CN111712370B - 用于生产构造元件的方法和构造元件 - Google Patents

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Abstract

在一种用于借助于3D缠绕方法来生产构造元件(1)的方法中，以由多个不同的缠绕图案(101，102，103，104，105，106，107，108，109，110)组合的方式在芯部(5)上放置由纤维塑料复合材料制成的线(6)或多条平行线。在此每条线(6)都是经预浸渍的。每个缠绕图案(101，102，103，104，105，106，107，108，109，110)都影响构造元件(1)的至少一个机械特性。借助于各个缠绕图案(101，102，103，104，105，106，107，108，109，110)的次序、重复、混合方式和材料选择，有针对性地设定构造元件(1)的机械特性。

Description

用于生产构造元件的方法和构造元件
四点连杆尤其在商用车辆中使用，以便在车架中能弹动地引导刚性轴。在此，四点连杆负责轴的横向引导和纵向引导。此外，四点连杆实现了稳定器的功能。三点连杆在商用车辆和乘用机动车辆中使用，并且在独立车轮悬架中用于将车轮架与车身连接。两点连杆或车桥拉杆被用作连接杆，以便将车桥连接至车身。这种两点连杆可以反映简单的负荷情况，例如拉力负荷/压力负荷。
从PCT/EP2017/061257已知一种用于车辆的车轮悬架的四点连杆以及一种用于生产这种四点连杆的方法。这种四点连杆借助于3D机器人缠绕方法来生产。然而这个申请没有表明，在这种缠绕方法中能够多精确地、有针对性地设定四点连杆的刚度和强度。
从现有技术出发，本发明所基于的目的在于，提出一种用于以3D机器人缠绕方法来生产构造元件的改进的可能性。
在一种用于借助于3D缠绕方法来生产构造元件的方法中，以由多个不同缠绕图案组合的方式在芯部上放置由纤维塑料复合材料(FKV)制成的线或多条平行线。在此每条线都是经预浸渍的。每个缠绕图案都影响构造元件的至少一个机械特性。借助于各个所述缠绕图案的次序、重复、混合方式和材料选择，有针对性地(即精确地)设定所述构造元件的机械特性。在此，所述构造元件具有：至少两个臂，这些臂中的每个臂都具有轴套；以及抗扭区域，所述抗扭区域与所述至少两个臂连接。
构造元件例如可以是用于车辆的行驶机构的四点连杆。替代性地，构造元件可以是用于车辆的行驶机构的三点连杆或两点连杆。进而替代于此，构造元件可以是用于车辆的行驶机构的五点连杆。进而替代于此，构造元件可以是用于车辆的行驶机构的稳定器或横向连杆。进而替代于此，构造元件可以是每个借助于3D缠绕方法生产的构造元件，该构造元件仅藉由构造元件的缠绕吸收力，而不藉由芯部吸收力。车辆例如可以是PKW(乘用机动车辆)或NKW(商用机动车辆)。
构造元件具有至少两个臂，该至少两个臂与抗扭区域连接。当然，构造元件还可以具有三个或四个臂。这取决于构造元件的使用目的。每个臂都具有轴套。这个轴套布置在相应的臂的远端。至少两个臂例如被设置成用于将车桥或车轮架与车辆的框架和/或车身联接。为此，两个臂例如可以铰接式地与车桥或车轮架连接，同时两个另外的臂铰接式地与车辆的车身或框架连接。在此，“铰接式地”是指围绕至少一条几何轴线的可旋转性。在此，铰接式的连接借助于可以容纳铰接件的轴套来进行。
由于构造元件具有至少两个臂和抗扭区域，因此芯部同样具有至少两个臂和抗扭区域。每个轴套都与芯部连接。芯部大体上被设置成用于形成构造元件的形状。优选地，芯部不是被设置成用于吸收负荷的，而是仅用于放置或缠绕线的。换言之，(例如通过车桥或车轮架)导入构造元件中的负荷和力仅被构造元件的由线构成的外壳(叠层)吸收。因此，线至少以力配合的方式与相应的轴套连接。此外，线还可以以形状配合的方式与相应的轴套连接。替代于此，芯部可以具有承载功能。在这种情况下，芯部额外地抗剪地连接至叠层。在这种情况下，线以力配合的方式并且可能以形状配合的方式与相应的轴套连接。
每个臂都与抗扭区域连接。当在车辆中使用构造元件时，构造元件的主要参与吸收扭力的区域被称为抗扭区域。抗扭区域用于对至少两个臂进行稳定以抵抗枢转。臂和抗扭区域被布置成使得相应的臂的枢转(即相应的臂围绕扭转轴线的旋转)伴随着抗扭区域的扭转。由于扭转力矩导致扭转，相应的臂在枢转时将该扭转力矩施加到抗扭区域上。
线被理解为增强纤维(单丝)、纤维束(复丝、粗纱)或经纺织加工的复丝。线或线组优选由被树脂浸渍的多条连续纤维形成。线组应被理解为被组合成束的多条线。这个束进而形成线。线是以树脂预浸渍的，尤其可以使用所谓的丝束浸料半成品(TowPreg-Halbzeug)或预浸料线(PrePreg-Faden)。在湿绕法中，在缠绕前立即将线浸渍到树脂中，并且围绕芯部来缠绕线。由于树脂损耗(由于例如缠绕期间的离心力)，线在芯部上的最大放置速度可以实现为大约0.5m/s至1m/s。相比于此，通过使用经预浸渍的线显著提高放置速度，原因在于树脂是经预硬化或经部分硬化的并且因此离心力没有影响。线是由纤维塑料复合材料(FKV)成形的。优选地，线是由碳纤维增强的塑料(CFK)、玻璃纤维增强的塑料(GFK)、芳纶纤维增强的塑料(AFK)或其他适合的纤维塑料复合材料成形的。
线可以针对每个缠绕过程张紧，即施加有促使线张紧的力。其结果是线以力配合的方式与相应的臂和抗扭区域连接。线优选以如下方式延伸，即，使得相应臂的枢转由于线与臂的力配合而引起作用在线上的力，该力进而藉由线与抗扭区域之间的力配合被传递至抗扭区域。所引起的力在此促使线的张紧增强。
例如，恰好一条线可以多次围绕芯部和相应的轴套缠绕。例如，线自动化地从缠绕轴上退卷并且优选借助于机器人系统性地被卷绕在芯部上以形成构造元件。替代于此，可以借助于5轴绕线机进行缠绕。然而此外还可设想的是，两个或更多个机器人同时以相应的线来缠绕芯部以形成构造元件。缠绕方法以三维方式进行。在使用多个平行线代替单线的情况下，减少了生产时间。由于经预浸渍的线的粘性以及线和构造元件借助于一个或多个机器人或旋转架的3D转动，在构造元件的测地线外可以产生弯曲的缠绕轨迹。
芯部优选由泡沫材料形成。尤其，芯部是由固体的、轻质的、永久的泡沫材料形成的。优选地，泡沫材料是由聚合物(例如聚氨酯、聚丙烯或聚苯乙烯)形成的。此外，芯部还可以被设计为内衬芯部(Inliner-Kern)、熔芯部或吹塑芯部。尤其，重要的是芯部以线进行缠绕并且因此用作成形部的能力。
优选地，轴套是由金属性物质形成的。尤其，每个轴套都可以是由钢合金或轻金属合金(尤其铝合金或镁合金)形成的。此外，每个轴套至少与芯部粘合。芯部在缠绕过程期间如下地容纳轴套，即，使得该轴套的位置得以固定。除此之外，轴套可以以芯部材料进行包覆注塑，使得产生形状配合。
将线或平行线以缠绕图案的次序放置在芯部上，以产生构造元件的外部形状。将缠绕图案相互组合，以便有针对性地设定(即产生)所制造成的构造元件的机械特性。这些机械特性根据构造元件的类型和使用目的而定。当在NKW中使用构造元件时，其他的机械特性比在PKW中使用时更重要。作为机械特性，可以藉由弹簧行程设定用于实现倾斜稳定的扭转刚度、用于引导车桥的高的侧向刚度、针对较好的舒适行为和/或运动学或弹性运动学的纵向屈服性。例如，用于倾斜稳定的扭转刚度对PKW而言须比LKW选择得更小。
为了能够有针对性地设定这些机械特性，以预定的顺序、预定的数量和预定的混合方式来选择影响所需的机械特性的那些缠绕图案。因此，线以相应的缠绕图案的形状被放置在芯部上。即，每个缠绕图案都与对整个构造元件的至少一个机械特性的影响相关联。在生产构造元件时，缠绕图案例如可以单次使用，由此使得与这个缠绕图案相关联的机械特性与多次重复该缠绕图案时相比更小程度地被影响。例如，可以实现整个构造元件的高的扭转刚度，其方式为：以缠绕图案重复地放置线，从而影响抗扭区域的抗剪刚度。此外，可以较大程度地或较小程度地混合多个缠绕图案。即，可以以缠绕图案组或交替的缠绕图案来放置线。在此，缠绕图案的密集混合方式是优选的，因此可以在叠层内进行连续的负荷转移。
此外，两个或更多个不同的缠绕图案可以彼此相继地跟随，以保证构造元件的子区段到构造元件的另外的子区段的负荷转移。例如，可以借助于一个缠绕图案将至少两个臂中的一个臂与抗扭区域连接，并且接着可以借助于另一个缠绕图案将至少两个臂中的另一个臂与抗扭区域连接。因此，两个臂可以将负荷传递到抗扭区域中。
此外，通过合适地组合缠绕图案来避免材料堆积和局部增厚。追求的是，产生构造元件的尽可能平坦并且均匀的表面。应避免叠层中的空腔和/或树脂卷(Harzwickel)。这例如可以通过缠绕图案的交替来实现，从而使得在缠绕期间实现均匀的厚度发展。替代性地，当期望对应的结构特性时，还可以有针对性地产生叠层的变厚(例如外部的框架)。此外，可以通过缠绕图案的合适的组合实现封闭的或敞开的叠层，这些叠层是框架状地或完全面型地形成的。缠绕图案的精确的次序、重复和混合方式优选借助于数字模拟来确定。
为了能够有针对性地影响整个构造元件的刚度和强度，应注意的是：位于叠层中更靠外的那些缠绕图案对刚度和强度的影响更大，原因在于它们与位于更靠内的缠绕图案相比拥有更高的平面惯性矩。这可以用于机械特性的微调。可以通过对缠绕图案进行重复的次数来影响粗调。位于更靠外的缠绕图案是在生产构造元件时在时间上更晚地缠绕的那些缠绕图案。替代性地，还可以通过有针对性地选择材料来强化或弱化不同的缠绕图案，例如可以借助于CFK线来产生第一缠绕图案，并且借助于GFK线来产生第二缠绕图案。
在此提出的方法中有利的是，该方法是稳健、灵活并且快速的生产方法。以纤维优化的方式来放置线。可以使用高的缠绕速度，由此使得就批量生产而言构造元件的生产加快。此外，所提出的生产方法是模块化的。即，同一方法可以以简单的方式方法与用于不同使用目的的、不同尺寸的构造元件相适配。因此，可以以低成本来生产用于这些不同使用目的的变体。此外，因此产生的构造元件具有比由金属性材料制成的相当的构造元件更轻的质量。构造元件因此是轻质结构构造元件。
根据一个实施方式，在第一缠绕图案中，所述线与所述臂的纵向轴线大体上平行地被引导。径向地围绕这个臂并且围绕芯部的抗扭区域来缠绕线，从而产生I形状。因此产生单向的纤维层。因此产生这个臂的强度和弯曲刚度。可以根据这个第一缠绕图案以线缠绕构造元件的每个臂。
“大体上平行地”在此是指，线以相对于臂的纵向轴线成大约0°的角度被引导。这包括大约+/-5°的偏差。在此，臂的纵向轴线是从其远端延伸至其近端的那条几何轴线。例如，第一缠绕图案既可以在车桥拉杆中使用，也可以在三点连杆以及四点连杆中使用。
根据另一个实施方式，在第二缠绕图案中，所述线与所述臂中的第一臂的纵向轴线大体上平行地、与所述臂中的第二臂的纵向轴线大体上平行地、并且在相对于所述抗扭区域的纵向轴线倾斜的一条轨迹中被引导。这两个臂相对于所述抗扭区域的纵向轴线彼此相反。抗扭区域的纵向轴线垂直于抗扭区域的横向轴线。如果构造元件例如成形为四点连杆，则抗扭区域的纵向轴线横向于臂的纵向轴线而定向。此外，这两个臂相对于抗扭区域的横向轴线彼此相反。换言之，这两个臂相对于纵向轴线和横向轴线倾斜地相反。
径向地围绕这两个臂并且在一条轨迹中或在一条支路中围绕芯部的抗扭区域来缠绕线，从而产生Z形状。在此，在一条轨迹中缠绕抗扭区域的线的取向相对于抗扭区域的纵向轴线为例如大约+/-45°。通过缠绕在臂的区域中产生单向的纤维层，并且在抗扭区域的区域中产生交叉的叠层。在交叉的叠层中，纤维层以相对于轴线的某一角度布置，在此即以相对于抗扭区域的纵向轴线成大约+/-45°的角度布置。
借助于第二缠绕图案，在这两个臂之间形成负荷路径并且在这些臂与抗扭区域之间产生连接。由此可以将力从臂传递到抗扭区域中。即，在车辆中使用构造元件时，可以在负荷情况下将力从臂传递到抗扭区域中。例如，第二缠绕图案既可以在三点连杆中使用，也可以在四点连杆中使用。
根据另一个实施方式，在第三缠绕图案中，所述线在所述抗扭区域向所述臂的过渡区域上相对于所述抗扭区域的纵向轴线倾斜地被引导。径向地围绕芯部的这些过渡区域中的每个过渡区域来缠绕线，从而产生例如V形状或菱形形状。抗扭区域与臂之间的过渡区域是臂以其近端与抗扭区域相连接的那个区域。线在这些过渡区域上的取向可以相对于抗扭区域的纵向轴线为例如大约+/-45°。
借助于第三缠绕图案提高抗扭区域的抗剪刚度。这种提高主要在经缠绕的过渡区域上出现。因此产生的叠层主要参与抗扭区域的推力引导(Schubleitung)。此外，当在车辆中使用构造元件并且产生负荷情况时，可以借助于第三缠绕图案将负荷从臂传递到抗扭区域中。例如，第三缠绕图案既可以在三点连杆中使用，也可以在四点连杆中使用。
根据另一个实施方式，在第四缠绕图案中，所述线与所述臂中的第一臂的纵向轴线大体上平行地、与所述臂中的第三臂的纵向轴线大体上平行地、并且在相对于所述抗扭区域的纵向轴线倾斜的两条轨迹中被引导。这两个臂相对于所述抗扭区域的横向轴线彼此对置。径向地围绕这两个臂并且在两条轨迹或在两条支路中围绕芯部的抗扭区域来缠绕线，从而产生W形状。在此，在两条轨迹中缠绕抗扭区域的线的取向相对于抗扭区域的纵向轴线相应地为例如大约+/-60°。通过缠绕在臂的区域中产生单向的纤维层，并且在抗扭区域的区域中产生相对于抗扭区域的纵向轴线成大约+/-60°的角度的交叉的叠层。
借助于第四缠绕图案，在这两个臂之间形成负荷路径。此外，在这些臂与抗扭区域之间产生连接。由此可以将力传递到抗扭区域中。即，在车辆中使用构造元件时，可以在负荷情况下将力从臂传递到抗扭区域中。例如，第四缠绕图案既可以在三点连杆中使用，也可以在四点连杆中使用。
根据另一个实施方式，在第五缠绕图案中，所述线在相对于所述抗扭区域的横向轴线彼此对置的两个臂上、以每个臂上成至少一个交叉缠绕的方式并且在相对于所述抗扭区域的纵向轴线倾斜的两条轨迹中被引导。相对于抗扭区域的纵向轴线倾斜的这两条轨迹用于将线再锚定(Rückverankerung)在抗扭区域上。
交叉缠绕布置在臂的多侧。这些侧例如被定向成使得这些侧位于从抗扭区域的横向轴线并且从抗扭区域竖直轴线展开的几何平面中，其中竖直轴线垂直于抗扭区域的纵向轴线。交叉缠绕可以是在每个臂上要么靠近远端布置的，要么靠近近端布置的。即，交叉缠绕的布置方式是在每个臂上都相同的。交叉缠绕在此情况下优选布置在每个臂的外侧。外侧是臂的背离其他臂的那一侧。
替代于此，第一臂的交叉缠绕可以是靠近其远端布置的，并且第三臂的交叉缠绕可以是靠近其近端布置的。进而，替代于此，第一臂的第一交叉缠绕可以是靠近其近端布置的，并且第一臂的第二交叉缠绕可以是靠近其远端布置的。相同的内容可以适用于第三臂。于是，每个臂都具有两个交叉缠绕。在此，臂的第一交叉缠绕优选布置在其外侧，并且同一臂的第二交叉缠绕优选布置在其内侧。当然，这个布置方式也可以反过来。
将线围绕这两个臂缠绕成一个、两个或更多个交叉缠绕并且径向地在两条轨迹中或在两条支路中围绕芯部的抗扭区域来缠绕，从而在相应臂的这些侧产生X形状。
借助于第五缠绕图案产生抗剪带(Schubverband)。当在车辆中使用构造元件并且产生负荷情况时，可以藉由这个抗剪带来吸收构造元件的臂上的横向力。例如，第四缠绕图案既可以在三点连杆中使用，也可以在四点连杆中使用。
根据另一个实施方式，在第六缠绕图案中，所述线围绕每个轴套引导成环形缠绕和交叉缠绕。这些轴套因此被锚定在芯部上。借助于环形缠绕和交叉缠绕，在轴套与线之间以及在轴套与整个构造元件的叠层之间产生力配合和形状配合。
借助于第六缠绕图案，当在车辆中使用构造元件并且产生负荷情况时，负荷(例如横向力和侧向力)可以被导入构造元件的叠层中。例如，第六缠绕图案既可以在车桥拉杆中使用，也可以在三点连杆以及四点连杆中使用。
根据另一个实施方式，在第七缠绕图案中，所述线围绕所述臂中的至少一个臂和/或围绕所述抗扭区域被引导成周向缠绕。
线径向地围绕芯部的至少一个臂的纵向轴线被引导。然而，在此，取向与第一缠绕图案不同。在第七缠绕图案中，线大体上垂直于已根据第一缠绕图案缠绕的线而定向。因此，线还大体上垂直于相应的臂的纵向轴线而定向。即，线以O形状围绕至少一个臂进行缠绕。当然，可以以周向缠绕来缠绕多于一个臂。
额外地或替代于此，线径向地围绕芯部的抗扭区域的纵向轴线被引导。在此，线大体上垂直于抗扭区域的纵向轴线而定向。即，线以O形状围绕抗扭区域进行缠绕。“大体上垂直地”在此是指，线相对于臂或抗扭区域的纵向轴线成大约90°地定向。这包括大约+/-5°的偏差。
借助于第七缠绕图案，构造元件的叠层可以在至少一个臂上或在所有臂上以及在抗扭区域上紧凑。此外，因此产生构造元件的封闭的表面。例如，第七缠绕图案既可以在车桥拉杆中使用，也可以在三点连杆以及四点连杆中使用。
根据另一个实施方式，在第八缠绕图案中，所述线在所述抗扭区域上在相对于所述抗扭区域的纵向轴线倾斜的并且相对于所述抗扭区域的横向轴线倾斜的四条轨迹中被引导。线径向地围绕芯部的抗扭区域被引导，其中这在四条轨迹中进行。线相对于抗扭区域的纵向轴线优选具有大约+/-35°的取向。产生平行四边形形状，其中两条轨迹始终具有相同的取向。这两条轨迹优选各自布置在臂到抗扭区域的过渡区域中，其中这两个臂相对于抗扭区域的纵向轴线并且相对于抗扭区域的横向轴线倾斜地对置。
借助于第八缠绕图案提高抗扭区域的抗剪刚度。因此产生的叠层主要参与抗扭区域的推力引导。此外，当在车辆中使用构造元件并且产生负荷情况时，可以借助于第八缠绕图案将负荷从臂传递到抗扭区域中。例如，第八缠绕图案既可以在三点连杆中使用，也可以在四点连杆中使用。
根据另一个实施方式，在第九缠绕图案中，所述线在所述抗扭区域上与所述臂中的至少两个臂的纵向轴线大体上平行地被引导。在此，线径向地围绕芯部的抗扭区域被引导。线的一条轨迹例如大体上平行于第一臂的纵向轴线而定向，并且线的另一条轨迹优选大体上平行于第三臂的纵向轴线而定向。这两个臂相对于所述抗扭区域的横向轴线彼此对置。此外，线相对于抗扭区域的纵向轴线具有例如大约+/-60°的取向。
借助于第九缠绕图案提高抗扭区域的抗剪刚度。因此产生的叠层主要参与抗扭区域的推力引导。此外，当在车辆中使用构造元件并且产生负荷情况时，可以将大的负荷从臂传递到抗扭区域中。在将第九缠绕图案与例如第一缠绕图案、第二缠绕图案或第四缠绕图案组合的情况下，这是特别有利的。因此提高叠层的最大负荷吸收。例如，第九缠绕图案既可以在车桥拉杆中使用，也可以在三点连杆以及四点连杆中使用。
根据另一个实施方式，在第十缠绕图案中，所述线在所述抗扭区域上与所述臂中的一个臂的纵向轴线大体上平行地被引导。在此，线径向地围绕芯部的抗扭区域被引导。线的轨迹例如大体上平行于第一臂的纵向轴线而定向。此外，线相对于抗扭区域的纵向轴线具有例如大约+/-45°的取向。
借助于第十缠绕图案提高抗扭区域的抗剪刚度。因此产生的叠层主要参与抗扭区域的推力引导。例如，第十缠绕图案既可以在车桥拉杆中使用，也可以在三点连杆以及四点连杆中使用。
根据另一个实施方式，所述芯部被容纳在机器人臂上，其中所述芯部在以所述线缠绕期间由所述机器人臂引导。在此，机器人臂是可以三维运动的。例如，将线从缠绕轴上退卷，以及围绕芯部来卷绕线。优选地，线形成为丝束浸料。
根据另一个实施方式，所述芯部被容纳在几何轴线上，其中所述线由机器人臂引导，以便以所述线来缠绕所述芯部。优选地，轴线是可旋转地支承的。替代性地，在缠绕过程中对固定的缠绕轴进行一次或多次改变(重新夹持)。
一种构造元件，所述构造元件具有：至少两个臂，所述臂中的每个臂都具有轴套；以及抗扭区域，所述抗扭区域与所述至少两个臂连接。此外，构造元件具有芯部，围绕该芯部来缠绕线，其方式为使得产生由FKV制成的叠层。构造元件是根据已在上述说明中描述的方法生产的。叠层用于吸收负荷，芯部仅用于放置或缠绕线。
根据一个实施方式，所述构造元件是用于车辆的行驶机构的构造元件。构造元件例如可以是四点连杆、五点连杆、三点连杆或两点连杆。这些构造元件可以用于车辆的车轮悬架。车辆例如可以是PKW或NKW。
借助下面所阐述的附图来详细地描述本发明的各种实施例和细节。在附图中：
图1示出根据一个实施例的构造元件的示意图，
图2示出来自图1的、具有可见的缠绕图案的构造元件的示意图，
图3示出来自图1的、具有可见的第一缠绕图案的构造元件的示意图，
图4示出来自图1的、具有可见的第二缠绕图案的构造元件的示意图，
图5示出来自图1的、具有可见的第三缠绕图案的构造元件的示意图，
图6示出来自图1的、具有可见的第四缠绕图案的构造元件的示意图，
图7示出来自图1的、具有第一变体中的可见的第五缠绕图案的构造元件的示意图，
图8示出来自图1的、具有第二变体中的可见的第五缠绕图案的构造元件的示意图，
图9示出来自图1的、具有可见的第六缠绕图案的构造元件的示意图，
图10示出来自图1的、具有第一变体中的可见的第七缠绕图案的构造元件的示意图，
图11示出来自图1的、具有第二变体中的可见的第七缠绕图案的构造元件的示意图，
图12示出来自图1的、具有可见的第八缠绕图案的构造元件的示意图，
图13示出来自图1的、具有可见的第九缠绕图案的构造元件的示意图，
图14示出来自图1的、具有可见的第十缠绕图案的构造元件的示意图。
图1示出根据一个实施例的构造元件1的示意图。构造元件1成形为用于车辆的车轮悬架的四点连杆。在此展示的构造元件1是轻质结构构造元件，该轻质结构构造元件具有(在此不可见的)发泡的芯部。此外，构造元件1具有由FKV制成的线6，该线围绕这个芯部缠绕并且因此形成构造元件1的叠层。此外绘出了笛卡尔坐标系。
构造元件1具有四个臂2和抗扭区域4。所有四个臂2都与抗扭区域4相连接。每个臂2具有轴套3，该轴套用于容纳轴承或铰接件。构造元件1在每个臂2与抗扭区域4之间具有过渡区域7。这个过渡区域7形成每个臂2的近端。臂2的轴套3布置在臂的远端。
在此展示的构造元件1关于抗扭区域4的横向轴线Q对称地形成。此外，抗扭区域4具有垂直于横向轴线Q的纵向轴线L。纵向轴线L和横向轴线Q是几何轴线。
构造元件1被设计成使其仅藉由由线6形成的叠层来吸收经由轴套3导入构造元件1中的力和负荷。在此不可见的芯部不参与负荷吸收。构造元件1的叠层借助于线6形成，该线被放置在在此未展示的芯部上。这种放置以缠绕图案的形状进行，这些缠绕图案在以下的附图中详细展示。每个缠绕图案都与特定的目的相关联，以影响构造元件1的一个或多个机械特性。这同样在以下的附图中详细阐述。
图2示出来自图1的、具有两个可见的缠绕图案104、105的构造元件1的示意图。为了清楚起见，只有这两个缠绕图案104、105是以不同的变体展示的。图2示出两个变体中的第四缠绕图案104和四个变体中的第五缠绕图案105。此外，叠层在此并未展示为封闭的，因此可以看到芯部5。在四个视图中展示了构造元件1，其中在xy平面中展示了俯视图，在yx平面中展示了俯视图，在xz平面中展示了一个侧视图，并且在zx平面中展示了另一个侧视图。借助于箭头展示构件1围绕抗扭区域4的纵向轴线L的翻转。此外，绘出了构造元件1的四个臂2的纵向轴线A1、A2、A3、A4。此外，绘出了抗扭区域4的横向轴线。
在此展示的第四缠绕图案104中，线6与第一臂2的纵向轴线A1和第三臂2的纵向轴线A3大体上平行地、并且在相对于抗扭区域4的纵向轴线L倾斜的两条轨迹中被引导。此外，相对于抗扭区域4的纵向轴线L镜像地第二次实施第四缠绕图案104。在此，线6与第二臂2的纵向轴线A2大体上平行地、并且与第四臂2的纵向轴线A4大体上平行地、并且在相对于抗扭区域4的纵向轴线L倾斜的两条轨迹中被引导。第四缠绕图案104因此以线6反映W形状。
借助于第四缠绕图案104，在第一臂与第三臂2之间以及在第二臂与第四臂2之间产生负荷路径。此外，在第一臂和第三臂2与抗扭区域4之间产生连接。同样在第二臂和第四臂2与抗扭区域4之间产生连接。由此可以将力从臂2传递到抗扭区域4中。
在此，在图2中使用四次第五缠绕图案105。在此须区分两个变体。第五缠绕图案105的这两个变体各自相对于抗扭区域4的纵向轴线L镜像地放置。
在第五缠绕图案105的第一变体中，在第一臂2的一侧并且在第三臂2的一侧以靠近相应臂的远端的方式放置交叉缠绕。此外，线6在相对于抗扭区域4的纵向轴线L倾斜的两条轨迹中被引导。这些倾斜的轨迹用于将线6锚定在抗扭区域4上。在此，交叉缠绕位于构造元件1的外侧，这在xz平面中可以看到。
在第五缠绕图案105的第二变体中，在每个臂2上各自放置有两个交叉缠绕。在此，第一交叉缠绕是靠近相应的臂2的近端放置的，并且第二交叉缠绕是靠近相应的臂2的远端放置的。在此，一个交叉缠绕位于相应臂2的外侧，并且一个交叉缠绕位于相应臂2的内侧。在此，借助zx平面可以看到内侧。在此，进而以两条轨迹将线6再锚定在抗扭区域4上。在缠绕图案105的这个第二变体中，第一臂2和第三臂2各自具有两个交叉缠绕。
由于第五缠绕图案105相对于纵向轴线L镜像地再次放置，因此第二臂2和第四臂2也各自具有两个根据第二变体的交叉缠绕并且各自具有一个根据第五缠绕图案105的第一变体的交叉缠绕。借助于第五缠绕图案产生抗剪带。藉由这个抗剪带可以吸收构造元件1的臂2上的横向力。
为了更清楚，在以下附图中更精确地展示各个缠绕图案101、102、103、104、105、106、107、108、109、110。
图3示出来自图1的、具有可见的第一缠绕图案101的构造元件1的示意图。在xy平面和yx平面中展示了构造元件1。在此，线6与第一臂2的纵向轴线A1大体上平行地被引导。当然，线6还可以与第二臂2的纵向轴线A2或第三臂2的纵向轴线A3或第四臂2的纵向轴线A4大体上平行地被引导。因此线6是以I形状放置的。径向地围绕芯部5的第一臂2并且围绕芯部5的抗扭区域4来缠绕线6。线6的纤维层是单向的。缠绕图案101用于产生并且提高相应的臂2(即在此第一臂2)的强度和弯曲刚度。
图4示出来自图1的、具有可见的第二缠绕图案102的构造元件1的示意图。在这个第二缠绕图案102中，线6与第一臂2的纵向轴线A1大体上平行地、与第二臂2的纵向轴线A2大体上平行地、并且在相对于抗扭区域4的纵向轴线L倾斜的一条轨迹中被引导。该轨迹还是相对于抗扭区域4的横向轴线Q倾斜的。这个轨迹的取向为相对于抗扭区域4的纵向轴线L成大约45°。展示了xy平面和yx平面。
线6是径向地围绕第一臂2和第二臂2并且径向地围绕抗扭区域4被引导的。由此，相对于抗扭区域4的纵向轴线L和横向轴线Q倾斜地相反的两个臂2相互连接。此外，这些臂2与抗扭区域4连接。线6是以Z形状放置在芯部5上的。由此可以将力从臂2传递到抗扭区域4中。因此在两个臂2之间产生负荷路径。
当然还可以镜像地应用这个第二缠绕图案102。在此，第三臂2可以与第四臂2连接。此外，第三臂2和第四臂2与抗扭区域4连接。
图5示出来自图1的、具有可见的第三缠绕图案103的构造元件1的示意图。线6在抗扭区域4与四个臂2之间的过渡区域7上相对于抗扭区域4的纵向轴线L倾斜地被引导。线6是径向地围绕芯部5的这些过渡区域7中的每个过渡区域缠绕的。因此，线6是以菱形形状放置在芯部5上的。这是在xy平面中示出的。对于每个过渡区域7，线6是相对于抗扭区域4的纵向轴线L以大约45°的角度定向的。借助于第三缠绕图案103提高抗扭区域4的抗剪刚度。这主要在经缠绕的过渡区域7上出现。此外，可以将负荷从臂2传递到抗扭区域4中。
图6示出来自图1的、具有可见的第四缠绕图案104的构造元件1的示意图。在这个第四缠绕图案104中，线6与第二臂2的纵向轴线A4大体上平行地、并且与第四臂2的纵向轴线A2大体上平行地、并且在相对于抗扭区域4的纵向轴线L倾斜的两条轨迹中被引导。因此，线6径向地缠绕第四臂2的纵向轴线A4，并且径向地缠绕第二臂2的纵向轴线A2，并且径向地缠绕抗扭区域4。线6是以W形状放置在芯部5上的。这是在xy平面和yx平面中展示的。
当然，第四缠绕图案104还可以相对于抗扭区域4的纵向轴线L镜像地放置。因此，线6可能与第一臂2的纵向轴线A1大体上平行地、并且与第三臂2的纵向轴线A3大体上平行地、并且在相对于抗扭区域4的纵向轴线L倾斜的两条轨迹中被引导。已经在图2中展示了这个第四缠绕图案104。
图7示出来自图1的、具有第一变体中的可见的第五缠绕图案105的构造元件1的示意图。已经在图2示出了这个第一变体。线6在第一臂2和第三臂2上作为每个臂2的交叉缠绕、并且在相对于抗扭区域4的纵向轴线L倾斜的两条轨迹中被引导。相对于抗扭区域4的纵向轴线L倾斜地布置的这两条轨迹用于将线6再锚定在抗扭区域4上。交叉缠绕各自布置在构造元件1的外侧。这是在xz平面中可以看到的。第一臂2和第三臂2均具有交叉缠绕。当然，第五缠绕图案105还可以相对于抗扭区域4的纵向轴线L镜像地实施。在这种情况下，第四臂2和第二臂2可能各自具有交叉缠绕。
交叉缠绕是靠近相应的臂2的远端布置的。构造元件1的臂2各自具有交叉缠绕，这些交叉缠绕相对于抗扭区域4的横向轴线Q彼此对置。借助于第一变体中的第五缠绕图案105，产生抗剪带。藉由这个抗剪带可以吸收构造元件1的臂2上的横向力。
图8示出来自图1的、具有第二变体中的可见的第五缠绕图案105的构造元件1的示意图。同样在图2中已展示了这个第二变体。在此，线6在每个臂2的两个交叉缠绕中、并且在相对于抗扭区域4的纵向轴线L倾斜地布置的两条轨迹中被引导。第一臂2的第一交叉缠绕在此位于构造元件1的外侧，并且同一臂2的第二交叉缠绕在此位于构造元件1的内侧。这也适用于第三臂2。在此，外侧是在xz平面中展示的，而内侧是在zx平面中展示的。构造元件1外侧的交叉缠绕是靠近相应的臂2的近端布置的，并且然而构造元件1内侧的交叉缠绕是靠近相应的臂2的远端布置的。第一臂2和第三臂2各自具有两个交叉缠绕。
当然，第二变体中的第五缠绕图案105可以相对于抗扭区域4的纵向轴线L镜像地实施。在这种情况下，第四臂2可能具有两个交叉缠绕，并且第二臂2同样具有两个交叉缠绕。构造元件1的臂2各自具有交叉缠绕，这些交叉缠绕相对于抗扭区域4的横向轴线Q彼此对置。第二变体中的第五缠绕图案105同样如第一变体中的第五缠绕图案105(已在图7中展示)那样用于产生抗剪带。
图9示出来自图1的、具有可见的第六缠绕图案106的构造元件1的示意图。在此展示的是，线6四次借助于第六缠绕图案106放置在芯部5上。展示了构造元件1的xy平面。在这个第六缠绕图案106中，线6围绕轴套3引导成环形缠绕和交叉缠绕。因此轴套6可靠地被锚定在芯部5上。借助于这些环形缠绕和交叉缠绕，在轴套3与线6之间并且因此在轴套3与构造元件1的整个叠层之间产生力配合以及形状配合。借助于第六缠绕图案106可以实现，将横向力和侧向力导入构造元件1的叠层中。
图10示出来自图1的、具有第一变体中的可见的第七缠绕图案107的构造元件1的示意图。展示了构造元件1的xy平面。在第七缠绕图案107的这个第一变体中，线6以O形状围绕第一臂2的纵向轴线A1被引导成周向缠绕。当然，线6还可以围绕第二臂2的纵向轴线A2或围绕第三臂2的纵向轴线A3或围绕第四臂2的纵向轴线A4被引导成周向缠绕。当然，根据第一变体中的第七缠绕图案107，周向缠绕可以以O形状围绕每个臂2被引导。在此，线6大体上垂直于第一臂2的纵向轴线A1而定向。借助于第一变体中的第七缠绕图案107，使得叠层在臂2上紧凑。此外产生构造元件1的叠层的封闭的、平坦的表面。
图11示出来自图1的、具有第二变体中的可见的第七缠绕图案107的构造元件1的示意图。展示了构造元件1的xy平面。在第七缠绕图案107的这个第二变体中，线6围绕抗扭区域4缠绕成周向缠绕。在此，线6大体上垂直于抗扭区域4的纵向轴线L。借助于第二变体中的第七缠绕图案107，使得构造元件1的叠层在抗扭区域4的范围中紧凑。此外，因此产生封闭并且平坦的表面。
图12示出来自图1的、具有可见的第八缠绕图案108的构造元件1的示意图。展示了构造元件1的xy平面。在此，线6在相对于抗扭区域4的纵向轴线L倾斜的并且相对于抗扭区域4的横向轴线Q倾斜的四条轨迹中被引导。线径向地围绕芯部5的抗扭区域4进行缠绕。在此，线6的各自两条轨迹是相互平行地布置的。因此，线6以平行四边形形状放置在芯部5上。在此，线6具有相对于抗扭区域4的纵向轴线L成大约35°的取向。借助于第八缠绕图案108可以有针对性地设定抗扭区域4的抗剪刚度。此外可以实现从臂2到抗扭区域4中的负荷传递。
图13示出来自图1的、具有可见的第九缠绕图案109的构造元件1的示意图。展示了构造元件1的xy平面。在此，线6是以如下方式放置的，即，使得该线是与第一臂2的纵向轴线A1大体上平行的，并且是与第三臂2的纵向轴线A3大体上平行的。线6径向地围绕芯部5的抗扭区域4被引导。这进而形成周向缠绕。线6例如具有相对于抗扭区域4的纵向轴线L成大约60°的角度。当然，第九缠绕图案109还可以相对于抗扭区域4的纵向轴线L镜像地实施。在这种情况下，线6可能是与第四臂2的纵向轴线A4大体上平行地、并且与第二臂2的纵向轴线A2大体上平行地布置的。借助于第九缠绕图案109提高抗扭区域4的抗剪刚度。
图14示出来自图1的、具有可见的第十缠绕图案110的构造元件1的示意图。展示了构造元件1的xy平面。在这个第十缠绕图案110中，线6在抗扭区域4上与第三臂2的纵向轴线A3大体上平行地被引导。当然，第十缠绕图案110还可以相对于抗扭区域4的纵向轴线L镜像地实施。此外，第十缠绕图案110还可以相对于抗扭区域4的横向轴线Q镜像地实施。借助于第十缠绕图案110提高抗扭区域4的抗剪刚度。
附图标记清单
1 构造元件
2 臂
3 轴套
4 抗扭区域
5 芯部
6 线
7 过渡区域
101 第一缠绕图案
102 第二缠绕图案
103 第三缠绕图案
104 第四缠绕图案
105 第五缠绕图案
106 第六缠绕图案
107 第七缠绕图案
108 第八缠绕图案
109 第九缠绕图案
110 第十缠绕图案
A1 第一臂的纵向轴线
A2 第二臂的纵向轴线
A3 第三臂的纵向轴线
A4 第四臂的纵向轴线
L 抗扭区域的纵向轴线
Q 抗扭区域的横向轴线

Claims (15)

1.一种用于借助于3D缠绕方法来生产构造元件(1)的方法，其中所述构造元件(1)具有至少两个臂(2)和抗扭区域(4)，所述臂中的每个臂都具有轴套(3)，所述抗扭区域与所述至少两个臂(2)连接，其特征在于，
-以由多个不同的缠绕图案(101，102，103，104，105，106，107，108，109，110)组合的方式在芯部(5)上放置由纤维塑料复合材料制成的线(6)或多条平行线，
-每条线(6)都是经预浸渍的，
-每个缠绕图案(101，102，103，104，105，106，107，108，109，110)都影响所述构造元件(1)的至少一个机械特性，并且
-借助于各个所述缠绕图案(101，102，103，104，105，106，107，108，109，110)的次序、重复、混合方式和材料选择，有针对性地设定所述构造元件(1)的机械特性。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在第一缠绕图案(101)中，所述线(6)与所述臂(2)的纵向轴线(A1，A2，A3，A4)大体上平行地被引导。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在第二缠绕图案(102)中，所述线(6)与所述臂(2)中的第一臂的纵向轴线(A1)大体上平行地、与所述臂(2)中的第二臂的纵向轴线(A2)大体上平行地、并且在相对于所述抗扭区域(4)的纵向轴线(L)倾斜的一条轨迹中被引导，其中这两个臂(2)相对于所述抗扭区域(4)的纵向轴线(L)彼此相反。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在第三缠绕图案(103)中，所述线(6)在所述抗扭区域(4)向所述臂(2)的过渡区域(7)上相对于所述抗扭区域(4)的纵向轴线(L)倾斜地被引导。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在第四缠绕图案(104) 中，所述线(6)与所述臂(2)中的第一臂的纵向轴线(A1)大体上平行地、与所述臂(2)中的第三臂的纵向轴线(A3)大体上平行地、并且在相对于所述抗扭区域(4)的纵向轴线(L)倾斜的两条轨迹中被引导，其中这两个臂(2)相对于所述抗扭区域(4)的横向轴线(Q)彼此对置。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在第五缠绕图案(105)中，所述线(6)相对于所述抗扭区域(4)的横向轴线(Q)彼此对置的两个臂(2)上、以每个臂(2)成至少一个交叉缠绕的方式并且在相对于所述抗扭区域(4)的纵向轴线(L)倾斜的两条轨迹中被引导。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在第六缠绕图案中，所述线(6)围绕每个轴套(3)引导成环形缠绕和交叉缠绕，由此将这些环形缠绕和交叉缠绕锚定在所述芯部(5)上。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在第七缠绕图案(107)中，所述线(6)围绕所述臂(2)中的至少一个臂和/或围绕所述抗扭区域(4)引导成周向缠绕。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在第八缠绕图案(108)中，所述线(6)在所述抗扭区域(4)上在相对于所述抗扭区域(4)的纵向轴线(L)倾斜的并且相对于所述抗扭区域(4)的横向轴线(Q)倾斜的四条轨迹中被引导。
10.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在第九缠绕图案(109)中，所述线(6)在所述抗扭区域(4)上与所述臂(2)中的至少两个臂的纵向轴线(A1，A2，A3，A4)大体上平行地被引导。
11.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在第十缠绕图案(110)中，所述线(6)在所述抗扭区域(4)上与所述臂(2)中的一个臂的纵向轴线(A1，A2，A3，A4)大体上平行地被引导。
12.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述芯部(5)被容纳在机器人臂上，其中所述芯部(5)在以所述线(6)缠绕期间由所述机器人臂引导。
13.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述芯部(5)被容纳在轴线上，其中所述线(6)由机器人臂引导，以便以所述线(6)来缠绕所述芯部(5)。
14.一种构造元件(1)，所述构造元件具有：至少两个臂(2)，所述臂中的每个臂都具有轴套(3)；以及抗扭区域(4)，所述抗扭区域与所述至少两个臂(2)连接，其特征在于，所述构造元件(1)是根据权利要求1至13之一所述的方法生产的。
15.根据权利要求14所述的构造元件(1)，其中所述构造元件(1)是用于车辆的行驶机构的构造元件(1)。
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