem jeweiligen Gelenkpunkt des Lenkers ein Gelenk in Form eines Gummilagers oder eines Kugelgelenks vorgesehen. So kann bei einem 2-Punkt-Lenker an dem einen Gelenkpunkt ein Kugelgelenk und an dem anderen Gelenkpunkt ein Gummilager vorgesehen sein oder auch an beiden Gelenkpunkten Gummilager oder Kugelgelenke vorliegen.

In Kombination der vorgenannten Ausführungsform mit der im Vorfeld beschriebenen Variante, wonach die Komponenten im Rahmen eines Heißpressvorganges miteinander verbunden werden, ist es eine Weiterbildung der Erfindung, dass das jeweilige Gelenk bereits im Zuge des Heißpressens miteingebettet wird. Hierdurch lässt sich der Fertigungsaufwand deutlich reduzieren, da alle Komponenten im Rahmen eines Fertigungsschritts miteinander verbunden werden. Ergänzend dazu kann zudem auch eine jeweilige Sensorik des Lenkers bereits miteingebettet werden. Alternativ dazu ist es aber auch denkbar, dass die entsprechenden Gelenke erst nach Aushärten des Faser-Kunststoff-Verbundes eingesetzt werden, wobei dann gegebenenfalls im Zuge des Heißpressens entsprechende Lagerbuchsen, insbesondere in Form metallischer Buchsen, vorgesehen werden.

Ein erfindungsgemäß gestalteter Lenker ist insbesondere Teil einer Radaufhängung eines Kraftfahrzeuges und ist hier dann als Führungslenker, als Traglenker oder auch als Hilfslenker vorgesehen. Besonders bevorzugt umfasst eine Radaufhängung dabei aber mehrere erfindungsgemäß gestaltete Lenker. Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale der nebengeordneten oder der hiervon abhängigen Ansprüche beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus Möglichkeiten, einzelne Merkmale, auch soweit sie aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung o- der unmittelbar aus den Zeichnungen hervorgehen, miteinander zu kombinieren. Die Bezugnahme der Ansprüche auf die Zeichnungen durch Verwendung von Bezugszeichen soll den Schutzumfang der Ansprüche nicht beschränken.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung, die nachfolgend erläutert werden, sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 Ansichten eines Lenkers entsprechend einer ersten Ausführungsform der

Erfindung;

Fig. 2 ein schematisierter Ablauf eines Verfahrens zur Herstellung des Lenkers aus Fig. 1 ;

Fig. 3 eine zerlegte Darstellung des Lenkers aus Fig. 1 ;

Fig. 4 Ansichten eines Lenkers gemäß einer zweiten Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung; und

Fig. 5 Ansichten eines Lenkers entsprechend einer dritten Ausführungsform der

Erfindung.

In Fig. 1 sind Ansichten eines Lenkers 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung dargestellt, wobei die obere Ansicht eine perspektivische Darstellung des Lenkers 1 und die untere Ansicht eine Schnittdarstellung desselbigen zeigt. Dabei ist zu erkennen, dass der Lenker 1 vorliegend als 2-Punkt-Lenker mit zwei Gelenkpunkten 2 und 3 gestaltet ist, wobei an dem Gelenkpunkt 2 ein Gelenk in Form eines Kugelgelenks 4 und an dem Gelenkpunkt 3 ein - vorliegend nicht weiter im Detail dargestelltes - Gelenk in Form eines Gummilagers 5 vorgesehen ist. Der Lenker 1 besteht aus einem Faser-Kunststoff-Verbund und umfasst dabei eine Stützstruktur 6, die zwischen den Gelenkpunkten 2 und 3 verläuft und sich aus einem duroplastischen Endlosfaser-Kunststoff-Verbund, insbesondere CFK oder GFK, zusammensetzt. Die Stützstruktur 6 definiert dabei einen Innenbereich 7, in welchem die Gelenkpunkte 2 und 3 liegen. Dabei werden die Gelenkpunkte 2 und 3 und damit auch das Kugelgelenk 4 sowie das Gummilager 5 mit der Stützstruktur 6 über eine Verbindungsstruktur 8 verbunden, welche aus einem duroplastischen Kurzfaser- Kunststoff-Verbund besteht und den Innenbereich 7 der Stützstruktur 6 weitestgehend ausfüllt. Zwischen den Gelenkpunkten 2 und 3 bildet die Verbindungsstruktur 8 zudem eine Verrippung 9, die - wie insbesondere aus der oberen Ansicht erkennbar ist - in Längsrichtung des Lenkers 1 diagonal rautenförmigen gestaltet ist. Des Weiteren ist in die Verbindungsstruktur 8 noch eine Einlegeplatte 10 aus einem duroplastischen Endlosfaser-Kunststoff-Verbund eingebettet, wie in der unteren Schnittansicht in Fig. 1 zu sehen ist. Ebenso kann in den Lenker 1 auch noch eine - vorliegend nicht dargestellte - Sensorik mit eingebettet sein.

Durch die die Gelenkpunkte 2 und 3 umgebende Stützstruktur 6 werden über die Endlosfasern hauptsächlich Zugbelastungen aufgenommen, wobei in Kombination mit der Versteifungen über die Verbindungsstruktur 8 auch Druckbelastungen aufnehmbar sind. Die innenliegende Verbindungsstruktur 8 bietet zusätzlich Stabilität im Hinblick auf Biegebelastungen längs und quer zur Faserrichtung der Stützstruktur 6 und erhöht ein Widerstandsmoment bei Torsionsbelastungen. Des Weiteren bietet die zusätzlich vorgesehene Einlegeplatte 10 aus Endlosfasern eine weitere Verstärkung in axialer Richtung des Lenkers 1 und erhöht ein Widerstandsmoment gegenüber Biegung und Torsion. Dabei ist die Verbindungsstruktur 8 sowohl mit der Stützstruktur 6, als auch der Einlegeplatte 10 stoffschlüssig verbunden.

In Fig. 2 ist ein Verfahren zur Fertigung des Lenkers 1 aus Fig. 1 schematisiert dargestellt. Wie zu erkennen ist, werden im Vorfeld Kunststoffhalbzeuge 11 und 12 für die Stützstruktur 6 und die Einlegeplatte 10, ein Kunststoffhalbzeug 13 für die Verbindungsstruktur 8, das Kugelgelenk 4 und das Gummilager 5 und eine Sensorik 14 vorbereitet. Dabei liegen die Kunststoffhalbzeuge 11 und 12 als duroplastische endlosfaserverstärkte Kunststoffhalbzeuge vor, wobei im Falle des Kunststoffhalbzeuges 11 für die Stützstruktur 6 vorimprägnierte Endlosfasern im Rahmen eines Nasswickelverfahrens oder eines Wickelverfahrens mit Towpreg um zwei die Gelenkpunkte 2 und 3 repräsentierende Punkte gewickelt werden. Dagegen werden im Falle des Kunststoffhalbzeuges 12 für die Einlegeplatte 10 mehrere vorimprägnierte textile Kunststoffhalbzeuge zu einem Lagenaufbau übereinandergeschichtet, wobei hierbei eine Orientierung der Endlosfasern je Lage an die spätere zu erwartenden Belastung angepasst wird. So können die einzelnen Lagen die gleiche Faserorientierung aufweisen oder es werden unterschiedliche Faserorientierungen der übereinander gestapelten Lagen gewählt.

Hingegen wird das Kunststoffhalbzeug 13 für die Verbindungsstruktur 8 durch ein kurzfaserverstärktes Kunststoffhalbzeug gebildet, wobei es insbesondere als GFK oder CFK in Form von Bulk Moulding Compound (BMC) oder Sheet Moulding Compound (SMC), oder als Duroplast Spritzguss vorliegt. Die Kunststoffhalbzeuge 11 bis 13 werden dann in einem Werkzeug 15 gemeinsam mit dem Kugelgelenk 4 und dem Gummilager 5, sowie der Sensorik 14 zueinander positioniert, wobei die Kunststoffhalbzeuge 11 und 12 dabei zwar als Vorformling aber noch nicht gänzlich ausgehärtet vorliegen. Zudem sollte das Einlegen der Komponenten in dem Werkzeug 15 zeitnah zu der Vorfertigung der Kunststoffhalbzeuge 11 und 12 stattfinden, um Verunreinigungen zu vermeiden. Hinsichtlich des Kunststoffhalbzeuges 13 kann dabei zudem eine Lage unterhalb und oberhalb der künftigen Einlegeplatte 10 eingelegt werden, um eine gleichmäßige Verteilung um die Einlegeplatte 10 herum zu garantieren.

In einem anschließenden Schritt wird das vorbeheizte Werkzeug 15 verschlossen und ein Heißpressvorgang gestartet. Dabei beginnt das Kunststoffhalbzeug 13 durch die Temperatur und den Druck in der Kavität sich der werkzeuggegebenen Kontur anzugleichen und auszuhärten. Ebenso härten die Kunststoffhalbzeuge 11 und 12 zu der Stützstruktur 6 und der Einlegeplatte 10 aus, wobei sich dabei die stoffschlüssigen Verbindungen mit der Verbindungsstruktur 8 ausbilden. Zudem werden im Rahmen des Aushärtevorganges das Kugelgelenk 4, das Gummilager 5 und auch die Sensorik 14 eingebettet. Im Anschluss daran kann dann der fertige Lenker 1 entnommen werden. In Fig. 3 sind noch einmal die Einzelteile des Lenkers 1 dargestellt, aus welchen sich dieser zusammensetzt. Dabei kann bei der Stützstruktur 6 der Innenbereich 7 erkannt werden, in welchem die Verbindungsstruktur 8 die Einlegeplatte 10 und auch das Gummilager 5 sowie das Kugelgelenk 4 aufgenommen werden.

Ferner sind in Fig. 4 Ansichten eines Lenkers 16 gemäß einer zweiten Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung dargestellt. Dieser unterscheidet sich von der vorstehend beschriebenen Variante dadurch, dass eine Stützstruktur 17, welche zwischen zwei Gelenkpunkten 18 und 19 des Lenkers 16 verläuft, innenliegend zu einer Verbindungsstruktur 20 ausgebildet ist. Die Stützstruktur 17 wird also von der Verbindungsstruktur 20 umgeben, wobei die Stützstruktur 17, wie schon bei der vorhergehenden Variante, aus einem duroplastischen Endlosfaser-Kunststoff-Verbund besteht und stoffschlüssig mit der Verbindungsstruktur 20 verbunden ist. Ebenso besteht auch die Verbindungsstruktur 20 wieder aus einem duroplastischen Kurzfaser- Kunststoff-Verbund. Zudem ist bei dem Lenker 16 eine Einlegeplatte 21 aus einem duroplastischen Endlosfaser-Kunststoff-Verbund vorgesehen. Auch ansonsten entspricht die Variante nach Fig. 4 der vorhergehenden Variante, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird. Insbesondere wird auch der Lenker 16 auf die zu Fig. 2 beschriebene Art und Weise hergestellt.

Schließlich ist in Fig. 5 noch eine Ansicht eines Lenkers 22 gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Auch diese entspricht dabei im Wesentlichen der in den Fig. 1 bis 3 beschriebenen Variante, wobei als einziger Unterschied an Gelenkpunkten 23 und 24 Gummilager 25 und 26 vorgesehen sind. Im Übrigen entspricht die Variante nach Fig. 5 sonst der in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Ausführungsform, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird. So wird auch der Lenker 22 analog dem zu Fig. 2 beschriebenen Verfahren gefertigt, wobei hier anstelle des einen Kugelgelenks ein Gummilager vorgesehen wird.

Mittels der erfindungsgemäßen Ausgestaltungen eines Lenkers, sowie eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung desselbigen kann ein belastbarer Lenker aus einem Faser-Kunststoff-Verbund verwirklicht werden. Bezuqszeichen Lenker

Gelenkpunkt

Kugelgelenk

Gummilager

Stützstruktur

Innenbereich

Verbindungsstruktur

Verrippung

Einlegeplatte

Kunststoffhalbzeug

Sensorik

Werkzeug

Lenker

Stützstruktur

Gelenkpunkt

Verbindungsstruktur

Einlegeplatte

Lenker

Gelenkpunkt

Gummilager

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines Lenkers (1 ; 16; 22), insbesondere eines Lenkers für eine Radaufhängung, wobei der Lenker (1 ; 16; 22) mit einer Stützstruktur (6; 17) und zumindest einer Verbindungsstruktur (8; 20) hergestellt wird, von welchen die Stützstruktur (6; 17) aus einem endlosfaserverstärktem Kunststoffhalbzeug (11) und die zumindest eine Verbindungsstruktur (8; 20) aus einem kurz- oder langfaserverstärktem Kunststoffhalbzeug (13) gebildet wird, und wobei die Stützstruktur (6; 17) als Vorformling vorgeformt wurde und noch nicht gänzlich ausgehärtet in einem Fer- tigungsprozess stoffschlüssig mit der zumindest einen Verbindungsstruktur (8; 20) verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützstruktur (6; 17) und die zumindest eine Verbindungsstruktur (8; 20) jeweils aus je einem duroplastischen Kunststoffhalbzeug (11, 13) gebildet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zunächst zumindest zwei Gelenkpunkte (2, 3; 18, 19; 23, 24) des Lenkers (1 ; 16; 22) unter Vorformung der Stützstruktur (6; 17) umwickelt werden und diese anschließend in dem Ferti- gungsprozess stoffschlüssig mit der zumindest einen Verbindungsstruktur (8; 20) verbunden wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Stützstruktur (6) ein Innenbereich (7) definiert wird, in welchem die zumindest eine Verbindungsstruktur (8) vorgesehen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützstruktur (17) umliegend mit der zumindest einen Verbindungsstruktur (20) verbunden wird

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zudem mindestens eine Einlegeplatte (10; 21) vorgesehen wird, welche ebenfalls vorgefertigt wurde und in dem Fertigungsprozess stoffschlüssig mit der zumindest einen Verbindungsstruktur (8; 20) verbunden wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Einlegeplatte (10; 21) aus einem endlosfaserverstärktem Kunststoffhalbzeug (12) hergestellt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zu verbindenden Komponenten in dem Fertigungsprozess durch Heißpressen miteinander verbunden werden.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einem jeweiligen Gelenkpunkt (2, 3; 18, 19; 23, 24) des Lenkers (1 ; 16; 22) ein Gelenk in Form eines Gummilagers (5; 25, 26) oder eines Kugelgelenks (4) vorgesehen wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Gelenk bereits im Zuge des Heißpressens mit eingebettet wird.

10. Lenker (1 ; 16; 22), insbesondere Lenker für eine Radaufhängung, welcher sich zumindest aus einer Stützstruktur (6; 17) und zumindest einer Verbindungsstruktur (8; 20) zusammensetzt, wobei die Stützstruktur (6; 17) aus einem Endlosfaser- Kunststoff-Verbund und die zumindest eine Verbindungsstruktur (8; 20) aus einem Kurzfaser- oder Langfaser-Kunststoff-Verbund gebildet ist, und wobei die Stützstruktur (6; 17) in einem Fertigungsprozess als noch nicht gänzlich ausgehärteter Vor- formling stoffschlüssig mit der zumindest einen Verbindungsstruktur (8; 20) verbunden worden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützstruktur (6; 17) und die zumindest eine Verbindungsstruktur (8; 20) jeweils aus je einem duroplastischen Faser- Kunststoff-Verbund bestehen.

11. Lenker (1 ; 16; 22) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass dieser im Weiteren nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 9 gestaltet ist.

12. Radaufhängung für ein Kraftfahrzeug, umfassend zumindest einen Lenker nach Anspruch 10 oder 11.