CN105612100B - 桁架结构形式的支座结构及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种桁架结构形式的支座结构(1)，所述支座结构包括机动车的轴支座的第一和第二杆(2)、定位元件(4)以及第一和第二纤维绕组(5)，其中，所述定位元件(4)相对于第二杆的定向确定第一杆的定向，并且所述定位元件(4)的第一支承区段被第一纤维绕组朝向第一杆的支承区段牵拉，并且所述定位元件的第二支承区段被第二纤维绕组朝向第二杆的支承区段牵拉，以便借助摩擦锁合将第一和第二杆保持在确定的相对彼此的相对定向中。

Description

桁架结构形式的支座结构及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种桁架结构形式的支座结构、尤其是机动车的轴支座的支座结构以及一种相应的用于制造该支座结构的方法。
背景技术
桁架结构形式的支座结构包括多根杆，其中，每根杆的两个端部在相应的桁架节点或者说节点处贴靠在其它杆上或者在其它杆的相应端部上并且借助合适的连接元件固定在所述其它杆上。
在使用金属作为杆的材料的情况下，所述固定例如通过焊接实现。此外，杆可以借助螺纹连接、铆接或在使用具有弯曲区段的连接元件的情况下相互固定，这些弯曲区段至少部分地包围要连接的杆并且这些弯曲区段借助粘接剂固定在杆上。但是在使用粘接剂用于将杆与连接元件的弯曲区段连接的情况下，必须设置连接元件的大的面作为粘接面，以便达到支座结构的足够的稳定性，这导致支座结构的重量增加。
为了减少重量并且由此为了减少机动车的燃料消耗，在汽车工业中越来越多地使用轻型结构方式的构件。例如可以使用纤维加强的塑料作为轴支座的杆的材料。但是在此尤其是在使用碳纤维作为纤维加强塑料的纤维组成部分的情况下与铝结合地由于这两种材料之间的非常高的电势可能发生铝材料的腐蚀。此外，在使用螺纹连接的情况下，为了在节点处连接杆的端部，需要费劲的安装，由此增加了制造轴支座所需的生产时间并且由此增加了制造成本。
发明内容
本发明的任务是，给出一种桁架结构形式的支座结构和一种用于制造支座结构的方法，利用该支座结构和方法能够在减少支座结构的重量的同时降低制造成本。
该任务通过一种桁架结构形式的支座结构和一种用于制造桁架结构形式的支座结构的方法解决。
按照本发明的桁架结构形式的支座结构包括机动车的轴支座的第一和第二杆、定位元件以及第一和第二纤维绕组，其中，所述定位元件相对于第二杆的定向确定第一杆的定向，并且所述定位元件的第一支承区段被第一纤维绕组朝向第一杆的支承区段牵拉，并且所述定位元件的第二支承区段被第二纤维绕组朝向第二杆的支承区段牵拉，以便借助摩擦锁合将第一和第二杆保持在确定的相对彼此的相对定向中。
通过使用纤维绕组来连接所述杆，在使用由非金属材料制成的杆的情况下，可以排除支座结构的元件腐蚀的风险。此外，能够减少支座结构的生产时间并且由此降低制造成本，因为省去了如在使用铆接固定的情况下的费劲安装。此外，与迄今为止已知的粘接连接相比，可以减少重量，因为由于设置了纤维绕组，所以在杆上不需要大面积的粘接面。由于在杆上不需要大面积的粘接面，所以这些杆例如可以借助连续拔丝法或者拉挤成型法成本低廉地加工。
按照一种实施方式，所述定位元件的第一和第二支承区段可以具有相应的导向装置，通过所述导向装置分别对第一和第二纤维绕组导向。在此，导向装置优选这样地设计，即，纤维绕组在地貌测量学的线上延伸。由此能够提高支座结构的稳定性，因为纤维绕组不能滑动，该滑动会导致连接不稳定。
优选，所述定位元件的第一支承区段还借助材料锁合的连接固定在第一杆的支承区段上，并且所述定位元件的第二支承区段还借助材料锁合的连接固定在第二杆的支承区段上。
材料锁合的连接在安设纤维绕组之前就已经负责各杆的相对定向是确定的，由此使纤维绕组的安设变容易。此外，支座结构的稳定性通过设置材料锁合的连接而进一步提高。
所述材料锁合的连接可以通过相应的设置在所述定位元件的第一支承区段和第一杆的支承区段之间以及在所述定位元件的第二支承区段和第二杆的支承区段之间的粘接剂实现。
按照一种实施方式，在所述定位元件的一个连接到第一杆的暴露区段上的端部区段和第一杆之间的距离朝向定位元件的另一个端部区段连续地或逐级地减小直到基本恒定的值。
通过该设计方案能够改善切口应力集中效应并且削弱峰值应力。
此外，可以与所述定位元件的端部区段连接地构造有突出的由粘接剂制成的凸起，以便进一步削弱峰值应力。
优选，定位元件构造为半壳，所述半壳的面向第一杆的支承区段的表面形状锁合地支承在第一杆的支承区段上。
通过该形状锁合实现进一步提高支座结构的稳定性。
在另一种实施方式中，所述定位元件可以构造为连接板，其中，所述定位元件的第一支承区段和第二支承区段通过弯曲的区段相连接。在此，弯曲区段的弯曲部确定第一和第二杆相互形成的角度。
所述纤维绕组可以包括从碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维和天然纤维中选出的至少一种纤维。
在此，所述至少一种纤维可以嵌入到从热塑性基质材料和热固性基质材料中选出的基质材料中。
此外，第一杆和/或第二杆可以包括纤维加强的塑料或包括金属，并且定位元件可以由塑料、纤维加强的塑料或由金属形成。
优选，第一和第二杆以及定位元件由纤维加强的塑料构成，其中，各纤维绕组分别是由塑料纤维构成的纤维绕组。
通过按照本发明的支座结构的相应元件的该符合材料的设计方案，不出现腐蚀并且此外第一和第二杆、定位元件和纤维绕组可以这样设计，使得它们具有相同或相似的热膨胀系数。
用于制造桁架结构形式的支座结构的方法包括：将定位元件的第一支承区段布置在机动车的轴支座的第一杆的支承区段上，将定位元件的第二支承区段布置在机动车的轴支座的第二杆的支承区段上，通过一纤维绕组将定位元件的第一支承区段与第一杆的支承区段连接，该纤维绕组将定位元件的第一支承区段朝向第一杆的支承区段牵拉，并且通过另一纤维绕组将定位元件的第二支承区段与第二杆的支承区段连接，所述另一纤维绕组将定位元件的第二支承区段朝向第二杆的支承区段牵拉，以便借助摩擦锁合将第一和第二杆保持在确定的相对彼此的相对定向中。
定位元件的第一和第二支承区段可以具有相应的导向装置，其中，第一和第二纤维绕组的区段分别置入到相应的导向装置中。
此外，定位元件的第一支承区段可以借助材料锁合的连接固定在第一杆的支承区段上，并且定位元件的第二支承区段可以借助材料锁合的连接固定在第二杆的支承区段上。
为了建立材料锁合的连接，在定位元件的第一支承区段和第一杆的支承区段之间以及在定位元件的第二支承区段和第二杆的支承区段之间可以设置相应的粘接剂。
优选，在定位元件的一个连接到第一杆的暴露区段上的端部区段和第一杆之间的距离朝向定位元件的另一个端部区段连续地或逐级地减小直到基本恒定的值。
此外，可以与定位元件的端部区段连接地构造突出的由粘接剂制成的凸起。
优选，将定位元件构造为半壳，所述半壳的面向第一杆的支承区段的表面形状锁合地支承在第一杆的支承区段上。
按照另一种实施方式，将定位元件构造为连接板，其中，定位元件的第一支承区段和第二支承区段通过弯曲的或者说弧形的区段连接。
纤维绕组可以包括从碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维和天然纤维中选出的至少一种纤维。
此外，所述至少一种纤维可以嵌入到从热塑性基质材料和热固性基质材料中选出的基质材料中。
第一杆和/或第二杆可以包括纤维加强的塑料或包括金属，或者完全由纤维加强的塑料或由金属形成，而定位元件可以由塑料、纤维加强的塑料或由金属形成。
附图说明
下面借助附图详细描述本发明的实施方式。其示出：
图1以机动车的后轴支座为例示出桁架结构形式的支座结构的一种实施方式，
图2A和2B示出桁架节点的细节图，三根杆的端部在该桁架节点中相遇，
图3示出桁架节点的另一种实施方式，
图4示出T型接头形式的桁架节点的另一种实施方式，和
图5示出用于显示定位元件与杆的连接的视图。
具体实施方式
图1以机动车的后轴支座为例说明桁架结构形式的支座结构的一种实施方式。支座结构1包括多根杆2，所述杆可以构造为管或型材。每根杆的两个端部在相应的节点3(一些节点通过图1中的相应矩形标明)中贴靠在另一根杆2的端部上或多根杆2的端部上或在另一根连续的杆2的区段上。在此，这些杆2中的每一根杆都是由杆2组成的格子、即三角形或多边形的组成部分。由于杆2的所述布置，在各个元件中基本上仅产生压力和拉力，由此得到支座结构的高承载能力。
杆2可以例如包括金属、例如铝或纤维加强的塑料，或者完全由金属或纤维加强的塑料形成。在使用纤维加强的塑料或者说纤维复合材料作为杆2的材料的情况下，作为基质不仅可以使用热塑性材料而且可以使用热固性材料，其中，作为纤维可以使用碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、天然纤维等等。按照一种实施方式，包含纤维加强的塑料的杆2可以借助用于生产纤维加强的塑料型材的拔丝法或者拉挤成型法制造。
图2A和2B显示在图1中所示的轴支座的从不同视角的细节视图，其中，三根杆2的端部在一个节点3中相遇，在图2B中未示出在图2A中所示的纤维绕组5和分界缝。为了确定各根杆2相对彼此的相对定向或者说为了确定要连接的杆2相互形成的相应角度，将构造为半壳的定位元件4-1、4-2设置在相应的要连接的杆2的端部上，并且至少局部支承在这些杆上，即支承在杆2的支承区段上。在此，定位元件4-1、4-2的支承在杆2的端部上的区段的面向杆2的相应端部的表面与杆2的相应区段的横截面或者说周边相匹配，以便确定各根杆2在固定的状态中的相对定向。在当前情况中，定位元件4-1、4-2的支承在杆2的端部上的区段的表面的弯曲基本上对应于杆2的曲率半径。在另一种实施方式中，也可以使用具有矩形轮廓或其它类型地构成的横截面的杆2，其中，定位元件4-1、4-2的支承区段相应地匹配，以便形成形状锁合的连接。优选，两个定位元件4-1、4-2一体地构成，但是在需要时一体的和多件式的定位元件4-1、4-2也可以以组合方式使用，以便确定杆2相对彼此的相对定向。
为了定位元件4-1、4-2的定位或者说为了支座结构的组装，这些定位元件可以借助材料锁合的连接、例如借助粘接剂与杆2的端部或支承区段连接。但是后轴支座1的没有使用单独粘接剂的实施方式也是可以的。具有大于100Mpa的弹性模量值的粘接剂尤其适合作为用于将定位元件4与杆连接的粘接剂，以便在后轴支座1的刚度方面满足要求。
借助预紧的纤维绕组5将定位元件4-1、4-2朝向杆2的相应的支承区段(定位元件4-1、4-2支承在所述支承区段上)挤压或牵拉，由此附加地借助摩擦锁合将杆2保持在确定的相对彼此的相对定向中，所述预紧的纤维绕组至少支承在定位元件4-1、4-2的支承在杆2的端部上的区段的部分区域上或者说支承在定位元件4-1、4-2的支承区段的部分区域上。通过由摩擦锁合引起的这些附加的保持力，与迄今为止已知的、仅仅包括粘接连接的支座结构相比可以减少所需的粘接面，由此借助按照本发明的支座结构能够实现明显的重量减少。
纤维绕组5可以由一种或多种单纤维构成，所述单纤维分别围绕杆2的端部区段或者围绕定位元件4-1、4-2的支承在该端部区段上的支承区段缠绕一次或多次。各个纤维绕组5在此分别尤其是这样地布置，即它们包围相应的杆2的相应的端部区段。
纤维绕组5可以包括碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维或天然纤维以及这些纤维的组合。此外，作为纤维绕组5可以使用干纤维或湿的、即用树脂浸润的、具有或不具有粘合剂系统的纤维，其中，作为树脂系统可以使用热固性塑料或热塑性塑料。
定位元件4可以例如包括纤维加强的塑料和/或包括金属。在定位元件4由纤维加强的塑料制成的情况下，该定位元件例如可以在使用短纤维的情况下借助注塑方法，在使用纤维半成品(预制件)的情况下或在使用由热塑性反应树脂和/或热塑性树脂和纤维例如玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、天然纤维或其它纤维制成的片形料团的情况下使用湿压法、压注制造。
为了避免损坏纤维绕组5，定位元件4的供纤维绕组5支承的区段优选光滑地、即没有尖锐棱边地构造。此外，为了能够实现纤维绕组5的精确定位，供纤维绕组5支承的区段可以具有在纤维绕组5的方向上延伸的导向装置，所述导向装置例如通过沟道或凹陷形成，以便对纤维绕组5导向。优选，导向装置这样地被配置，即它们沿着地貌测量学的线对纤维绕组5导向，由此阻止纤维绕组滑动并且由此导致支座结构的稳定性提高。
在所示的实施例中，这三根要连接的杆2分别与相邻的杆2形成相同角度。但是在其它实施方式中，相邻的杆2也可以围成不同的角度。此外，这三根要连接的杆2全部位于一个平面中，或者这些杆2之一也可以不位于由其它两根杆2确定的平面中。
在另一种实施方式中，也可以仅仅使用半壳4-1、4-2中的一个，该半壳借助纤维绕组5以类似于在图2A和2B中所示的方式固定在杆2上。为了达到相应支座结构的足够的稳定性，在这种情况下纤维绕组5优选支承或搁放在半壳4-1、4-2的沿着杆2的纵向延伸的较大区段上。
图3示出在图1中所示的轴支座1的节点3的杆2和一个半壳4-1的接合的示意图，其中，两根另外的杆2碰到连续布置的杆2上。半壳4-1按照杆2相对于彼此的预给定的相对定向被制造。如借助图3的箭头所示，可以首先使杆2相对彼此定向并且随后将半壳4-1搁放到杆2的端部或者说支承区段上并且借助未示出的纤维绕组固定。另一方面也可以首先例如借助绕组5和在需要时借助粘接剂将连续的杆2与半壳4-1连接，然后将另两根杆2的端部放到半壳4-1的为其设置的区段中并且与这些区段连接。
图4示出在图1中所示的轴支座1的形式为T形接头的节点3的示意图。与在图2和3中所示的半壳4不同，在图4中所示的实施方式中，定位元件4构造为连接板，所述连接板同样可以借助材料锁合的连接、例如粘接剂固定在杆2上。连接板可以由与半壳相同的材料形成。与半壳不同，连接板分别仅仅覆盖第一和第二杆2的端部区段的区段。
第一连接板4-1的第一支承区段借助位于第一连接板的第一支承区段上的第一纤维绕组5朝向第一杆2的相应的支承区段被牵拉，并且第一连接板4-1的第二支承区段借助位于第一连接板4-1的第二支承区段上的第二纤维绕组5朝向第二杆2的相应的支承区段被牵拉。第一连接板4-1的第一和第二支承区段通过弯曲的连接区段连接，所述连接区段确定第一和第二杆2相互之间形成的角度。
第二连接板4-2的第一支承区段借助位于第二连接板4-2的第一支承区段上的第三纤维绕组5朝向第二杆2的相应的支承区段被牵拉，并且第二连接板4-2的第二支承区段借助也位于第二连接板4-2的第二支承区段上的第二纤维绕组5朝向第二杆2的相应的支承区段被牵拉。第二连接板4-2的第一和第二支承区段通过弯曲的连接区段连接，所述连接区段的弯曲根据第一连接板4-1的连接区段的弯曲选择，以便同样确定第一和第二杆2相互之间形成的角度。
图5示出按照一种实施方式的由定位元件4、粘接剂6和杆2组成的布置结构结合沿着杆2的纵向的纵向剖面。如在图5中所示，构造为半壳的定位元件4的连接到杆2的裸露区段上的端部区段可以这样地构成，即在定位元件4的面向杆2的表面和杆2之间的距离朝向定位元件4的另一个端部连续地减少直到基本恒定的值。在其它实施方式中，在定位元件4的面向杆2的表面和杆2之间的距离可以朝向定位元件4的另一个端部也通过一个或多个分级部减少直到基本恒定的值。通过这样的布置结构，设置在杆2和定位元件4之间的粘接剂6的量朝向定位元件4的另一个端部减少，由此能够改善切口应力集中效应并且削弱峰值应力。
对此附加地或替代地，在一种未示出的实施方式中粘接剂6可以包括超过定位元件4的端部突出的凸起，以便进一步降低峰值应力。
纤维绕组的安置优选在使用由卡尔斯鲁厄技术学院的wbk生产工艺研究所开发的绕线机的情况下完成，该绕线机允许在杆静止并且定位元件静止的情况下布设纤维绕组，即各个工件不必围绕轴线旋转。通过使用该绕线机能够有利地以自动化的批量生产过程连接所述杆。

Claims (29)

1.桁架结构形式的支座结构(1)，包括：
机动车的轴支座的第一和第二杆，
定位元件(4)，以及
第一和第二纤维绕组(5)，其中，
所述定位元件(4)相对于第二杆的定向确定第一杆的定向，并且
所述定位元件(4)的第一支承区段被第一纤维绕组朝向第一杆的支承区段牵拉，并且所述定位元件的第二支承区段被第二纤维绕组朝向第二杆的支承区段牵拉，以便借助摩擦锁合将第一和第二杆保持在确定的相对彼此的相对定向中。
2.根据权利要求1所述的支座结构，其中，所述定位元件(4)的第一和第二支承区段具有各自的导向装置，通过所述导向装置分别对第一和第二纤维绕组(5)导向。
3.根据权利要求1所述的支座结构，其中，所述定位元件的第一支承区段还借助材料锁合的连接固定在第一杆的支承区段上，并且所述定位元件的第二支承区段还借助材料锁合的连接固定在第二杆的支承区段上。
4.根据权利要求2所述的支座结构，其中，所述定位元件的第一支承区段还借助材料锁合的连接固定在第一杆的支承区段上，并且所述定位元件的第二支承区段还借助材料锁合的连接固定在第二杆的支承区段上。
5.根据权利要求3所述的支座结构，其中，所述材料锁合的连接通过相应的设置在所述定位元件的第一支承区段和第一杆的支承区段之间以及在所述定位元件的第二支承区段和第二杆的支承区段之间的粘接剂(6)实现。
6.根据权利要求5所述的支座结构，其中，在所述定位元件(4)的一个连接到第一杆的暴露区段上的端部区段和第一杆之间的距离朝向定位元件(4)的另一个端部区段连续地或逐级地减小直到基本恒定的值。
7.根据权利要求5所述的支座结构，其中，与所述定位元件(4)的端部区段连接地构造有突出的由粘接剂制成的凸起。
8.根据权利要求6所述的支座结构，其中，与所述定位元件(4)的端部区段连接地构造有突出的由粘接剂制成的凸起。
9.根据权利要求1至8之一所述的支座结构，其中，所述定位元件(4)具有半壳(4-1、4-2)，所述半壳的面向第一杆的支承区段的表面形状锁合地支承在第一杆的支承区段上。
10.根据权利要求1至8之一所述的支座结构，其中，所述定位元件(4)被构造为连接板，并且所述定位元件(4)的第一支承区段和第二支承区段通过弯曲的区段连接。
11.根据权利要求1至8之一所述的支座结构，其中，所述纤维绕组(5)包括从碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维和天然纤维中选出的至少一种纤维。
12.根据权利要求11所述的支座结构，其中，所述至少一种纤维嵌入到从热塑性基质材料和热固性基质材料中选出的基质材料中。
13.根据权利要求1至8之一所述的支座结构，其中，所述第一杆和/或第二杆包括纤维加强的塑料或包括金属。
14.根据权利要求1至8之一所述的支座结构，其中，所述定位元件(4)由塑料或由金属形成。
15.根据权利要求14所述的支座结构，其中，所述定位元件(4)由纤维加强的塑料形成。
16.用于制造桁架结构形式的支座结构(1)的方法，包括：
将定位元件(4)的第一支承区段布置在机动车的轴支座的第一杆的支承区段上，
将定位元件(4)的第二支承区段布置在机动车的轴支座的第二杆的支承区段上，
通过第一纤维绕组(5)将定位元件的第一支承区段与第一杆的支承区段连接，该纤维绕组将定位元件(4)的第一支承区段朝向第一杆的支承区段牵拉，并且通过第二纤维绕组(5)将所述定位元件的第二支承区段与第二杆的支承区段连接，所述第二纤维绕组将定位元件(4)的第二支承区段朝向第二杆的支承区段牵拉，以便借助摩擦锁合将第一和第二杆保持在确定的相对彼此的相对定向中。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述定位元件(4)的第一和第二支承区段具有各自的导向装置，并且第一和第二纤维绕组(5)的区段分别置入到相应的导向装置中。
18.根据权利要求16所述的方法，其中，将所述定位元件的第一支承区段还借助材料锁合的连接固定在第一杆的支承区段上，并且将所述定位元件的第二支承区段还借助材料锁合的连接固定在第二杆的支承区段上。
19.根据权利要求17所述的方法，其中，将所述定位元件的第一支承区段还借助材料锁合的连接固定在第一杆的支承区段上，并且将所述定位元件的第二支承区段还借助材料锁合的连接固定在第二杆的支承区段上。
20.根据权利要求18所述的方法，其中，为了建立材料锁合的连接，在所述定位元件的第一支承区段和第一杆的支承区段之间以及在所述定位元件的第二支承区段和第二杆的支承区段之间设置相应的粘接剂(6)。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，在所述定位元件(4)的一个连接到第一杆的暴露区段上的端部区段和第一杆之间的距离朝向定位元件(4)的另一个端部区段连续地或逐级地减小直到基本恒定的值。
22.根据权利要求20或21所述的方法，其中，与所述定位元件(4)的端部区段连接地构造突出的由粘接剂制成的凸起。
23.根据权利要求16至21之一所述的方法，其中，所述定位元件(4)构造为半壳(4-1、4-2)，所述半壳的面向第一杆的支承区段的表面形状锁合地支承在第一杆的支承区段上。
24.根据权利要求16至21之一所述的方法，其中，所述定位元件(4)被构造为连接板，并且所述定位元件(4)的第一支承区段和第二支承区段通过弯曲的区段连接。
25.根据权利要求16至21之一所述的方法，其中，所述纤维绕组(5)包括从碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维和天然纤维中选出的至少一种纤维。
26.根据权利要求25所述的方法，其中，所述至少一种纤维嵌入到从热塑性基质材料和热固性基质材料中选出的基质材料中。
27.根据权利要求16至21之一所述的方法，其中，所述第一杆和/或第二杆包括纤维加强的塑料或包括金属。
28.根据权利要求16至21之一所述的方法，其中，所述定位元件(4)由塑料或由金属形成。
29.根据权利要求28所述的方法，其中，所述定位元件(4)由纤维加强的塑料形成。
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