WO2018197131A1

WO2018197131A1 - Achsstrebe

Info

Publication number: WO2018197131A1
Application number: PCT/EP2018/057688
Authority: WO
Inventors: Ingolf Müller; Philipp Bauer; Andre Stieglitz; Manfred Bürgmann; Ignacio Lobo Casanova
Original assignee: Zf Friedrichshafen Ag
Priority date: 2017-04-24
Filing date: 2018-03-27
Publication date: 2018-11-01
Also published as: DE102017206846A1

Abstract

Eine Achsstrebe (1) für ein Fahrzeug umfasst einen Schaft (2) und zwei Lagerbereiche (3), wobei die Achsstrebe (1) eine Tragwicklung (4), ein Kernprofil (6) und zwei Lasteinleitelemente (7) aufweist. Die Tragwicklung (4) und das Kernprofil (6) sind aus Faserkunststoffverbundmaterial ausgebildet. Ein erstes Lasteinleitelement (7) ist an einem ersten Lagerbereich (3) der zwei Lagerbereiche (3) angeordnet und ein zweites Lasteinleitelement (7) ist an einem zweiten Lagerbereich (3) der zwei Lagerbereiche (3) angeordnet, wobei jedes der Lasteinleitelemente (7) eine Aufnahme (13) für ein Lager (8) aufweist. Das Kernprofil (6) ist räumlich zwischen den Lasteinleitelementen (7) angeordnet. Die Achsstrebe (1) weist eine Verbindungsschicht (5) auf, wobei die Verbindungsschicht (5) die beiden Lasteinleitelemente (7) und das Kernprofil (6) radial um eine Längsachse (L) der Achsstrebe (1) umschließt und das Kernprofil (6) sowie die beiden Lasteinleitelemente (7) mit der Tragwicklung (4) verbindet, die die Verbindungsschicht (5) radial um die Längsachse (L) der Achsstrebe (1) umwickelt.

Description

Achsstrebe

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Achsstrebe mit den oberbegrifflichen Merkmalen nach Anspruch 1.

Achsstreben für Fahrwerke von Fahrzeugen, beispielsweise NKWs, LKWs oder PKWs werden vorwiegend axial sowohl durch Druck- als auch durch Zugkräfte belastet. Bei Wanklasten wird die Achsstrebe in geringem Maße auf Torsion beansprucht. Eine besondere Herausforderung an die Tragfähigkeit der Achsstrebe ergibt sich aus einem Missbrauchslastfall, z. B. wenn ein Wagenheber an die Achsstrebe angesetzt wird.

Aus der DE102015215077 A1 ist eine Achsstrebe bekannt, die einen Schaft und zwei Lagerbereiche umfasst. Die Achsstrebe weist eine Tragwicklung, ein Kernprofil und zwei Lasteinleitelemente auf, wobei die Tragwicklung und das Kernprofil aus Fa- serkunststoffverbundmaterial ausgeformt sind.

Der vorliegenden Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zu Grunde, eine verbesserte Achsstrebe vorzuschlagen, welche eine geringe Bauteilmasse aufweist und kostengünstig herzustellen ist. Zudem soll die Achsstrebe ein gutes Belastungsverhalten aufweisen, unter anderem sollen Spannungen innerhalb der Achsstrebe in verbesserter Art und Weise aufgenommen werden können. Die Achsstrebe soll eine hohe laterale Steifigkeit aufweisen. Die vorgeschlagene Achsstrebe soll zudem modularisierbar sein.

Die vorliegende Erfindung schlägt ausgehend von der vorgenannten Aufgabe eine Achsstrebe mit den Merkmalen nach Patentanspruch 1 vor. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Eine Achsstrebe für ein Fahrzeug umfasst einen Schaft und zwei Lagerbereiche, wobei die Achsstrebe eine Tragwicklung, ein Kernprofil und zwei Lasteinleitelemente aufweist. Die Tragwicklung und das Kernprofil sind aus Faserkunststoffverbundmate- rial ausgebildet. Ein erstes Lasteinleitelement ist an einem ersten Lagerbereich der zwei Lagerbereiche angeordnet und ein zweites Lasteinleitelement ist an einem zweiten Lagerbereich der zwei Lagerbereiche angeordnet, wobei jedes der Lasteinleitelemente eine Aufnahme für ein Lager aufweist. Das Kernprofil ist räumlich zwischen den Lasteinleitelementen angeordnet. Die Achsstrebe weist eine Verbindungsschicht auf, wobei die Verbindungsschicht die beiden Lasteinleitelemente und das Kernprofil radial um eine Längsachse der Achsstrebe umschließt und das Kernprofil sowie die beiden Lasteinleitelemente mit der Tragwicklung verbindet, die die Verbindungsschicht radial um die Längsachse der Achsstrebe umwickelt.

Die Achsstrebe weist einen Schaft und zwei Lagerbereiche auf. Der Schaft ist hierbei zwischen den beiden Lagerbereichen angeordnet und mit diesen verbunden. Die Achsstrebe erstreckt sich somit von dem ersten Lagerbereich über den Schaft zu dem zweiten Lagerbereich. Der erste Lagerbereich begrenzt die Achsstrebe zu einer ersten Seite hin, der zweite Lagerbereich begrenzt die Achsstrebe zu einer zweiten Seite hin. Der Schaft ist hierbei länger als breit, wobei der Schaft vorzugsweise eine geringere Breite aufweist als die beiden Lagerbereiche an ihrer breitesten Stelle. Die Lagerbereiche können beispielsweise von ihrer Grundfläche her zylindrisch ausgeformt sein. Der erste Lagerbereich geht fließend in den Schaft über. Der zweite Lagerbereich geht ebenfalls fließend in den Schaft über. In anderen Worten weist der Übergang zwischen den Lagerbereichen und dem Schaft keinen Knick oder eine Kante auf.

Die Achsstrebe kann hierbei in einem Fahrwerk eines Fahrzeugs verwendet werden, z. B. in einem NKW, LKW oder PKW. Auf die Achsstrebe wirken in einem Fahrbetrieb Druck- und Zugkräfte, die diese axial belasten. Axial bedeutet hierbei in Längsrichtung der Achsstrebe, wobei diese Längsrichtung durch die beiden Lagerbereiche festgelegt ist. In anderen Worten ist die Längsrichtung der Achsstrebe von dem ersten Lagerbereich zu dem zweiten Lagerbereich entlang des Schafts definiert. Des Weiteren wird die Achsstrebe auf Torsion beansprucht, wenn an dem Fahrwerk, in welchem die Achsstrebe Verwendung findet, eine Wanklast auftritt. Wird an der Achsstrebe beispielsweise ein Wagenheber angesetzt, tritt ein sogenannter Miss- brauchslastfall auf, d. h. auf die Achsstrebe wirken Biegebeanspruchungen. Die Achsstrebe weist die radiale Tragwicklung auf. Diese Tragwicklung ist aus FKV ausgeformt. Vorzugsweise ist die Tragwicklung aus einem carbonfaserverstärkten Kunststoff (CFK) ausgeformt. Die Tragwicklung kann alternativ dazu aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff (GFK) oder aus einem aramidverstärkten Kunststoff (AFK) oder aus einem anderen geeigneten FKV ausgeformt sein. Die Tragwicklung ist endlosfaserverstärkt. Eine radiale Wicklung ist hierbei eine Wicklung, welche um die Längsachse der Achstrebe herum verläuft. In anderen Worten wird durch die radiale Tragwicklung eine Mantelfläche der Achsstrebe ausgeformt. Die Achsstrebe ist in anderen Worten ein geometrischer Extrusionskörper, welcher eine Mantelfläche und zwei Deckflächen aufweist.

Die Achsstrebe weist weiterhin das Kernprofil auf. Dieses Kernprofil ist aus einem FKV ausgeformt, vorzugsweise aus GFK. Alternativ dazu kann das Kernprofil auch aus einem anderen geeigneten FKV, z. B. CFK oder AFK, ausgeformt sein. Das Kernprofil ist vorzugsweise ein Pultrusionsprofil, kann aber alternativ dazu als ein Pulwindingprofil oder als ein Wickelprofil oder als ein Flechtprofil oder als ein anderes geeignetes Profil ausgeformt sein. Dadurch ist das Kernprofil kostengünstig herzustellen. Das Kernprofil kann kontinuierlich gefertigt werden, wodurch sich eine Modu- larisierbarkeit realisieren lässt. Das Kernprofil kann in anderen Worten bei der kontinuierlichen Fertigung auf eine für einen spezifischen Fahrzeugtyp benötigte Länge des Schafts abgelängt werden. Das Kernprofil weist bei einer bevorzugten Verwendung eines FKV mit einem deutlich von 0° abweichenden Faserwinkel, beispielsweise um 45°, eine gewisse axiale Weichheit auf. Dies ist bei dem Auftreten eines Miss- brauchslastfalls notwendig, um die dort auftretenden Kräfte in die Tragwicklung umzulenken. Axiale Kräfte werden somit nicht oder nur zu einem sehr geringen Maße in das Kernprofil geleitet.

Die Achsstrebe weist an jedem ihrer Lagerbereiche ein Lasteinleitelement auf. Jedes Lasteinleitelement weist eine Aufnahme für ein Lager auf. Jede Aufnahme der Lasteinleitelemente ist geeignet je ein Lager, z. B. ein Gummi-Metall-Lager, aufzunehmen. Mittels dieser Aufnahmen wird eine Wirkverbindung zwischen den Lasteinleitelementen und den Lagern hergestellt. Die Lasteinleitelemente sind ausgehend von einer Lasteinleitung über die jeweilige Aufnahme ausgestaltet. Beispielsweise kann jedes Lasteinleitelement an dem Bereich, welcher dem Kernprofil benachbart ist, eine Längsnut aufweisen. Beispielsweise kann jedes Lasteinleitelement eine schmal auslaufende Kontur aufweisen, welche aus z. B. zwei schmal auslaufenden Enden ausgebildet ist. Weiterhin kann jedes Lasteinleitelement eine Aussparung aufweisen, die materialfrei ist, wobei die Ausformung der Aussparung sich an dem Spannungsverlauf in dem jeweiligen Lasteinleitelement orientiert.

Räumlich zwischen den beiden Lasteinleitelementen ist das Kernprofil angeordnet. Der Schaft der Achsstrebe weist somit das Kernprofil auf. Das Kernprofil weist einen gewissen Abstand auf zu dem ersten und zu dem zweiten Lasteinleitelement. In anderen Worten ist zwischen dem Kernprofil und dem ersten Lasteinleitelement ein materialfreier Spalt sowie zwischen dem Kernprofil und dem zweiten Lasteinleitelement. Das Kernprofil und die beiden Lasteinleitelemente sind somit voneinander entkoppelt. Diese Entkopplung bleibt ebenfalls bei jedem Belastungsfall bestehen. Dies heißt zu keinem Zeitpunkt entsteht eine direkte Wirkverbindung zwischen den

Lasteinleitelementen und dem Kernprofil.

Die Verbindungsschicht der Achsstrebe dient dazu, die Tragwicklung zu verbinden mit dem Kernprofil und den beiden Lasteinleitelementen. Die Verbindungsschicht umschließt das Kernprofil und die beiden Lasteinleitelemente radial, ebenso wie die Tragwicklung. Die Verbindungsschicht formt damit eine Mantelfläche der Achsstrebe aus, die vergleichbar ist mit der Mantelfläche, die durch die Tragwicklung ausgeformt wird. Die Verbindungsschicht ist räumlich zwischen der Tragwicklung und dem Kernprofil sowie den zwei Lasteinleitelementen angeordnet. Die Verbindungsschicht kontaktiert also die Tragwicklung an ihrer gesamten Innenfläche. Die Verbindungsschicht kontaktiert das erste Lasteinleitelement, das Kernprofil und das zweite Lasteinleitelement. Mittels der Verbindungsschicht wird eine dauerfeste Verbindung hergestellt, zwischen der Tragwicklung und dem Kernprofil sowie den beiden Lasteinleitelementen. Vorzugsweise ist die Verbindungsschicht ausgeformt aus einem Haftvermittler, der weiterhin vorzugsweise als Filmklebstoff in Tapeform vorliegen kann.

Durch die Verbindungsschicht wird die Haftung zwischen den Lasteinleitelementen und der Tragwicklung im Gegensatz zum Stand der Technik verbessert. Außerdem dient die Verbindungsschicht als Korrosionsschutz, so dass eine Kontaktkorrosion der Lasteinleitelemente verhindert wird, wenn die Tragwicklung aus CFK ausgebildet ist. Durch die Verbindungsschicht erfolgt also eine elektrische Trennung.

Wird bei der Verwendung der Achsstrebe in einem Fahrzeug eine axiale Last über die Lasteinleitelemente in die Achsstrebe eingeleitet, z. B Druck- oder Zugkräfte, wird diese Last von den Lasteinleitelementen flächig mittels Schub (im Falle von Drucklasten) oder über Formschluss (im Falle von Zuglasten) an die Tragwicklung weitergeleitet. Die Tragwicklung nimmt diese axiale Last auf. Das Kernprofil ist somit vorzugsweise nicht oder nur in äußerst geringem Maße an der Aufnahme der axialen Last beteiligt. Somit werden lokale Spannungsspitzen in dem Kernprofil vermieden. Die Achsstrebe ist auf Grund der Ausformung der Tragwicklung und des Kernprofils aus FKV leichter als herkömmliche metallische Achsstreben.

Nach einer Ausführungsform weist das Kernprofil einen doppel-H-förmigen Querschnitt auf. Durch diesen doppel-H-förmigen Querschnitt ist die Tragfähigkeit des Kernprofils und somit der gesamten Achsstrebe im Vergleich zum Stand der Technik verbessert. Der verfügbare Bauraum wird nahezu vollständig ausgenutzt durch das Kernprofil. Ein Einfallen des Kernprofils unter dem hohen Druck, der beim Aushärten der Achsstrebe mit einer Tragwicklung aus FKV, vorzugsweise aus CFK, in einer Presse oder in einem Autoklav vorherrscht, wird durch den doppel-H-förmigen Querschnitt verhindert. Das Kernprofil ist also derart ausgestaltet, dass dieses hohen Außendrücken standhalten kann.

Das Einfallen des Profils kann zudem zusätzlich verhindert werden, indem während des Fertigungsprozesses ein Außenwerkzeug eingesetzt wird, das die offenen Flanken des Kernprofils während des Fertigens und des Aushärtens unterstützt.

Nach einer weiteren Ausführungsform koppelt das Kernprofil die Wickelstränge der Tragwicklung miteinander. Diese Kopplung ist eine Querkopplung. In anderen Worten umschließt die Tragwicklung die Mantelfläche des Kernprofils in einem Teilbereich. Durch diese Kopplung wird ein höheres Flächenträgheitsmoment erzeugt als bei Achsstreben ohne Querkopplung. Die Knicktragfähigkeit der Achsstrebe ist somit ebenfalls erhöht, da bei einer Knickbelastung die Tragwicklung mit dem Kernprofil gemeinsam als ein Querschnitt wirkt. Die Biegesteifigkeit und die Beulsteifigkeit der Achsstrebe sind ebenfalls erhöht. Da das Kernprofil nicht mit den Lasteinleitelementen verbunden ist, sondern beabstandet zu diesen ist, ist die Kopplung der Wickelstränge der Tragwicklung in dem Spaltbereich unterbrochen. Dies beeinträchtigt die Knicktragfähigkeit und/ oder die Beulsteifigkeit nicht signifikant.

Nach einer weiteren Ausführungsform sind die Lasteinleitelemente aus Aluminium ausgeformt. Die Lasteinleitelemente können kostengünstig im Strangpressverfahren hergestellt werden.

Nach einer weiteren Ausführungsform ist wenigstens eine der Aufnahmen der Lasteinleitelemente als Bohrung ausgeformt, deren Mittelachse einen Winkel aufweist zu einer Achse, die senkrecht ist zu der Längsachse der Achsstrebe. Dieser Winkel ist vorzugsweise ein spitzer Winkel. Diese senkrechte Achse schneidet die Mittelachse der Aufnahme des wenigstens einen Lasteinleitelements in einem Punkt. Die Mittelachse der als Bohrung ausgeformten Aufnahme ist diejenige Achse, um die die Bohrung rotationssymmetrisch ist. Selbstverständlich können beide Lasteinleitelemente als Bohrung ausgeformt sein, deren jeweilige Mittelachse einen Winkel aufweist zu je einer Achse, die senkrecht ist zu der Längsachse der Achsstrebe. Dabei weist die Mittelachse des ersten Lasteinleitelements einen Winkel auf zu einer ersten senkrechten Achse, die diese Mittelachse des ersten Lasteinleitelements in einem Punkt schneidet, und die Mittelachse des zweiten Lasteinleitelements weist einen Winkel auf zu einer zweiten senkrechten Achse, die diese Mittelachse des zweiten Lasteinleitelements in einem Punkt schneidet. Dabei ist jeder dieser Winkel vorzugsweise ein spitzer Winkel. Dabei können die Mittelachsen der beiden Lasteinleitelemente parallel zueinander angeordnet sein. In anderen Worten kann die Aufnahme des wenigstens einen Lasteinleitelements oder beider Lasteinleitelemente als schräge Bohrung ausgeformt sein.

Vorteilhaft daran ist, dass durch diese schräge Bohrung bzw. durch diese schrägen Bohrungen ein lateraler Offset der beiden Lagerbereiche der Achsstrebe realisiert wird. Ein lateraler Offset ist dabei ein Abweichen der Erstreckung der Achsstrebe von einer horizontalen Ebene, in welcher die Längsachse der Achsstrebe angeordnet ist. In anderen Worten liegt der erste Lagerbereich der Achsstrebe in einer anderen horizontalen Ebene als der zweite Lagerbereich der Achsstrebe, wenn die Achsstrebe in einem Fahrzeug verwendet wird. Die beiden Ebenen sind hierbei parallel zueinander, horizontal und voneinander beabstandet. Durch die schräge Bohrung bzw. die schrägen Bohrungen muss die Tragwicklung der Achsstrebe während der Fertigung nicht schräg gewickelt werden, sondern kann in einer Ebene ohne Knick oder Abschrägung aufgetragen werden. Die Fasern des FKV-Laminats müssen nicht umgelenkt werden, wodurch Störungen des FKV-Laminats vermieden werden und ein un- idirektionales FKV-Laminat ausgebildet wird. Dadurch ist eine lastgerechte Kraftaufnahme ermöglicht.

Zudem ist es durch eine Veränderung des Bohrungswinkels möglich, auf einfache und kostengünstige Art und Weise unterschiedliche laterale Offsets darzustellen, beispielsweise für die Anforderungen verschiedener Fahrzeuge oder Fahrzeugtypen, ohne dass der Herstell ungsprozess der Achsstrebe vollständig umgestellt werden muss. Lediglich der Bohrungswinkel der Aufnahme des Lasteinleitelements bzw. der Aufnahmen der Lasteinleitelemente muss angepasst werden.

Nach einer weiteren Ausführungsform ist wenigstens eine der Aufnahmen der Lasteinleitelemente als Bohrung ausgeformt, deren Mittelachse senkrecht ist zu der Längsachse der Achsstrebe. Ist die Mittelachse der Aufnahme des ersten Lasteinleitelements senkrecht zu der Längsachse der Achsstrebe, und die Mittelachse der Aufnahme des zweiten Lasteinleitelements weist einen Winkel zu einer Achse auf, die senkrecht ist zu der Längsachse der Achsstrebe, weist die Achsstrebe einen lateralen Offset der beiden Lagerbereiche auf, wenn die Achsstrebe in einem Fahrzeug verwendet wird. Der Winkel ist vorzugsweise ein spitzer Winkel. Dieser laterale Offset ist auf einfache Art und Weise und zudem kostengünstig realisiert mit den bereits beschriebenen Vorteilen.

Nach einer weiteren Ausführungsform sind beide Aufnahmen der Lasteinleitelemente als Bohrung ausgeformt, deren Mittelachse senkrecht ist zu der Längsachse der Achsstrebe. Das heißt, dass die Mittelachsen beider Aufnahmen parallel zueinander angeordnet sind. Da beide Mittelachsen senkrecht sind zu der Längsachse der Achsstrebe, weist die Achsstrebe keinen lateralen Offset auf, sondern ist eben, wenn die Achsstrebe in einem Fahrzeug verwendet wird. Dies heiß, dass die beiden Lagerbereiche der Achsstrebe in derselben horizontalen Ebene angeordnet sind. Die Tragwicklung der Achsstrebe kann während der Fertigung in einer Ebene ohne Knick oder Abschrägung aufgetragen werden. Die Fasern des FKV-Laminats werden nicht umgelenkt, wodurch Störungen des FKV-Laminats vermieden werden und ein unidi- rektionales FKV-Laminat ausgebildet wird. Dadurch ist eine lastgerechte Kraftaufnahme ermöglicht.

Nach einer weiteren Ausführungsform sind beide Lasteinleitelemente spannungsop- timiert ausgeformt. Dies heißt, dass bei Belastungen, die auf das Lasteinleitelement einwirken, ein homogener Spanungsverlauf vorliegt.

Nach einer weiteren Ausführungsform weist die Achsstrebe zusätzlich zwei Lager aufweist, wobei ein erstes Lager angeordnet ist in der Aufnahme des ersten Lasteinleitelements und wobei ein zweites Lager angeordnet ist in der Aufnahme des zweiten Lasteinleitelements, wobei jedes Lager mittels einer Übergangspassung und mittels eines Klebstoffs mit seiner jeweiligen Aufnahme verbunden ist. Beide Lager können gleichförmig ausgeformt sein. Alternativ dazu kann das erste Lager anders ausgeformt sein als das zweite Lager. Vorzugsweise sind beide Lager als Gummi-Metall- Lager ausgebildet.

Vorteilhaft an der Übergangspassung und an dem Klebstoff ist, dass die Anbindung der Lasteinleitelemente an die Tragwicklung und die Lasteinleitelemente selbst weniger stark beansprucht sind als bei der Verwendung einer Übermaßpassung wie im Stand der Technik. Die Lager sind dadurch gegen seitliches Auspressen während eines Lastfalls gesichert. Zudem treten in den Lasteinleitelementen keine plastischen Verformungen auf im Gegensatz zur Verwendung einer Übermaßpassung wie im Stand der Technik.

Nach einer weiteren Ausführungsform ist das Kernprofil aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff (GFK) ausgeformt. Nach einer weiteren Ausführungsform ist die Tragwicklung aus einem carbonfaserverstärkten Kunststoff (CFK) ausgeformt.

Nach einer weiteren Ausführungsform ist die Verbindungsschicht aus einem Haftvermittler ausgeformt, der vorzugsweise als Filmklebstoff, d. h. in Tape-Form, vorliegt. Vorteilhaft an der Verwendung von Filmklebstoff ist, dass dieser wie die Tragwicklung auch, radial um das Kernprofil und die Lasteinleitelemente gewickelt werden kann. Dies vereinfacht den Herstellungsprozess im Vergleich zum Stand der Technik.

Nach einer weiteren Ausführungsform weist die Achsstrebe zwei Querwicklungen auf, wobei eine erste der zwei Querwicklungen im Bereich des ersten Lasteinleitelements und eine zweite der zwei Querwicklungen im Bereich des zweiten Lasteinleitelements angeordnet ist. Eine Querwicklung ist hierbei im Gegensatz zu der Tragwicklung nicht radial um die Längsachse der Achsstrebe gewickelt, sondern quer. Das heißt, dass die Längsachse der Achsstrebe für die Querwicklung eine Mittenachse darstellt, so dass die Richtung der Querwicklung senkrecht ist auf der Richtung der Längswicklung. Die Querwicklungen sind aus einem FKV ausgeformt, vorzugsweise aus GFK, können aber alternativ dazu aus einem anderen geeigneten FKV, z. B. CFK oder AFK ausgeformt sein. Diese Querwicklungen dienen zur Erhöhung der Tragfähigkeit der Achsstrebe und stützen die Tragwicklung in den Lasteinleitungsbereichen, wenn Zuglasten auftreten. Zudem Schützen die Querwicklungen vor Verschmutzung.

Nach einer weiteren Ausführungsform weist die Achsstrebe eine weitere Querwicklung auf, welche den Schaft umschließt. Die weitere Querwicklung ist aus einem FKV ausgeformt, vorzugsweise aus GFK, kann aber alternativ dazu aus einem anderen geeigneten FKV, z. B. CFK oder AFK ausgeformt sein. Diese weitere Querwicklung dient zur Erhöhung der Tragfähigkeit der Achsstrebe, zum Schutz vor Verschmutzung und zum Schutz von schlagartigen Lasten (Impact-Lasten).

Anhand der im Folgenden erläuterten Figuren werden verschiedene Ausführungsbeispiele und Details der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen: eine schematische Darstellung einer Achsstrebe nach einem Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Achsstrebe nach Ausführungsbeispiel aus Fig. 1 mit zwei Lagern,

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Lasteinleitelements der Achsstrebe aus dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 1 ,

Fig. 4 eine schematische Schnittdarstellung entlang der Linie A-A des Lasteinleitelements aus Fig. 3,

Fig. 5 eine schematische Darstellung des Kernprofils der Achsstrebe nach dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 1 ,

Fig. 6 eine schematische Schnittdarstellung entlang der Linie B-B des Kernprofils aus Fig. 5.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Achsstrebe 1 nach einem Ausführungsbeispiel. Die Achsstrebe 1 weist einen Schaft 2 und zwei Lagerbereiche 3 auf. Die Achsstrebe 1 erstreckt sich von einem ersten Lagerbereich 3 über den Schaft 2 zu einem zweiten Lagerbereich 3. Die Achsstrebe 1 ist ausgeformt mittels zweier Lasteinleitelemente 7, mittels einer Tragwicklung 4, mittels eines Kernprofils 6 und mittels einer Verbindungsschicht 5. Durch die geschnittene Darstellung der Fig. 1 ist die Verbindungsschicht 5 sowie das Kernprofil 6 deutlich zu erkennen.

Ein erstes Lasteinleitelement 7 ist an dem ersten Lagerbereich 3 angeordnet. Ein zweites Lasteinleitelement 7 ist an dem zweiten Lagerbereich 3 angeordnet. Jedes Lasteinleitelement 7 weist eine Aufnahme 13, die zylinderförmig ausgebildet ist, auf. Diese Aufnahme 13 dient dazu jeweils ein Lager, welches als Gummimetalllager ausgeformt sein kann und in Fig. 2 dargestellt ist, aufzunehmen und mit der Achsstrebe 1 zu verbinden. Jedes dieser Lasteinleitelemente 7 weist zudem eine Ausspa- rung 10, die materialfrei ist, auf. Zudem weist jedes Lasteinleitelement 7 zwei schmal auslaufende Enden, die dem Kernprofil 6 zugewandt sind, auf. Beide Lasteinleitelemente 7 sind aus Aluminium ausgeformt. Die Aufnahmen 13 der Lasteinleitelemente 7 sind als Bohrung ausgebildet. Beide Lasteinleitelemente 7 sind gleichförmig zueinander ausgestaltet und sind spannungsoptimiert bezüglich einer Lasteinleitung, die über die Lager in die Lasteinleitelemente 7 und somit in die Achsstrebe 1 erfolgt. Die Ausformung der Aussparung 10 jedes Lasteinleitelements 7 ist dabei an einem Spannungsverlauf in diesem Lasteinleitelement 7 orientiert. Jedes Lasteinleitelement 7 ist innerhalb der Achsstrebe 1 derart angeordnet, dass das Lasteinleitelement 7 ein Abstand 11 zu dem Kernprofil 6 aufweist. Das Kernprofil 6 kontaktiert also weder das erste Lasteinleitelement 7 noch das zweite Lasteinleitelement 7 und ist von diesen entkoppelt.

Das Kernprofil 6 ist vorzugsweise aus einem GFK ausgeformt und ist an dem

Schaft 2 der Achsstrebe 1 angeordnet. Das Kernprofil 6 weist hierbei einen doppel-H- förmigen Querschnitt auf, welcher in Fig. 6 näher dargestellt ist. Das Kernprofil 6 dient dazu, die Wickelstränge der Tragwicklung 4 miteinander zu koppeln.

Das Kernprofil 6 und die beiden Lasteinleitelemente 7 sind entlang einer Längsachse L der Achsstrebe 1 angeordnet. Die Längsachse L der Achsstrebe 1 erstreckt sich von dem ersten Lagerbereich 3 über den Schaft 2 zu dem zweiten Lagerbereich 3. Radial um diese Längsachse L ist die Verbindungsschicht 5 um das Kernprofil 6 sowie um die beiden Lasteinleitelemente 7 herumgewickelt. Die Verbindungsschicht 5 umschließt also das Kernprofil 6 in einem Teilbereich, ebenso umschließt es die beiden Lasteinleitelemente 7 in einem Teilbereich. In anderen Worten bildet die Verbindungsschicht 5 eine Mantelfläche der Achsstrebe 1 aus. Die Verbindungsschicht 5 ist dabei aus einem Filmklebstoff ausgeformt. Die Verbindungsschicht 5 dient dazu die Verbindung zwischen der Tragwicklung 4 und dem Kernprofil 6 sowie den beiden Lasteinleitelementen 7 herzustellen.

Die Tragwicklung 4 ist ebenso wie die Verbindungsschicht 5 radial um die Längsachse L der Achsstrebe 1 gewickelt und umschließt somit das Kernprofil 6 sowie die beiden Lasteinleitelemente 7 in einem Teilbereich. Die Tragwicklung 4 bildet eine äuße- re Mantelfläche der Achsstrebe 1 aus. Die Tragwicklung 4 ist dabei aus CFK ausgeformt. Zudem ist die Tragwicklung 4 endlosfaserverstärkt.

Wird bei der Verwendung der Achsstrebe 1 in einem Fahrzeug eine axiale Last über die Lasteinleitelement 7 in die Achsstrebe 1 eingeleitet, wird diese Last von den Lasteinleitelementen 7 flächig an die Tragwicklung 4 weitergeleitet. Die Tragwicklung 4 nimmt die axiale Last auf.

Die in Fig. 1 dargestellte Achsstrebe 1 ist geometrisch eben ausgeformt, das heißt, dass der erste Lagerbereich 3 in derselben Ebene angeordnet ist, wie der zweite Lagerbereich 3. Somit ist die Tragwicklung eine unidirektionale Wicklung.

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung der Achsstrebe 1 nach dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 mit zwei Lagern 8. Dargestellt ist dieselbe Achsstrebe wie in Fig. 1 , nur sind nun zwei Lager 8 mit den jeweiligen Aufnahmen der Lasteinleitelemente 7 wirkverbunden. Die Aufnahmen der Lasteinleitelemente 7 sind als schräge Bohrungen ausgeformt. Das heißt, dass die Mittelachsen M der Aufnahmen der Lasteinleitelemente 7 derart angeordnet sind, dass sie zu einer Achse, die senkrecht auf der Längsachse L der Achsstrebe 1 ist, einen gewissen Winkel aufweisen. Dadurch ist die Bohrung der jeweiligen Aufnahmen schräg ausgeführt. Aufgrund dieser schrägen Bohrung sind die beiden Lager 8 ebenfalls schräg in der Achsstrebe 1 eingebracht. Dadurch weist die Achsstrebe 1 einen lateralen Offset auf. Dies bedeutet, dass die Achsstrebe 1 in sich schräg gestellt ist, so dass der erste Lagerbereich 3 in einer anderen horizontalen Ebene angeordnet ist, als der zweite Lagerbereich 3. Hier ist deutlich zu erkennen, dass die Längsachse L der Achsstrebe 1 einen Winkel aufweist zu einer horizontalen Achse 12. Diese horizontale Achse 12 steht dabei senkrecht auf den Mittelachsen M. Diesen lateralen Offset weist die Achsstrebe 1 bei der Verwendung in einem Fahrzeug auf.

Die Lager 8 sind mittels einer Übergangspassung und mittels eines Klebstoffs mit den Aufnahmen der beiden Lasteinleitelemente 7 wirkverbunden. Somit ist jedes Lager 8 gegen ein seitliches Auspressen gesichert. Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Lasteinleitelements 7 der Achsstrebe 1 aus dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 1. Hier ist nochmals deutlich die span- nungsoptimierte Ausformung des Lasteinleitelements 7 zu erkennen. Zudem ist die Aufnahme 13 als schräge Bohrung ausgeformt. Die Mittelachse M der Aufnahme 13 weist einen Winkel zu einer auf der Längsachse L senkrecht stehenden Achse auf. Dies wird in Fig. 4 nochmals deutlicher dargestellt. Deutlich ist auch die Aussparung 10 zu erkennen und die schmal auslaufenden Enden des Lasteinleitelements 7, was beides zu der spannungsoptimierte Ausformung des Lasteinleitelements 7 beiträgt. Die Spannungsoptimierung wird mittels einer numerischen Optimierung bestimmt. Zudem ist die Schnittlinie A-A dargestellt, die auf der Längsachse L liegt, entlang welcher das Lasteinleitelement 7 geschnitten ist, was in Fig. 4 dargestellt ist.

Fig. 4 zeigt eine schematische Schnittdarstellung entlang der Linie A-A des Lasteinleitelements 7 aus Fig. 3. Hier ist deutlich zu erkennen, dass die Aufnahme 13 des Lasteinleitelements 7 als schräge Bohrung ausgeführt ist. Die Mittelachse M der Aufnahme 13 weist dabei einen Winkel zu einer senkrechten Achse 9 auf, wobei die senkrechte Achse 9 senkrecht auf der Längsachse L der Achsstrebe ist. Durch diese Ausformung der Aufnahme 13 als schräge Bohrung kann der laterale Offset, der in Fig. 2 dargestellt ist auf einfache Art und Weise erreicht werden. Die Tragwicklung der Achsstrebe muss nicht mehr mit einem Knick oder schräg gewickelt werden. Somit kann ein unidirektionales CFK-Laminat ausgebildet sein. Dadurch ist eine lastgerechte Kraftaufnahme ermöglicht.

Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung des Kernprofils 6 der Achsstrebe 1 nach dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 1. Dargestellt ist das Kernprofil 6, das aus einem GFK ausgeformt ist. Weiterhin ist die Längsachse L dargestellt. Zudem ist eine Schnittlinie B-B dargestellt, welche senkrecht zu der Längsachse L ist und entlang welcher ein Schnitt erfolgt, der in Fig. 6 dargestellt ist. Es ist deutlich zu erkennen, dass das Kernprofil 6 einen doppel-H-förmigen Querschnitt aufweist. Dies ist vorteilhaft, da ein Einfallen des Kernprofils 6 unter hohem Druck, der zum Beispiel beim Aushärten der Achsstrebe in einem Autoklaven vorherrscht, verhindert wird. Das Kernprofil 6 kann also hohen Außenbrücken standhalten. Fig. 6 zeigt eine schematische Schnittdarstellung entlang der Linie B-B des Kernprofils 6 aus Fig. 5. Hier ist nochmal deutlich zu erkennen, dass das Kernprofil 6 eine doppel-H-förmige Ausgestaltung aufweist. Zudem ist zu erkennen, dass das Kernprofil 6 an seinen beiden Seiten zuerst verbunden ist mit der Verbindungsschicht 5 und über die Verbindungsschicht verbunden ist mit der Tragwicklung 4. Die Tragwicklung 4 bildet also die äußere Mantelfläche der Achsstrebe. Die Verbindungsschicht 5 verbindet das Kernprofil 6 mit der Tragwicklung 4.

Die hier dargestellten Beispiele sind nur beispielhaft gewählt. Beispielsweise kann entweder um die Lagerbereiche, oder sowohl um die Lagerbereich als auch um den Schaft der Achsstrebe eine Querwicklung beziehungsweise Querwicklungen vorgesehen sein, um die Tragwicklung im Lasteinleitungsbereich beim Auftreten von Zugkräften zu unterstützen und die Achsstrebe vor Verschmutzung zu schützen. Die Querwicklung oder die Querwicklungen sind beispielsweise aus GFK ausgeformt.

Selbstverständlich ist die Schaftlänge der Achsstränge variabel, dies heißt, je nachdem wie lange das Kernprofil ist die Achsstrebe länger oder kürzer ausgestaltet. Weiterhin ist der Winkel, den die Mittelachsen der Aufnahmen der Lasteinleitelemente zu einer senkrechten Achse aufweisen variabel, das heißt je nach Fahrzeugtyp kann dieser Winkel unterschiedlich ausgeformt sein, so dass ein unterschiedlicher lateraler Offset erreicht werden kann.

Bezugszeichen

1 Achsstrebe

2 Schaft

3 Lagerbereich

4 Tragwicklung

5 Verbindungsschicht

6 Kernprofil

7 Lasteinleitelement

8 Lager

9 senkrechte Achse

10 Aussparung

11 Abstand

12 horizontale Achse

13 Aufnahme

L Längsachse

M Mittelachse

A-A Schnittlinie

B-B Schnittlinie

Claims

Patentansprüche

1. Achsstrebe (1) für ein Fahrzeug, umfassend einen Schaft (2) und zwei Lagerbereiche (3), wobei die Achsstrebe (1) eine Tragwicklung (4), ein Kernprofil (6) und zwei Lasteinleitelemente (7) aufweist, wobei die Tragwicklung (4) und das Kernprofil (6) aus Faserkunststoffverbundmaterial ausgebildet sind, und wobei ein erstes Lasteinleitelement (7) an einem ersten Lagerbereich (3) der zwei Lagerbereiche (3) angeordnet ist und ein zweites Lasteinleitelement (7) an einem zweiten Lagerbereich (3) der zwei Lagerbereiche (3) angeordnet ist, wobei jedes der Lasteinleitelemente (7) eine Aufnahme (13) für ein Lager (8) aufweist, wobei das Kernprofil (6) räumlich zwischen den Lasteinleitelementen (7) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Achsstrebe (1 ) eine Verbindungsschicht (5) aufweist, wobei die Verbindungsschicht (5) die beiden Lasteinleitelemente (7) und das Kernprofil (6) radial um eine Längsachse (L) der Achsstrebe (1 ) umschließt und das Kernprofil (6) sowie die beiden Lasteinleitelemente (7) mit der Tragwicklung (4) verbindet, die die Verbindungsschicht (5) radial um die Längsachse (L) der Achsstrebe (1 ) umwickelt.

2. Achsstrebe (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kernprofil (6) einen doppel-H-förmigen Querschnitt aufweist.

3. Achsstrebe (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kernprofil (6) die Wickelstränge der Tragwicklung (4) miteinander koppelt.

4. Achsstrebe (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lasteinleitelemente (7) aus Aluminium ausgeformt sind.

5. Achsstrebe (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Aufnahmen (13) der Lasteinleitelemente (7) als Bohrung ausgeformt ist, deren Mittelachse (M) einen Winkel aufweist zu einer Achse (9), die senkrecht ist zu der Längsachse (L) der Achsstrebe (1).

6. Achsstrebe (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass beide Aufnahmen (13) der Lasteinleitelemente (7) als Bohrung ausgeformt sind, deren Mittelachse (M) einen Winkel aufweist zu einer Achse (9), die senkrecht ist zu der Längsachse (L) der Achsstrebe (1).

7. Achsstrebe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Aufnahmen (13) der Lasteinleitelemente (7) als Bohrung ausgeformt ist, deren Mittelachse (M) senkrecht ist zu der Längsachse (L) der Achsstrebe

(1).

8. Achsstrebe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass beide Aufnahmen (13) der Lasteinleitelemente (7) als Bohrung ausgeformt sind, deren Mittelachse (M) senkrecht ist zu der Längsachse (L) der Achsstrebe (1).

9. Achsstrebe (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beide Lasteinleitelemente (7) spannungsoptimiert ausgeformt sind.

10. Achsstrebe (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Achsstrebe (1) zusätzlich zwei Lager (8) aufweist, wobei ein erstes Lager (8) angeordnet ist in der Aufnahme (13) des ersten Lasteinleitelements (7) und wobei ein zweites Lager (8) angeordnet ist in der Aufnahme (13) des zweiten Lasteinleitelements (7), wobei jedes Lager (8) mittels einer Übergangspassung und mittels eines Klebstoffs mit seiner jeweiligen Aufnahme (13) verbunden ist.

11. Achsstrebe (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kernprofil (6) aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff ausgeformt ist.

12. Achsstrebe (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragwicklung (4) aus einem carbonfaserverstärkten Kunststoff ausgeformt ist.

13. Achsstrebe (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsschicht (5) aus einem Haftvermittler ausgeformt ist.

14. Achsstrebe (1 ) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Haftvermittler als Filmklebstoff vorliegt.

15. Achsstrebe (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Achsstrebe (1) zwei Querwicklungen aufweist, wobei eine erste der zwei Querwicklungen im Bereich des ersten Lasteinleitelements (7) und eine zweite der zwei Querwicklungen im Bereich des zweiten Lasteinleitelements (7) angeordnet ist.

16. Achsstrebe (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Achsstrebe (1) eine weitere Querwicklung aufweist, welche den Schaft (2) umschließt.