WO2019185265A1 - Achsstrebe für ein fahrzeug - Google Patents

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WO2019185265A1
WO2019185265A1 PCT/EP2019/054782 EP2019054782W WO2019185265A1 WO 2019185265 A1 WO2019185265 A1 WO 2019185265A1 EP 2019054782 W EP2019054782 W EP 2019054782W WO 2019185265 A1 WO2019185265 A1 WO 2019185265A1
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WO
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lasteinleit
segment
load
axle strut
core profile
Prior art date
Application number
PCT/EP2019/054782
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English (en)
French (fr)
Inventor
Andre Stieglitz
Ingolf Müller
Ignacio Lobo Casanova
Original Assignee
Zf Friedrichshafen Ag
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Publication date
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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G7/00—Pivoted suspension arms; Accessories thereof
    • B60G7/001—Suspension arms, e.g. constructional features
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G2206/00—Indexing codes related to the manufacturing of suspensions: constructional features, the materials used, procedures or tools
    • B60G2206/01—Constructional features of suspension elements, e.g. arms, dampers, springs
    • B60G2206/10—Constructional features of arms
    • B60G2206/11—Constructional features of arms the arm being a radius or track or torque or steering rod or stabiliser end link
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • B60G2206/70—Materials used in suspensions
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    • B60G2206/7101—Fiber-reinforced plastics [FRP]
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    • B60G2206/01—Constructional features of suspension elements, e.g. arms, dampers, springs
    • B60G2206/80—Manufacturing procedures
    • B60G2206/85—Filament winding

Definitions

  • the present invention relates to an axle strut with the above-mentioned
  • the invention also relates to a method for producing such a Achsstrebe.
  • Axle struts for chassis of vehicles are mainly loaded axially by both compressive and tensile forces. With roll loads, the axle strut is subjected to torsion to a slight extent. A particular challenge to the load capacity of the axle strut results from a misuse load case, z. B. when a jack to the axle strut
  • Axle strut is attached.
  • a connecting strut with a rod portion and with both ends of the same arranged and directed transversely to the longitudinal axis of the rod portion bearing eyes, wherein the connecting strut is at least partially made of fiber-reinforced plastic.
  • the fiber-reinforced plastic is at least partially formed by prepregs.
  • the bearing lugs are each formed by one or more circumferential first prepreg winding layers, and connected to one another by means of one or more second prepreg winding layers guided from one to the other bearing eye over a pitch circle thereof to form the pole section.
  • axle strut which comprises a shaft and two bearing areas.
  • the axle strut has a support winding, a core profile and two load-transfer elements, wherein the support winding and the core profile are formed from fiber-reinforced plastic composite material.
  • the present invention is based on the prior art based on the object to propose an improved axle strut.
  • the axle strut should have an improved load behavior, with stresses within the axle strut being received and distributed in an improved manner.
  • the carrying capacity of the axle strut should be increased.
  • the axle strut should be modularized.
  • An axle strut for a vehicle comprises a shaft and a first and second storage area.
  • the axle strut comprises a support winding, a core profile and a first and second Lasteinleit element.
  • the support winding and the core profile are formed from a fiber-reinforced plastic composite material.
  • the first load-introducing element is arranged on the first storage area and the second load-introducing element is arranged on the second storage area.
  • the core profile is spatially arranged between the two Lasteinleit elements.
  • the respective load introduction element is formed from at least one first and second load introduction segment.
  • the respective load-introducing segment has at least partially a respective wrapping made of a fiber-reinforced plastic composite material.
  • the support winding comes at least partially to the respective wrapping of each load introduction segment to the plant.
  • the support winding encloses the Lasteinleit segments of the respective Lasteinleit element and the core profile at least partially and connects them along a longitudinal axis of the Achstrebe each other.
  • the respective load-introducing element is designed in several parts and comprises at least the first and second load-introducing segments.
  • the respective Lasteinleit element have further Lasteinleit segments that together form the respective Lasteinleit element.
  • the wrapping of the respective load introduction segment takes place in particular along a single axis of rotation.
  • the respective wrapping of the respective Lasteinleit segment is formed by the fact that the respective Lasteinleit- segment is rotated about an axis of rotation while a wrapping tape on a Lateral surface of the respective load introduction segment is stored.
  • the two end faces of the respective load introduction segment have no wrapping.
  • the respective support winding comes about the respective wrapping on the respective load introduction segment to the plant.
  • the connection between the support winding and the load introduction segment is significantly improved due to the wrapping.
  • the wrapping is preferably formed identically to the supporting winding and preferably has endless fibers. Due to the identical design, a particularly stable coupling between the supporting winding and the wrapping takes place. In particular, the liability and thus the power transmission are thus improved.
  • Two load introduction segments which come into abutment against one another have surface contact, the wrapping being formed on these surfaces. As a result of the substantially planar contact of two surfaces with wraps, a web is formed between the two load-transfer segments.
  • the webs which are thus arranged in the contact surfaces between two Lasteinleit segments, counteract deformation of the Lasteinleit elements and allow improved power and force in the fiber direction along the webs.
  • a transverse support to the Lasteinleit elements by the webs In particular, a transverse support to the Lasteinleit elements by the webs.
  • the axle strut has a shaft and two bearing areas.
  • the shaft is arranged between the two bearing areas and connected thereto.
  • the axle strut thus extends from the first storage area via the shaft to the second storage area.
  • the first storage area limits the axle strut to a first side
  • the second storage area limits the axle strut to a second side.
  • the shaft here is longer than wide, wherein the shaft preferably has a smaller width than the two bearing areas at its widest point.
  • the bearing areas can be cylindrically shaped from their base. be formed.
  • the first storage area flows smoothly into the shaft.
  • the second storage area also flows smoothly into the shaft. In other words, the transition between the bearing areas and the shaft has no kink or edge.
  • the axle strut is intended to be used in a chassis of a vehicle, for example in a commercial vehicle, truck or car.
  • On the axle strut act in a ferry operation compressive and tensile forces that burden them axially.
  • Axial means in this case in the longitudinal direction of the axle strut, wherein the longitudinal direction is defined by the two storage areas.
  • the longitudinal direction of the axle strut is defined from the first storage area to the second storage area along the shaft.
  • the axle strut is subjected to torsion when a roll load occurs on the chassis in which the axle strut is used. If, for example, a jack is attached to the axle strut, a so-called abuse load case occurs, i. H. Bending stresses act on the axle strut, which the axle strut must withstand.
  • the axle strut has the radial support winding.
  • the carrier winding is made of fiber-reinforced plastic composite material (FKV).
  • FKV fiber-reinforced plastic composite material
  • the support winding of a carbon fiber reinforced plastic (CFRP) is formed.
  • the support winding can also be formed from a glass fiber reinforced plastic (GRP) or from an aramid fiber reinforced plastic (AFK) or from another suitable FRP.
  • GFP glass fiber reinforced plastic
  • AFK aramid fiber reinforced plastic
  • the support winding is in particular endless fiber reinforced.
  • the support winding is formed as a radial winding and thus extends substantially around the longitudinal axis of the Achstrebe around. Thus, at least partially a lateral surface of the axle strut is formed by the radial support winding.
  • the axle strut also has the core profile.
  • This core profile is formed from a FKV, preferably made of GRP.
  • the core profile may also be derived from another suitable FKV, e.g. As CFK or AFK, be formed.
  • the core profile is preferably a pultrusion profile, but alternatively may be as a pultring profile or as a winding profile or as a braided profile or as another be formed suitable profile. As a result, the core profile is inexpensive to manufacture.
  • the core profile can be manufactured continuously, which allows modularity to be realized. In other words, in continuous production, the core profile may be cut to a length of shaft required for a specific vehicle type.
  • the core profile has a certain axial softness in a preferred use of an FKV with a fiber angle that deviates significantly from 0 °, for example by 45 °. This is necessary in the event of an abuse load case in order to redirect the forces occurring there in the supporting winding. Axial forces are thus not or only to a very limited extent directed into the core profile.
  • the axle strut has a load introduction element on each of its bearing areas.
  • Each load introduction element has a receptacle for a bearing.
  • Each inclusion of the load introduction elements is suitable for each bearing, z.
  • Load introduction element formed from at least a first and second load-introducing segment. Spatially between the two Lasteinleit elements the core profile is arranged, wherein the shaft of the axle strut thus has the core profile.
  • the respectively first load introduction segment comes into contact essentially flatly with the respective second load introduction segment.
  • the second load introduction segment in each case comes to lie substantially flat against the core profile.
  • contact surfaces are formed on the lateral surface of the respective load introduction segment, which are intended to cooperate with other contact surfaces on the adjacent load introduction segment and / or on the core profile in order to transmit forces between the components.
  • the respective load-introducing element is formed from at least a first, second and third load-introducing segment.
  • the respective first load introduction segment is substantially flat on the respective Weil's second load introduction segment for investment.
  • the second load introduction segment in each case comes into contact with the third load introduction segment essentially flatly.
  • each third Lasteinleit segment comes to a substantial area on the core profile to the plant.
  • substantially flat is to be understood that small recesses or a small offset between two Lasteinleit segments can be formed.
  • the load introduction segments preferably come into contact with one another flatly, wherein no pores, recesses and / or inclusions are arranged in the contact surfaces.
  • At least one filling element is arranged in an intermediate space, which is formed spatially between two load-introduction segments which come into contact with one another.
  • the respective intermediate space is generated by a rounding of side edges of the respective load introduction segment. The rounding of the side edges allow an improved deposition of the wrap on the lateral surface of the respective load introduction segment. The adhesion and the nestling of the respective wrapping on the respective load introduction segment are thus increased.
  • the respective filling element is formed corresponding to the intermediate space.
  • the shape of the respective filling element essentially corresponds to the shape of the intermediate space.
  • the intermediate space is substantially completely closed by the respective filling element.
  • the support winding comes when wrapping the Lasteinleit elements and the core element to the respective filling element between two Lasteinleit segments to the system, so that essentially no cavities between the support coil and the Lasteinleit- segments are formed.
  • the filling elements allow a targeted introduction of forces into the webs between the Lasteinleit segments.
  • the respective filling element preferably comprises a metal and / or a fiber-plastic composite material.
  • the respective filling element is completely formed from a fiber-reinforced plastic composite material.
  • the core profile is tubular.
  • the core profile is designed as a hollow profile.
  • the core profile is formed as a pultrusion tube or as a pultrusion tube or as a winding tube or as a braided tube. This achieves a mass reduction.
  • the tube cross-section can be configured, for example, rectangular, circular, oval, square or in any other suitable form.
  • other profile shapes for the core profile are conceivable.
  • the core profile has a double H-shaped cross-section.
  • the tubular core profile is at least partially filled with a foam material.
  • the foam material is essentially intended to fill the cavity in the tubular core profile to z. B. to stabilize the cross section and to support a geometric conservation of the cross section of the core profile at pressure loads.
  • the foam material is formed from a polymer, for example polyurethane.
  • the foam material is designed as Styrofoam (EPS) or polypropylene (EPP).
  • the first bearing region of the axle strut is arranged in a first plane, which is spaced apart from a second plane, in which the second bearing region of the axle strut is arranged.
  • the first load-introducing element is thus arranged in the first plane.
  • the second load-introducing element is thus arranged in the second plane.
  • the two planes are formed parallel to each other and horizontally spaced from each other. In other words, the distance between the first plane and the second plane leads to an offset of the two bearing areas, so that the shaft is formed obliquely between the two bearing areas.
  • the distance of the two planes is small, so that only a small offset is realized.
  • the axle strut has two break points, in each case at the transition between the respective storage area and the shaft.
  • the axle strut is formed flat, wherein the first storage area is arranged in the same plane as the second storage area.
  • the two holes for receiving a respective bearing element are made obliquely in the respective Lasteinleit element.
  • the respective load introduction segment is formed of a metal.
  • the respective load-introducing segment is formed from a light metal alloy, preferably an aluminum alloy.
  • the formation of the Lasteinleit- elements made of an aluminum alloy allows cost-effective production in the extrusion process.
  • the respective load-introducing element is formed from a FKV.
  • the Lasteinleit elements can be molded as molded parts of preferably long fiber reinforced, thermosetting plastic composite material.
  • the load-introducing elements may be formed from a long-fiber-reinforced thermoplastic FKV (LFT) or a short-fiber-reinforced thermoplastic FKV (KFT). This achieves a mass reduction of the axle strut in comparison to the use of metallic load introduction elements.
  • LFT long-fiber-reinforced thermoplastic FKV
  • KFT short-fiber-reinforced thermoplastic FKV
  • both load-introducing elements are formed voltage-optimized. This means that there is a homogeneous voltage curve for loads acting on the respective load-transfer element.
  • the axle strut has two bearings.
  • a first bearing is disposed in the bore of the first load-introducing element and a second bearing is disposed in the bore of the second load-introducing element.
  • Each bearing is connected by means of a transition fit and by means of an adhesive with its respective bore. Both bearings can be uniformly shaped. Alternatively, the first bearing may be shaped differently than the second bearing. Preferably, both bearings are designed as rubber-metal bearings.
  • the process according to the invention for the production of the axial strut according to the invention comprises at least the following process steps:
  • a winding of fiber-reinforced plastic composite material, a support winding, a core profile and at least a first and second load introduction segment for a respective first and second Lasteinleit-element takes place.
  • three load initiation segments are established for each load initiation element.
  • the Lasteinleit elements are preferably formed of aluminum, wherein the support winding and the core profile are formed from fiber-reinforced plastic composite material.
  • the core element may comprise a foam core.
  • filling elements are inserted into respective intermediate spaces, which are spatially formed between the load introduction segments which come into contact with one another in order to fill the intermediate spaces.
  • the support winding is radially applied along a longitudinal axis of the preassembled axle strut about the load-launching segments and the core profile, with the assembly rotated or the support winding moved about the assembly, or both the assembly rotated and the support winding around the assembly is moved. Finally, the finished axle strut is removed from the assembly tool.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of an axle strut according to the invention according to a first embodiment
  • FIG. 2a is a schematic perspective view of three Lasteinleit segments of a load-introducing element according to the invention according to a second embodiment
  • FIG 2b is a schematic perspective view of the three Lasteinleit segments of FIG 2a with a respective wrapping
  • FIG. 2c is a schematic perspective view of the three load-introducing segments according to FIG. 2b in a mounting position, FIG.
  • 2d is a schematic perspective view of an axle strut according to the invention shown in half according to the second embodiment
  • FIG. 3 is a schematic side view of an axle strut according to the invention according to a third embodiment
  • Fig. 4 is a schematic side view of a Achsstrebe invention with two bearings according to a fourth embodiment
  • FIG. 5 is a schematic perspective view of a core profile of the axle strut according to FIG. 1.
  • an axle strut 1 for a vehicle (not shown here) comprises a shaft 2 and a first and second bearing area 3a, 3b.
  • the axle strut 1 is formed from a support winding 4, a core profile 6 and a first and a second load introduction element 7, 8.
  • the first Laseritelement 7 has a first, second and third Lasteinleit segment 7a, 7b, 7c.
  • the second Laseritelement 8 has a first, second and third Lasteinleit segment 8a, 8b, 8c.
  • the first load-introducing element 7 is disposed on the first bearing portion 3a, and the second load-introducing element 8 is disposed on the second bearing portion 3b.
  • the respective Lasteinleit segment 7a, 7b, 7c, 8a, 8b, 8c has a respective wrapping 9a, 9b, 9c, 10a, 10b, 10c of a fiber-plastic composite material.
  • the respective wrapping 9a, 9b, 9c, 10a, 10b, 10c is designed to circulate along a respective lateral surface of the respective load introduction segment 7a, 7b, 7c, 8a, 8b, 8c and thus encloses the respective load introduction segment 7a, 7b, 7c , 8a, 8b, 8c form-fitting.
  • the respective first load introduction segment 7a, 8a comes with a part of the lateral surface substantially flat against a part of the lateral surface of the respective second load introduction segment 7b, 8b to the plant.
  • the respective second load introduction segment 7b, 8b comes with a part of the lateral surface substantially flat against a part of the lateral surface of the third load input segment 7c, 8c to the plant.
  • each third load-introducing segment 7c, 8c comes with a part of the lateral surface substantially flat against the core profile 6 to the plant.
  • the wraps 9a, 9b and 9b, 9c and 10a, 10b and 10b, 10c extend parallel to each other and form webs.
  • the fiber flow at the respective webs and the possibility of power absorption in the fiber direction along the webs increases the carrying capacity of the axle strut. 1
  • the respective first load introduction segment 7a, 8a has a bore 13a, 13b whose center axis 14a, 14b is perpendicular to the longitudinal axis 5 of the axle strut 1.
  • the respective bore 13a, 13b is in the end face 16a of the respective first load introduction segment 7a , 8a and extends transversely to the longitudinal axis 5 of the axle strut 1 to a second - not shown here - end face on the back of the respective first Lasteinleit segment 7a, 8a.
  • the end face 16a of the respective first load introduction segment 7a, 8a is substantially pear-shaped and is composed of a semicircle and an isosceles trapezoid. The corners of the trapezoid are provided with a radius and thus rounded, whereby the respective wrapping 9a, 10a can better cling to the lateral surface of the respective first load introduction segment 7a, 8a.
  • the respective second Lasteinleit segment 7b, 8b has a substantially trapezoidal end face 16b, wherein in the end face 16b in each case three recesses 17 are formed, which are transverse to the longitudinal axis 5 of the Achsstrebe 1 up to a second - not shown here - face the back of the respective second load introduction segment 7b, 8b extend.
  • the recesses 17 are formed substantially triangular, wherein the corners are provided with a radius and thus rounded, whereby the respective wrapping 9b, 10b can better conform to the lateral surface of the respective second Lasteinleit segment 7b, 8b.
  • the recesses 17 are formed as an isosceles triangle, wherein each two of the three recesses 17 on the respective second Lasteinleit- segment 7b, 8b in a first direction and each one of the three recesses 17 on the respective second Lasteinleit segment 7b, 8b in a order 180 ° to the first direction rotated direction shows.
  • the respective third Lasteinleit segment 7c, 8c has a substantially rectangular end face 16c, wherein the corners are provided with a radius and thus rounded. As a result, the respective wrapping 9c, 10c can better cling to the lateral surface of the respective third load introduction segment 7c, 8c.
  • the support winding 4 comes to the respective wrapping 9a, 9b, 9c, 10a, 10b, 10c of the respective Lasteinleit segment 7a, 7b, 7c, 8a, 8b, 8c for conditioning and enclosing the Lasteinleit segments 7a, 7b, 7c, 8a , 8b, 8c of the respective Lasteinleit element 7, 8 and the core profile 6.
  • the two Lasteinleit elements 7, 8 and the core profile 6 along the longitudinal axis 5 of the Achstrebe 1 positively connected to each other.
  • FIGS. 2a, 2b, 2c and 2d show four method steps for producing an axle strut 1 according to the invention in accordance with a further exemplary embodiment.
  • FIGS. 2a to 2c show the load introduction segments 7a, 7b, 7c of the first load introduction element 7a.
  • the second load introduction element 7b is not illustrated, but is identical to the first load introduction element 7a.
  • the embodiment of the axle strut 1 according to FIGS. 2a to 2d differ from the embodiment of the axle strut 1 illustrated in FIG. 1 only in the construction of the second load introduction segment 7b. Therefore, reference is made to the description of FIG. 1.
  • the second load introduction segment 7b has no recesses.
  • Fig. 2a the Lasteinleit segments 7a, 7b, 7c of the first Lasteinleit element 7 are shown.
  • the rounded corners of the respective load introduction segment 7a, 7b, 7c are intended to guide the respective wrapping 9a, 9b, 9c shown in FIG. 2b in exact position and to nestle the respective wrapping 9a, 9b,
  • the Lasteinleit segments 7a, 7b, 7c are inserted into a - not shown here - assembly tool and compressed or compacted.
  • the first load introduction segment 7a comes into contact with the respective second load introduction segment 7b in a planar manner, with the second load introduction segment 7b coming into abutment flat against the third load introduction segment 7c.
  • a respective intermediate space 11 which is formed spatially between two load-engaging segments 7a, 7b and 7b, 7c which come into abutment with each other, a respective filling element 12 is inserted in order to close the respective intermediate space 11.
  • the respective gap 11 is formed by the rounding of the respective load-introducing segment 7a, 7b, 7c at the corner edges.
  • the respective filling element 12 is formed corresponding to the respective intermediate space 11 and fills it in such a way that the carrying winding 4 (shown in FIG. 2d), which in a subsequent step on the respective wrapping 9a, 9b, 9c of the respective load introduction segment 7a, 7b, 7c comes to rest, can lie flat.
  • the respective filling element 12 has an end face which substantially corresponds to a three-pointed star or is substantially T-shaped. Consequently, essentially no cavities are formed between the support winding 4 and the load-transfer segments 7a, 7b, 7c. Furthermore, the filling elements 12 allow an improved introduction of force into between the
  • Load introduction segments 7a, 7b and 7b, 7c formed webs.
  • Fig. 2d the assembled axle strut 1 is shown in half.
  • the support winding 4 is guided radially along the longitudinal axis 5 of the Achsstrebe 1 to the Lasteinleit segments 7a, 7b, 7c and the core profile 6.
  • the third Lasteinleit segment 7c comes flat on the core profile 6 to the plant.
  • the Lasteinleit- elements 7, 8 are pressed axially against the core profile 6 and positively connected to each other.
  • the axle strut 1 has a lateral offset.
  • the first bearing portion 3a of the axle strut 1 is arranged in a first plane 17a, which is spaced from a second plane 17b, in which the second bearing portion 3b of the axle strut 1 is arranged. Consequently, the shaft 2 is arranged obliquely between the two bearing areas 3a, 3b.
  • the axle strut 1 thus has two buckling points 18a, 18b.
  • an axle strut 1 according to the invention with two bearings 19a, 19b is shown.
  • the respective bearing 19a, 19b is arranged in the respective bore 13a, 13b of the respective load-introducing element 7, 8.
  • the respective bore 13a, 13b is formed obliquely in the respective load-introducing element 7, 8. That is, the center axes 14a, 14b of the bores 13a, 13b are arranged so as to have a zero angle to a respective axis 15 which is perpendicular to the longitudinal axis 5 of the axle strut 1. Due to the oblique bores 13a, 13b, the two bearings 19a, 19b are also introduced obliquely in the axle strut 1.
  • the axle strut 1 has a lateral offset. This means that the axle strut 1 is inclined in itself so that the first storage area 3a is arranged in a different horizontal plane than the second storage area 3b.
  • the longitudinal axis 5 of the axle strut 1 forms an angle to a hoisting angle. has a horizontal axis 20. This horizontal axis 20 is perpendicular to the central axes 14a, 14b.
  • FIG. 5 shows a schematic representation of the core profile 6 of the axle strut 1 according to the exemplary embodiments according to FIGS. 1 and 2d. Shown is the core profile 6, which is formed from a fiberglass. In Fig. 5 it can be clearly seen that the core profile 6 has a double-H-shaped cross-section. This is advantageous because a collapse of the core profile 6 under high pressure, which prevails, for example, during curing of the axle strut in an autoclave, is prevented. The core profile 6 can therefore withstand high external pressures.
  • a transverse winding or transverse windings can be provided either around the bearing areas, or both about the bearing areas and about the shaft of the axle strut to support the support winding in the load application area when tensile forces occur and to protect the axle strut from contamination.
  • the transverse winding or the transverse windings are formed for example of fiberglass.
  • the shaft length of the axle strands is variable, that is, depending on how long the core profile is, the axle strut is made longer or shorter.
  • the angle that the central axes of the bores in the Lasteinleit elements have to a vertical axis is variable. Depending on the vehicle type, this angle can be shaped differently, so that a different lateral offset can be achieved.

Landscapes

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  • Body Structure For Vehicles (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Achsstrebe (1) für ein Fahrzeug, umfassend einen Schaft (2) sowie einen ersten und zweiten Lagerbereich (3a, 3b), wobei die Achsstrebe (1) eine Tragwicklung (4), ein Kernprofil (6) sowie ein erstes und zweites Lasteinleit-Element (7, 8) umfasst, wobei die Tragwicklung (4) und das Kernprofil (6) aus einem Faserkunststoffverbundmaterial ausgebildet sind, und wobei das erste Lasteinleit-Element (7) an dem ersten Lagerbereich (3a) angeordnet ist und das zweite Lasteinleit-Element (8) an dem zweiten Lagerbereich (3b) angeordnet ist, wobei das Kernprofil (6) räumlich zwischen den beiden Lasteinleit-Elementen (7, 8) angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist das jeweilige Lasteinleit-Element (7, 8) aus mindestens einem ersten und zweiten Lasteinleit-Segment (7a, 7b, 8a, 8b) ausgebildet, wobei das jeweilige Lasteinleit-Segment (7a, 7b, 8a, 8b) zumindest teilweise eine jeweilige Umwicklung (9a, 9b, 10a, 10b) aus einem Faserkunststoffverbundmaterial aufweist, wobei ferner die Tragwicklung (4) zumindest teilweise an der jeweiligen Umwicklung (9a, 9b, 10a, 10b) des jeweiligen Lasteinleit-Segments (7a, 7b, 8a, 8b) zur Anlage kommt, und wobei die Tragwicklung (4) die Lasteinleit-Segmente (7a, 7b, 8a, 8b) des jeweiligen Lasteinleit-Elements (7, 8) und das Kernprofil (6) zumindest teilweise umschließt und entlang einer Längsachse (5) der Achsstrebe (1) miteinander verbindet. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Achsstrebe (1).

Description

Achsstrebe für ein Fahrzeug
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Achsstrebe mit den oberbegrifflichen
Merkmalen von Anspruch 1. Ferner betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Achsstrebe.
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.
Beispielsweise geht aus der DE 10 2013 007 284 A1 eine Verbindungsstrebe, mit einem Stangenabschnitt und mit beidenends desselben angeordneten sowie quer zur Längsachse des Stangenabschnitts gerichteten Lageraugen, wobei die Verbindungsstrebe zumindest teilweise aus faserverstärktem Kunststoff besteht. Der faserverstärkte Kunststoff ist zumindest teilweise durch Prepregs gebildet. Die Lageraugen sind jeweils durch eine oder mehrere umlaufende erste Prepreg-Windungslagen gebildet, sowie mittels einer oder mehrerer, von einem zum anderen Lagerauge über einen Teilkreis derselben geführter zweiter Prepreg-Windungslagen zur Ausbildung des Stangenabschnitts untereinander verbunden.
Aus der DE 10 2015 215 077 A1 ist eine Achsstrebe bekannt, die einen Schaft und zwei Lagerbereiche umfasst. Die Achsstrebe weist eine Tragwicklung, ein Kernprofil und zwei Lasteinleit-Elemente auf, wobei die Tragwicklung und das Kernprofil aus Faserkunststoffverbundmaterial ausgeformt sind.
Der vorliegenden Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zu Grunde, eine verbesserte Achsstrebe vorzuschlagen. Dazu soll die Achsstrebe ein verbessertes Belastungsverhalten aufweisen, wobei Spannungen innerhalb der Achsstrebe in verbesserter Art und Weise aufgenommen und verteilt werden sollen. Insbesondere soll die Tragfähigkeit der Achsstrebe gesteigert werden. Zudem soll die Achsstrebe 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 erfindungsgemäße Achsstrebe für ein Fahrzeug umfasst einen Schaft sowie einen ersten und zweiten Lagerbereich. Die Achsstrebe umfasst eine Tragwicklung, ein Kernprofil sowie ein erstes und zweites Lasteinleit-Element. Die Tragwicklung und das Kernprofil sind aus einem Faserkunststoffverbundmaterial ausgebildet. Das erste Lasteinleit-Element ist an dem ersten Lagerbereich angeordnet und das zweite Lasteinleit-Element ist an dem zweiten Lagerbereich angeordnet. Das Kernprofil ist räumlich zwischen den beiden Lasteinleit-Elementen angeordnet.
Erfindungsgemäß ist das jeweilige Lasteinleit-Element aus mindestens einem ersten und zweiten Lasteinleit-Segment ausgebildet. Das jeweilige Lasteinleit-Segment weist zumindest teilweise eine jeweilige Umwicklung aus einem Faserkunststoffverbundmaterial auf. Ferner kommt die Tragwicklung zumindest teilweise an der jeweiligen Umwicklung des jeweiligen Lasteinleit-Segments zur Anlage. Die Tragwicklung umschließt die Lasteinleit-Segmente des jeweiligen Lasteinleit-Elements und das Kernprofil zumindest teilweise und verbindet diese entlang einer Längsachse der Achstrebe miteinander.
Mit anderen Worten ist das jeweilige Lasteinleit-Element mehrteilig ausgebildet und umfasst zumindest das erste und zweite Lasteinleit-Segment. Alternativ kann das jeweilige Lasteinleit-Element weitere Lasteinleit-Segmente aufweisen, die zusammengesetzt das jeweilige Lasteinleit-Element bilden.
Das Umwickeln des jeweiligen Lasteinleit-Segments erfolgt insbesondere entlang einer einzigen Drehachse. Beispielsweise wird die jeweilige Umwicklung des jeweiligen Lasteinleit-Segments dadurch ausgebildet, dass das jeweilige Lasteinleit- Segment um eine Drehachse gedreht wird während ein Umwicklungsband auf eine Mantelfläche des jeweiligen Lasteinleit-Segments abgelegt wird. Die beiden Stirnflächen des jeweiligen Lasteinleit-Segments weisen keine Umwicklung auf. Beim Umschließen der beiden Lasteinleit-Elemente und des Kernprofils mit der Tragwicklung entlang der Mantelfläche der Achsstrebe werden die Lasteinleit-Segmente und das Kernprofil formschlüssig miteinander verbunden. Dadurch wird die Achsstrebe ausgebildet.
Dadurch, dass die jeweilige Umwicklung an der Mantelfläche des jeweiligen Lasteinleit-Segments ausgebildet ist, kommt die jeweilige Tragwicklung über die jeweilige Umwicklung am jeweiligen Lasteinleit-Segment zur Anlage. Die Anbindung zwischen Tragwicklung und Lasteinleit-Segment wird aufgrund der Umwicklung deutlich verbessert. Die Umwicklung ist vorzugsweise identisch zur Tragwicklung ausgebildet und weist vorzugsweise Endlosfasern auf. Durch die identische Ausbildung erfolgt eine besonders stabile Kopplung zwischen der Tragwicklung und der Umwicklung. Insbesondere die Haftung und somit auch die Kraftübertragung werden somit verbessert. Zwei aneinander zur Anlage kommende Lasteinleit-Segmente weisen einen Flächenkontakt auf, wobei an diesen Flächen die Umwicklung ausgebildet ist. Durch das im Wesentlichen flächige Kontaktieren zweier Flächen mit Umwicklungen wird ein Steg zwischen den beiden Lasteinleit-Segmenten ausgebildet. Die Stege, die somit in den Kontaktflächen zwischen zwei Lasteinleit-Segmenten angeordnet sind, wirken einer Verformung der Lasteinleit-Elemente entgegen und ermöglichen eine verbesserte Kraftaufnahme sowie Kraftführung in Faserrichtung entlang der Stege. Insbesondere erfolgt eine Querstützung an den Lasteinleit-Elementen durch die Stege.
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 ausge- formt 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.
Insbesondere ist die Achsstrebe dazu vorgesehen in einem Fahrwerk eines Fahrzeugs verwendet zu werden, beispielsweise in einem NKW, LKW oder PKW. Auf die Achsstrebe wirken in einem Fährbetrieb Druck- und Zugkräfte, die diese axial belasten. Axial bedeutet hierbei in Längsrichtung der Achsstrebe, wobei die Längsrichtung durch die beiden Lagerbereiche festgelegt ist. Mit 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 Missbrauchslastfall auf, d. h. auf die Achsstrebe wirken Biegebeanspruchungen, denen die Achsstrebe standhalten muss.
Die Achsstrebe weist die radiale Tragwicklung auf. Die Tragwicklung ist aus Faserkunststoffverbundmaterial (FKV) ausgeformt. Vorzugsweise ist die Tragwicklung aus einem carbonfaserverstärkten Kunststoff (CFK) ausgeformt. Alternativ kann die Tragwicklung auch aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff (GFK) oder aus einem aramidfaserverstärkten Kunststoff (AFK) oder aus einem anderen geeigneten FKV ausgeformt sein. Die Tragwicklung ist insbesondere endlosfaserverstärkt. Ferner ist die Tragwicklung als radiale Wicklung ausgebildet und verläuft somit im Wesentlichen um die Längsachse der Achstrebe herum. Mithin wird durch die radiale Tragwicklung zumindest teilweise eine Mantelfläche der Achsstrebe ausgebildet.
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 Modularisier- barkeit 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 Missbrauchslastfalls 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 Lasteinleit-Element auf. Jedes Lasteinleit-Element weist eine Aufnahme für ein Lager auf. Jede Aufnahme der Lasteinleit-Elemente ist geeignet je ein Lager, z. B. ein Gummi-Metall-Lager, aufzunehmen. Mittels dieser Aufnahmen wird eine Wirkverbindung zwischen den Lasteinleit-Elementen und den Lagern hergestellt. Erfindungsgemäß ist das jeweilige
Lasteinleit-Element aus mindestens einem ersten und zweiten Lasteinleit-Segment ausgebildet. Räumlich zwischen den beiden Lasteinleit-Elementen ist das Kernprofil angeordnet, wobei der Schaft der Achsstrebe somit das Kernprofil aufweist.
Vorzugsweise kommt das jeweils erste Lasteinleit-Segment im Wesentlichen flächig an dem jeweils zweiten Lasteinleit-Segment zur Anlage. Zudem kommt das jeweils zweite Lasteinleit-Segment im Wesentlichen flächig an dem Kernprofil zur Anlage.
Mit anderen Worten sind an der Mantelfläche des jeweiligen Lasteinleit-Segments Kontaktflächen ausgebildet, die dazu vorgesehen sind, mit anderen Kontaktflächen am benachbarten Lasteinleit-Segment und/oder am Kernprofil zusammenzuwirken, um darüber Kräfte zwischen den Bauteilen zu übertragen.
Nach einem Ausführungsbeispiel ist das jeweilige Lasteinleit-Element aus mindestens einem ersten, zweiten und dritten Lasteinleit-Segment ausgebildet. Vorzugsweise kommt das jeweils erste Lasteinleit-Segment im Wesentlichen flächig an dem je- weils zweiten Lasteinleit-Segment zur Anlage. Zudem kommt das jeweils zweite Lasteinleit-Segment im Wesentlichen flächig an dem dritten Lasteinleit-Segment zur Anlage. Außerdem kommt das jeweils dritte Lasteinleit-Segment im Wesentlichen flächig an dem Kernprofil zur Anlage. Unter dem Ausdruck im Wesentlichen flächig ist zu verstehen, dass kleine Aussparungen oder ein geringer Versatz zwischen zwei Lasteinleit-Segmenten ausgebildet sein können. Vorzugsweise kommen die Lastein- leit-Segmente flächig aneinander zur Anlage, wobei in den Kontaktflächen keine Poren, Aussparungen und/oder Einschlüsse angeordnet sind.
Bevorzugt ist in einem Zwischenraum, der räumlich zwischen zwei aneinander zur Anlage kommenden Lasteinleit-Segmenten ausgebildet ist, mindestens ein Füllelement angeordnet. Insbesondere wird der jeweilige Zwischenraum durch eine Abrundung von Seitenkanten des jeweiligen Lasteinleit-Segments erzeugt. Die Abrundungen der Seitenkanten ermöglichen ein verbessertes Ablegen der Umwicklung auf die Mantelfläche des jeweiligen Lasteinleit-Segments. Die Haftung und das Anschmiegen der jeweiligen Umwicklung am jeweiligen Lasteinleit-Segment werden somit erhöht.
Beispielsweise ist das jeweilige Füllelement korrespondierend zum Zwischenraum ausgebildet. Mit anderen Worten entspricht die Form des jeweiligen Füllelements im Wesentlichen der Form des Zwischenraums. Dabei wird der Zwischenraum im Wesentlichen vollständig durch das jeweilige Füllelement geschlossen. Die Tragwicklung kommt beim Umwickeln der Lasteinleit-Elemente und des Kernelements an dem jeweiligen Füllelement zwischen zwei Lasteinleit-Segmenten zur Anlage, sodass im Wesentlichen keine Hohlräume zwischen der Tragwicklung und den Lasteinleit- Segmenten ausgebildet sind. Ferner ermöglichen die Füllelemente eine gezielte Einleitung von Kräften in die Stege zwischen den Lasteinleit-Segmenten.
Vorzugsweise umfasst das jeweilige Füllelement ein Metall und/oder ein Faserkunststoffverbundmaterial. Beispielsweise ist das jeweilige Füllelement vollständig aus einem Faserkunststoffverbundmaterial ausgebildet. Ferner ist es auch denkbar, einen Kern des jeweiligen Füllelements aus einem Metall, vorzugsweise aus Aluminium auszubilden und mit einem Faserkunststoffverbundmaterial zu umwickeln. Ferner bevorzugt ist das Kernprofil rohrförmig ausgeformt. Mit anderen Worten ist das Kernprofil als Hohlprofil ausgebildet. Vorzugsweise ist das Kernprofil als ein Pultrusionsrohr oder als ein Pulwindingrohr oder als ein Wickelrohr oder als ein Flechtrohr ausgeformt. Dadurch wird eine Massereduktion erreicht. Der Rohrquerschnitt kann dabei beispielsweise rechteckig, kreisförmig, oval, quadratisch oder in einer anderen geeigneten Form ausgestaltet sein. Darüber hinaus sind auch weitere Profilformen für das Kernprofil denkbar. Beispielsweise weist das Kernprofil einen doppel-H-förmigen Querschnitt auf.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das rohrförmige Kernprofil zumindest teilweise mit einem Schaummaterial gefüllt. Das Schaummaterial ist im Wesentlichen dazu vorgesehen, den Hohlraum im rohrförmigen Kernprofil auszufüllen, um z. B. den Querschnitt zu stabilisieren und bei Drucklasten einen geometrischen Erhalt des Querschnittes des Kernprofils zu unterstützen. Insbesondere ist das Schaummaterial aus einem Polymer, beispielsweise Polyurethan ausgebildet. Ferner ist es aber auch denkbar, dass das Schaummaterial als Styropor (EPS) oder aus Polypropylen (EPP) ausgebildet ist.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der erste Lagerbereich der Achsstrebe in einer ersten Ebene angeordnet, welche beabstandet ist zu einer zweiten Ebene, in welcher der zweite Lagerbereich der Achsstrebe angeordnet ist. Das erste Lasteinleit-Element ist somit in der ersten Ebene angeordnet. Das zweite Lasteinleit-Element ist somit in der zweiten Ebene angeordnet. Die beiden Ebenen sind hierbei parallel zueinander ausgebildet und horizontal voneinander beabstandet. Mit anderen Worten führt der Abstand der ersten Ebene zu der zweiten Ebene zu einem Offset der beiden Lagerbereiche, so dass der Schaft schräg zwischen den beiden Lagerbereichen ausgebildet ist. Vorzugsweise ist der Abstand der beiden Ebenen jedoch gering, so dass nur ein geringer Offset realisiert wird. Mithin weist die Achsstrebe zwei Knickpunkte auf, und zwar jeweils am Übergang zwischen dem jeweiligen Lagerbereich und dem Schaft.
Ferner ist es aber auch denkbar, dass die Achsstrebe eben ausgeformt ist, wobei der erste Lagerbereich in derselben Ebene angeordnet ist wie der zweite Lagerbereich. Um trotzdem einen Offset zwischen den beiden Lagerbereichen zu erzeugen, jedoch keinen Knick in die Achsstrebe einzubringen, sind die beiden Bohrungen zur Aufnahme eines jeweiligen Lagerelements schräg im jeweiligen Lasteinleit-Element ausgeführt.
Bevorzugt ist das jeweilige Lasteinleit-Segment aus einem Metall ausgebildet. Beispielsweise ist das jeweilige Lasteinleit-Segment aus einer Leichtmetall-Legierung, vorzugsweise einer Aluminium-Legierung ausgebildet. Die Ausbildung der Lasteinleit- Elemente aus einer Aluminium-Legierung erlaubt eine kostengünstige Herstellung im Strangpressverfahren. Alternativ ist das jeweilige Lasteinleit-Element aus einem FKV ausgebildet. Beispielsweise können die Lasteinleit-Elemente als Formpressteile aus vorzugsweise langfaserverstärkten, duroplastischen Kunststoffverbundmaterial ausgeformt sein. Alternativ dazu können die Lasteinleit-Elemente aus einem langfaserverstärkten thermoplastischen FKV (LFT) oder aus einem kurzfaserverstärkten thermoplastischen FKV (KFT) ausgeformt sein. Dadurch wird eine Massereduktion der Achsstrebe im Vergleich zur Verwendung von metallischen Lasteinleit-Elementen erreicht.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind beide Lasteinleit-Elemente spannungsoptimiert ausgeformt. Das heißt, dass bei Belastungen, die auf das jeweilige Lasteinleit-Element einwirken, ein homogener Spannungsverlauf vorliegt.
Nach einer weiteren Ausführungsform weist die Achsstrebe zwei Lager auf. Ein erstes Lager ist angeordnet in der Bohrung des ersten Lasteinleit-Elements und ein zweites Lager ist angeordnet in der Bohrung des zweiten Lasteinleit-Elements. Jedes Lager ist mittels einer Übergangspassung und mittels eines Klebstoffs mit seiner jeweiligen Bohrung verbunden. 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 Lasteinleit- Elemente an die Tragwicklung und die Lasteinleit-Elemente selbst weniger stark beansprucht sind als bei der Verwendung lediglich einer Übermaßpassung. Die Lager sind dadurch gegen seitliches Auspressen während eines Lastfalls gesichert. Zudem treten in den Lasteinleit-Elementen keine plastischen Verformungen auf im Gegensatz zur Verwendung lediglich einer Übermaßpassung.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Achsstre- be umfasst wenigstens die nachfolgenden Verfahrensschritte:
Zunächst erfolgt das Herstellen einer Wicklung aus Faserkunststoffverbundmaterial, einer Tragwicklung, eines Kernprofils sowie mindestens eines ersten und zweiten Lasteinleit-Segments für ein jeweiliges erstes und zweites Lasteinleit-Element. Beispielsweise werden drei Lasteinleit-Segmente für jedes Lasteinleit-Element hergestellt. Die Lasteinleit-Elemente sind vorzugsweise aus Aluminium ausgebildet, wobei die Tragwicklung und das Kernprofil aus Faserkunststoffverbundmaterial ausgebildet sind.
Danach wir das jeweilige erste und zweite Lasteinleit-Segment zumindest teilweise mit der jeweiligen Wicklung zur Ausbildung einer Umwicklung am jeweiligen Lasteinleit-Segment umwickelt. Anschließend werden die umwickelten Lasteinleit-Segmente und das Kernprofil in ein Montagewerkzeug eingelegt und kompaktiert. Das Kernelement kann einen Schaumkern umfassen.
Bevorzugt werden Füllelemente in jeweilige Zwischenräume eingelegt, die räumlich zwischen den aneinander zur Anlage kommenden Lasteinleit-Segmenten ausgebildet sind, um die Zwischenräume auszufüllen. Die Tragwicklung wird radial entlang einer Längsachse der vormontierten Achsstrebe um die Lasteinleit-Segmente und das Kernprofil herum aufgebracht beziehungsweise abgelegt, wobei die Baugruppe gedreht wird, oder die Tragwicklung um die Baugruppe bewegt wird, oder sowohl die Baugruppe gedreht als auch die Tragwicklung um die Baugruppe bewegt wird. Abschließend wird die fertige Achsstrebe aus dem Montagewerkzeug entnommen.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigt Fig. 1 eine schematische Perspektivdarstellung einer erfindungsgemäßen Achs- strebe nach einem ersten Ausführungsbeispiel,
Fig. 2a eine schematische Perspektivdarstellung von drei Lasteinleit-Segmenten eines erfindungsgemäßen Lasteinleit-Elements gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
Fig. 2b eine schematische Perspektivdarstellung der drei Lasteinleit-Segmente gemäß Fig. 2a mit einer jeweiligen Umwicklung,
Fig. 2c eine schematische Perspektivdarstellung der drei Lasteinleit-Segmente gemäß Fig. 2b in einer Montageposition,
Fig. 2d eine schematische Perspektivdarstellung einer erfindungsgemäßen hälftig dargestellten Achsstrebe nach dem zweiten Ausführungsbeispiel,
Fig. 3 eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Achsstrebe nach einem dritten Ausführungsbeispiel,
Fig. 4 eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Achsstrebe mit zwei Lagern nach einem vierten Ausführungsbeispiel, und
Fig. 5 eine schematische Perspektivdarstellung eines Kernprofils der Achsstrebe gemäß Fig. 1.
Gemäß Fig. 1 umfasst eine Achsstrebe 1 für ein - hier nicht dargestelltes - Fahrzeug einen Schaft 2 sowie einen ersten und zweiten Lagerbereich 3a, 3b. Die Achsstrebe 1 ist aus einer Tragwicklung 4, einem Kernprofil 6 sowie einem ersten und einem zweiten Lasteinleit-Element 7, 8 ausgebildet. Das erste Lasteileitelement 7 weist ein erstes, zweites und drittes Lasteinleit-Segment 7a, 7b, 7c auf. Das zweite Lasteileitelement 8 weist ein erstes, zweites und drittes Lasteinleit-Segment 8a, 8b, 8c auf. Das erste Lasteinleit-Element 7 ist an dem ersten Lagerbereich 3a angeordnet und das zweite Lasteinleit-Element 8 ist an dem zweiten Lagerbereich 3b angeordnet. Das jeweilige Lasteinleit-Segment 7a, 7b, 7c, 8a, 8b, 8c weist eine jeweilige Umwicklung 9a, 9b, 9c, 10a, 10b, 10c aus einem Faserkunststoffverbund material auf. Die jeweilige Umwicklung 9a, 9b, 9c, 10a, 10b, 10c ist umlaufen entlang einer jeweiligen Mantelfläche des jeweiligen Lasteinleit-Segments 7a, 7b, 7c, 8a, 8b, 8c ausgebildet und umschließt somit das jeweilige Lasteinleit-Segment 7a, 7b, 7c, 8a, 8b, 8c formschlüssig.
Zwei jeweilige Stirnflächen der Lasteinleit-Segmente 7a, 7b, 7c, 8a, 8b, 8c weisen keine Umwicklung 9a, 9b, 9c, 10a, 10b, 10c auf. Das jeweils erste Lasteinleit- Segment 7a, 8a kommt mit einem Teil der Mantelfläche im Wesentlichen flächig an einem Teil der Mantelfläche des jeweils zweiten Lasteinleit-Segments 7b, 8b zur Anlage. Das jeweils zweite Lasteinleit-Segment 7b, 8b kommt mit einem Teil der Mantelfläche im Wesentlichen flächig an einem Teil der Mantelfläche des dritten Lastein- leit-Segments 7c, 8c zur Anlage. Ferner kommt das jeweils dritte Lasteinleit-Segment 7c, 8c mit einem Teil der Mantelfläche im Wesentlichen flächig an dem Kernprofil 6 zur Anlage.
In den Kontaktebenen zwischen den jeweiligen Lasteinleit-Segmenten 7a, 7b und 7b, 7c sowie 8a, 8b und 8b, 8c verlaufen die Umwicklungen 9a, 9b und 9b, 9c sowie 10a, 10b und 10b, 10c parallel zueinander und bilden Stege aus. Der Faserverlauf an den jeweiligen Stegen und die Möglichkeit der Kraftaufnahme in Faserrichtung entlang der Stege erhöht die Tragfähigkeit der Achsstrebe 1.
Das jeweils erste Lasteinleit-Segment 7a, 8a weist eine Bohrung 13a, 13b auf, deren Mittelachse 14a, 14b senkrecht ist zu der Längsachse 5 der Achsstrebe 1. Die jeweilige Bohrung 13a, 13b ist in der Stirnfläche 16a des jeweils ersten Lasteinleit- Segments 7a, 8a ausgebildet und erstreckt sich quer zur Längsachse 5 der Achsstrebe 1 bis zu einer zweiten - hier nicht dargestellten - Stirnfläche auf der Rückseite des jeweils ersten Lasteinleit-Segments 7a, 8a. Die Stirnfläche 16a des jeweils ersten Lasteinleit-Segments 7a, 8a ist im Wesentlichen birnenförmig ausgebildet und setzet sich aus einem Halbkreis sowie einem gleichschenkeligen Trapez zusammen. Die Ecken des Trapezes sind mit einem Radius versehen und somit abgerundet, wodurch sich die jeweilige Umwicklung 9a, 10a besser an die Mantelfläche des jeweils ersten Lasteinleit-Segments 7a, 8a anschmiegen kann.
Das jeweilige zweite Lasteinleit-Segment 7b, 8b weist eine im Wesentlichen trapezförmige Stirnfläche 16b auf, wobei in der Stirnfläche 16b jeweils drei Aussparungen 17 ausgebildet sind, die sich quer zur Längsachse 5 der Achsstrebe 1 bis zu einer zweiten - hier nicht dargestellten - Stirnfläche auf der Rückseite des jeweils zweiten Lasteinleit-Segments 7b, 8b erstrecken. Die Aussparungen 17 sind im Wesentlichen dreieckförmig ausgebildet, wobei die Ecken mit einem Radius versehen und somit abgerundet sind, wodurch sich die jeweilige Umwicklung 9b, 10b besser an die Mantelfläche des jeweils zweiten Lasteinleit-Segments 7b, 8b anschmiegen kann. Vorliegend sind die Aussparungen 17 als gleichschenkliges Dreieck ausgebildet, wobei jeweils zwei der drei Aussparungen 17 am jeweiligen zweiten Lasteinleit- Segment 7b, 8b in eine erste Richtung zeigen und jeweils eine der drei Aussparungen 17 am jeweiligen zweiten Lasteinleit-Segment 7b, 8b in eine um 180° zur ersten Richtung gedrehte Richtung zeigt.
Das jeweilige dritte Lasteinleit-Segment 7c, 8c weist eine im Wesentlichen rechteckförmige Stirnfläche 16c auf, wobei die Ecken mit einem Radius versehen und somit abgerundet sind. Dadurch kann sich die jeweilige Umwicklung 9c, 10c besser an die Mantelfläche des jeweils dritten Lasteinleit-Segments 7c, 8c anschmiegen.
Die Tragwicklung 4 kommt an der jeweiligen Umwicklung 9a, 9b, 9c, 10a, 10b, 10c des jeweiligen Lasteinleit-Segments 7a, 7b, 7c, 8a, 8b, 8c zur Anlage und umschließt die Lasteinleit-Segmente 7a, 7b, 7c, 8a, 8b, 8c des jeweiligen Lasteinleit-Elements 7, 8 und das Kernprofil 6. Dadurch werden die beiden Lasteinleit-Elemente 7, 8 und das Kernprofil 6 entlang der Längsachse 5 der Achstrebe 1 formschlüssig miteinander verbunden. Die die jeweilige Umwicklung 9a, 9b, 9c, 10a, 10b, 10c, die Tragwicklung 4 und das Kernprofil 6 sind aus einem Faserkunststoffverbundmaterial ausgebildet, wobei die beiden Lasteinleit-Elemente 7a, 7b aus einem Metall, vorliegend aus einer Aluminiumlegierung ausgebildet sind. Insbesondere ist die Tragwicklung 4 aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff ausgebildet. In den Fig. 2a, 2b, 2c und 2d sind vier Verfahrensschritte zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Achsstrebe 1 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel dargestellt. Die Fig. 2a bis 2c zeigen die Lasteinleit-Segmente 7a, 7b, 7c des ersten Lasteinleit-Elements 7a. Das zweite Lasteinleit-Element 7b ist nicht dargestellt, jedoch identisch zum ersten Lasteinleit-Element 7a ausgebildet. Die Ausführungsform der Achsstrebe 1 gemäß den Fig. 2a bis 2d unterscheiden sich von der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform der Achsstrebe 1 lediglich in der Ausbildung des zweiten Lasteinleit-Segments 7b. Daher wird auf die Beschreibung von Fig. 1 Bezug genommen. Gemäß der Ausführungsform der Achsstrebe 1 nach den Fig. 2a bis 2d weist das zweite Lasteinleit-Segment 7b keine Aussparungen auf.
In Fig. 2a sind die Lasteinleit-Segmente 7a, 7b, 7c des ersten Lasteinleit-Elements 7 dargestellt. Die abgerundeten Ecken des jeweiligen Lasteinleit-Segments 7a, 7b, 7c sind dazu vorgesehen, die jeweilige in Fig. 2b dargestellte Umwicklung 9a, 9b, 9c positionsgenau zu führen und ein Anschmiegen der jeweiligen Umwicklung 9a, 9b,
9c am jeweiligen Lasteinleit-Segments 7a, 7b, 7c zu realisieren.
In Fig. 2c sind die Lasteinleit-Segmente 7a, 7b, 7c in ein - hier nicht dargestelltes - Montagewerkzeug eingelegt und zusammengedrückt beziehungsweise kompaktiert. Das erste Lasteinleit-Segment 7a kommt flächig an dem jeweils zweiten Lasteinleit- Segment 7b zur Anlage, wobei das zweite Lasteinleit-Segment 7b flächig an dem dritten Lasteinleit-Segment 7c zur Anlage kommt. In einem jeweiligen Zwischenraum 11 , der räumlich zwischen zwei aneinander zur Anlage kommenden Lasteinleit- Segmenten 7a, 7b und 7b, 7c ausgebildet ist, wird je ein Füllelement 12 eingeführt, um den jeweiligen Zwischenraum 11 zu schließen. Der jeweilige Zwischenraum 11 entsteht durch die Abrundung des jeweiligen Lasteinleit-Segments 7a, 7b, 7c an den Eckkanten. Das jeweilige Füllelement 12 ist korrespondierend zum jeweiligen Zwischenraum 11 ausgebildet und füllt diesen derart aus, dass die Tragwicklung 4 (in Fig. 2d dargestellt), die in einem nachfolgenden Schritt an der jeweiligen Umwicklung 9a, 9b, 9c des jeweiligen Lasteinleit-Segments 7a, 7b, 7c zur Anlage kommt, flächig anliegen kann. Vorliegend weist das jeweilige Füllelement 12 eine Stirnfläche auf, die im Wesentlichen einem dreizackigen Stern entspricht beziehungsweise im Wesentlichen T- förmig ausgebildet ist. Mithin sind im Wesentlichen keine Hohlräume zwischen der Tragwicklung 4 und den Lasteinleit-Segmenten 7a, 7b, 7c ausgebildet. Ferner erlauben die Füllelemente 12 eine verbesserte Krafteinleitung in die zwischen den
Lasteinleit-Segmenten 7a, 7b und 7b, 7c ausgebildeten Stege. In Fig. 2d ist die zusammengebaute Achsstrebe 1 hälftig dargestellt. Die Tragwicklung 4 ist radial entlang der Längsachse 5 der Achsstrebe 1 um die Lasteinleit-Segmente 7a, 7b, 7c und das Kernprofil 6 herumgeführt. Das dritte Lasteinleit-Segment 7c kommt flächig an dem Kernprofil 6 zur Anlage. Durch die Tragwicklung 4 werden die Lasteinleit- Elemente 7, 8 axial gegen das Kernprofil 6 gedrückt und formschlüssig miteinander verbunden.
In Fig. 3 weist die erfindungsgemäße Achsstrebe 1 einen lateralen Offset auf. Mit anderen Worten ist der erste Lagerbereich 3a der Achsstrebe 1 in einer ersten Ebene 17a angeordnet, welche beabstandet zu einer zweiten Ebene 17b ist, in welcher der zweite Lagerbereich 3b der Achsstrebe 1 angeordnet ist. Mithin ist der Schaft 2 schräg zwischen den beiden Lagerbereichen 3a, 3b angeordnet. Die Achsstrebe 1 weist somit zwei Knickpunkte 18a, 18b auf.
In Fig. 4 ist eine erfindungsgemäße Achsstrebe 1 mit zwei Lagern 19a, 19b dargestellt. Das jeweilige Lager 19a, 19b ist in der jeweiligen Bohrung 13a, 13b des jeweiligen Lasteinleit-Elements 7, 8 angeordnet. Die jeweilige Bohrung 13a, 13b ist schräg im jeweiligen Lasteinleit-Element 7, 8 ausgebildet. Das heißt, dass die Mittelachsen 14a, 14b der Bohrungen 13a, 13b derart angeordnet sind, dass sie zu einer jeweiligen Achse 15, die senkrecht auf der Längsachse 5 der Achsstrebe 1 ist, einen Winkel größer null aufweisen. Aufgrund der schrägen Bohrungen 13a, 13b sind die beiden Lager 19a, 19b 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 3a in einer anderen horizontalen Ebene angeordnet ist, als der zweite Lagerbereich 3b. In Fig. 4 ist deutlich zu erkennen, dass die Längsachse 5 der Achsstrebe 1 einen Winkel zu einer ho- rizontalen Achse 20 aufweist. Diese horizontale Achse 20 steht dabei senkrecht auf den Mittelachsen 14a, 14b.
Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung des Kernprofils 6 der Achsstrebe 1 nach den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 1 und Fig. 2d. Dargestellt ist das Kernprofil 6, das aus einem GFK ausgeformt ist. In Fig. 5 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 Außendrücken standhalten.
Die Erfindung ist nicht auf die vorhergehenden Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere sind auch Weiterbildungen der jeweiligen Ausführungsbeispiele denkbar. Beispielsweise kann entweder um die Lagerbereiche, oder sowohl um die Lagerbereiche 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, das heißt, je nachdem wie lang das Kernprofil ist, ist die Achsstrebe länger oder kürzer ausgestaltet. Weiterhin ist der Winkel, den die Mittelachsen der Bohrungen in den Lasteinleit-Elementen zu einer senkrechten Achse aufweisen variabel. Je nach Fahrzeugtyp kann dieser Winkel unterschiedlich ausgeformt sein, so dass ein unterschiedlicher lateraler Offset erreicht werden kann.
Bezuqszeichen
Achsstrebe
Schaft
a, 3b Lagerbereich
Tragwicklung
Längsachse
Kernprofil
Lasteinleit-Elementa, 7b, 7c Lasteinleit-Segment
Lasteinleit-Elementa, 8b, 8c Lasteinleit-Segmenta, 9b, 9c Umwicklung
0a, 10b, 10c Umwicklung
1 Zwischenraum
2 Füllelement
3a, 13b Bohrung
4a, 14b Mittelachse
5a, 15b Achse
6a, 16b, 16c Stirnfläche
7a, 17b Ebene
8a, 18b Knickpunkt
9a, 19b Lager
0 Achse

Claims

Patentansprüche
1. Achsstrebe (1 ) für ein Fahrzeug, umfassend einen Schaft (2) sowie einen ersten und zweiten Lagerbereich (3a, 3b), wobei
- die Achsstrebe (1 ) eine Tragwicklung (4), ein Kernprofil (6) sowie ein erstes und zweites Lasteinleit-Element (7, 8) umfasst,
- die Tragwicklung (4) und das Kernprofil (6) aus einem Faserkunststoffverbundmaterial ausgebildet sind, und
- das erste Lasteinleit-Element (7) an dem ersten Lagerbereich (3a) angeordnet ist und das zweite Lasteinleit-Element (8) an dem zweiten Lagerbereich (3b) angeordnet ist,
- das Kernprofil (6) räumlich zwischen den beiden Lasteinleit-Elementen (7, 8) angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Lasteinleit-Element (7, 8) aus mindestens einem ersten und zweiten Lasteinleit-Segment (7a, 7b, 8a, 8b) ausgebildet ist, wobei
- das jeweilige Lasteinleit-Segment (7a, 7b, 8a, 8b) zumindest teilweise eine jeweilige Umwicklung (9a, 9b, 10a, 10b) aus einem Faserkunststoffverbund material aufweist,
- die Tragwicklung (4) zumindest teilweise an der jeweiligen Umwicklung (9a, 9b,
10a, 10b) des jeweiligen Lasteinleit-Segments (7a, 7b, 8a, 8b) zur Anlage kommt, und
- die Tragwicklung (4) die Lasteinleit-Segmente (7a, 7b, 8a, 8b) des jeweiligen Lasteinleit-Elements (7, 8) und das Kernprofil (6) zumindest teilweise umschließt und entlang einer Längsachse (5) der Achstrebe (1 ) miteinander verbindet.
2. Achsstrebe (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das jeweils erste Lasteinleit-Segment (7a, 8a) im Wesentlichen flächig an dem jeweils zweiten Lastein- leit-Segment (7b, 8b) zur Anlage kommt, wobei das jeweils zweite Lasteinleit- Segment (7b, 8b) im Wesentlichen flächig an dem Kernprofil (6) zur Anlage kommt.
3. Achsstrebe (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Lasteinleit-Element (7, 8) aus mindestens einem ersten, zweiten und dritten Lastein- leit-Segment (7a, 7b, 7c, 8a, 8b, 8c) ausgebildet ist.
4. Achsstrebe (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweils erste Lasteinleit-Segment (7a, 8a) im Wesentlichen flächig an dem jeweils zweiten Lasteinleit-Segment (7b, 8b) zur Anlage kommt, wobei das jeweils zweite Lasteinleit-Segment (7b, 8b) im Wesentlichen flächig an dem dritten Lasteinleit-Segment (7c, 8c) zur Anlage kommt, und wobei das jeweils dritte Lasteinleit- Segment (7c, 8c) im Wesentlichen flächig an dem Kernprofil (6) zur Anlage kommt.
5. Achsstrebe (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Zwischenraum (11 ), der räumlich zwischen zwei aneinander zur Anlage kommenden Lasteinleit-Segmenten (7a, 7b; 7b, 7c; 8a, 8b; 8b, 8c) ausgebildet ist, mindestens ein Füllelement (12) angeordnet ist.
6. Achsstrebe (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Füllelement (12) korrespondierend zum Zwischenraum (11 ) ausgebildet ist.
7. Achsstrebe (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Füllelement (12) ein Metall und/oder Faserkunststoffverbundmaterial umfasst.
8. Achsstrebe (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweilige Lasteinleit-Segment (7a, 7b, 7c, 8a, 8b, 8c) aus einem Metall ausgebildet ist.
9. Achsstrebe (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweils erste Lasteinleit-Segment (7a, 8a) eine Bohrung (13a, 13b) aufweist, deren Mittelachse (14a, 14b) einen Winkel aufweist zu einer jeweiligen Achse (15a, 15b), die senkrecht ist zu der Längsachse (5) der Achsstrebe (1 ).
10. Achsstrebe (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige erste Lasteinleit-Segment (7a, 8a) eine Bohrung (13a, 13b) aufweist, deren Mittelachse (M) senkrecht ist zu der Längsachse (5) der Achsstrebe (1).
1 1. Achsstrebe (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige zweite Lasteinleit-Segment (7b, 8b) eine im Wesentlichen trapezförmige Stirnfläche (16) aufweist.
12. Achsstrebe (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige zweite Lasteinleit-Segment (7b, 8b) mindestens eine Aussparung (17) aufweist.
13. Achsstrebe (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kernprofil (6) einen doppel-H-förmigen Querschnitt aufweist.
14. Verfahren zur Herstellung einer Achsstrebe (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
- Herstellen einer Wicklung aus Faserkunststoffverbundmaterial, einer Tragwicklung (4), eines Kernprofils (6) sowie mindestens eines ersten und zweiten Lasteinleit-Segments (7a, 7b, 8a, 8b) für ein jeweiliges erstes und zweites Lasteinleit-Element (7, 8),
- Zumindest teilweise Umwickeln des jeweiligen ersten und zweiten Lasteinleit- Segments (7a, 7b, 8a, 8b) mit der jeweiligen Wicklung zur Ausbildung einer Umwicklung (9a, 9b) am jeweiligen Lasteinleit-Segment (7a, 7b, 8a, 8b),
- Einlegen der umwickelten Lasteinleit-Segmente (7a, 7b, 8a, 8b) und des
Kernprofils (6) in ein Montagewerkzeug,
- Aufbringen der Tragwicklung (4) radial entlang einer Längsachse (5) der vormontierten Achsstrebe (1 ) um die Lasteinleit-Segmente (7a, 7b, 8a, 8b) und das Kernprofil (6) herum,
- Entnehmen der Achsstrebe (1 ) aus dem Montagewerkzeug.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Füllelement (12) in einem Zwischenraum (1 1 ) eingelegt wird, der räumlich zwischen den aneinander zur Anlage kommenden Lasteinleit-Segmenten (7a, 7b; 8a, 8b;) ausgebildet wird.
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