CN113840743A - 用于车辆的底盘的多点导杆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于车辆的底盘的多点导杆(1)，多点导杆包括由泡沫材料制成的芯元件(5)和围绕芯元件(5)缠绕的、由成束的连续纤维制成的至少一条粗纱(10)，其中以至少一个层缠绕芯元件(5)的至少一条粗纱(10)形成多点导杆(1)的外层，其中向芯元件(5)的表面中引入用于引导有待通过缠绕放置的至少一条粗纱(10)的凹部(26)。

Description

用于车辆的底盘的多点导杆
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于车辆的底盘的多点导杆。此外，本发明涉及一种根据权利要求15的前序部分所述的用于制造用于车辆的底盘的多点导杆的方法。
多点导杆、例如四点导杆尤其用在商用车辆中，以便在车辆框架中弹性地引导刚性轴。实施为四点导杆的多点导杆在此承担对刚性轴进行横向引导和纵向引导的功能。此外，这种多点导杆满足稳定器的功能，并且因此在车身的(例如在弯道行驶期间发生的)侧倾运动的情况下承受额外的侧倾负荷。
实施为三点导杆的多点导杆在商用机动车辆领域中用于牵引车中，以便将轴连接至结构框架。三点导杆对轴的横向引导和纵向引导有相当大的贡献。三点导杆在上导杆平面上引导轴，并且在商用车辆的行驶运行期间承受高的纵向负荷和横向负荷。
开篇所述类型的多点导杆是从DE 10 2016 209 041A1已知的。多点导杆包括由泡沫材料制成的芯元件和围绕芯元件缠绕的至少一条粗纱(纤维束)。以至少一个层缠绕芯元件的至少一条粗纱形成多点导杆的外层。芯元件主要被设置成用于形成多点导杆的内部形状。在此，芯元件本身不是被设置成用于吸收或者仅受限地吸收负荷，而是主要被设置成用于放置粗纱或者用粗纱进行缠绕。通过车轴或者车轮支架在负荷导入区域中导入到多点导杆中的负荷和力主要由多点导杆的由至少一条粗纱形成的外层吸收。在缠绕过程中由至少一条粗纱缠绕的芯元件预先给定多点导杆的相应的构件轮廓。在此，芯元件必须吸收在拉伸张力下保持的至少一条粗纱在缠绕过程期间尤其在开始时施加到芯元件上的力。在此，芯元件仅允许非常小地变形，因为芯元件是成形的并且必须以较小的容差设定多点导杆的重要的几何尺寸(运动学点)。在此，在缠绕过程期间放置该至少一条粗纱基本上在测地线上进行，以便防止粗纱滑落。测地线表示曲面上两点之间的最短连线。在这条线上，可以在不借助附着效应的情况下将粗纱放置在芯元件上。
由于多点导杆的构件结构，放置粗纱的可能性由于打滑或者可能从芯元件的表面上抬起的危险而受到限制。此外，沿着测地线铺设粗纱导致材料耗费增加。多点导杆的主负荷路径不是直接被连续的测地线覆盖，而是只能通过沿着多条测地线绕行、通过放置粗纱来描绘。
从上述现有技术出发，现在本发明的目的是，改进一种开篇所述类型的用于车辆、尤其是乘用机动车辆或商用机动车辆的底盘的多点导杆，该多点导杆可以实现将粗纱更灵活地放置在芯元件上以形成多点导杆的吸收负荷的外层。
从装置技术的角度出发，这个目的基于权利要求1的前序部分结合其特征部分的特征来实现。从方法技术角度出发，该目的基于并列的权利要求15的前序部分结合其特征部分的特征来实现。独立权利要求1之后的从属权利要求分别给出了本发明的有利的改进方案。
根据权利要求1，提出一种用于车辆的底盘的多点导杆，其中多点导杆由泡沫材料制成的芯元件和围绕芯元件缠绕的、由成束的连续纤维制成的至少一条粗纱构成。以至少一个层缠绕芯元件的至少一条粗纱形成多点导杆的用于吸收负荷的外层。根据本发明，向所述芯元件的表面中引入用于引导有待通过缠绕放置的所述至少一条粗纱的凹部。向芯元件的表面中引入凹部能够实现，在用至少一条粗纱进行缠绕时形成与测地线无关的缠绕图案。在使用用树脂预浸渍的粗纱(TowPreg)的情况下，可以实现显著提高该至少一条粗纱的放置多样性。尤其，芯元件的几何结构、例如芯元件的球状区段可以通过引入至少一个具有强烈弯曲的走向的凹部被缠绕，而无需绕行过多条测地线。因此，可以实现更紧密的负荷路径和更高效的负荷转移。通过引入凹部，可以有针对性地放置该至少一条粗纱，以支持多点导杆中的局部上多轴张力状态的负荷转移。此外，可以在该至少一条粗纱的放置过程中形成拐点，其中避免了弯折部位。尤其可以避免通过缠绕形成的层中的材料积累点。通过表面上的可预先给定的缠绕结构，可以实现对随后通过用该至少一条粗纱进行缠绕而放置的层的有针对性的增强。
优选地，凹部可以是在制造芯元件时形成的。这有利于大批量生产用于多点导杆的芯元件，这尤其在根据本发明的多点导杆被用于乘用机动车辆领域中的情况下是重要的。
替代地，凹部可以是在制造芯元件之后通过切削表面加工形成的。
尤其凹部可以具有弧形的截面和/或多边形的截面。为此形成的、对凹部的轮廓进行界定的侧壁部能够引起对在张力下放置在凹部的跟随限定的轮廓的延伸区段中的粗纱的侧向引导。在凹部的走向内的不同截面形状的组合例如可以在拐点或强烈弯曲的掉转区域中是有意义的，其方式是：凹部在那里具有多边形的截面，而凹部在拐点或强烈弯曲的掉转区域之前和之后具有基本上弧形的截面。
为了改善在通过机器人进行缠绕时对该至少一条粗纱在芯元件的表面中的凹部中的放置，侧向界定凹部的壁部可以具有底切部。由此可以在缠绕期间更好地抓住在张力下被保持的粗纱，即可以应对粗纱从凹部不期望地滑出。
优选地，凹部可以以跟随框架状结构的方式布置在芯元件的表面上。在此，该至少一个放置在芯元件表面上的粗纱可以用作形成为层的承载结构的框架状的插入件和加强件。通过以与自由的测地线无关的方式将该至少一条粗纱放置在凹部中，例如对于特定的、尤其是局部的负荷情况来说可以实现对结构的非常自由且有针对性的增强。通过框架状结构可以实现对轻质卷芯的有针对性的增强，该框架状结构用于在变形较小的同时吸收较高的缠绕力。由此实现芯元件的轮廓的形状稳定。
有利的是，凹部可以被布置成跟随多点导杆的主负荷路径。因此，例如可以将该至少一条粗纱由此沿着主负荷路径放置在四点导杆的芯元件上，该主负荷路径在对角上相反的承载臂之间延伸。
优选地，凹部可以以与自由的测地轨迹完全无关的方式布置在芯元件的表面上。
尤其，凹部可以具有直的和/或弯曲的延伸区段。因此，凹部的延伸区段可以灵活地与期望的、有待实现的缠绕结构进行适配。在没有凹部的情况下，测地线可能决定了有待放置的粗纱在缠绕时的走向。
此外，多个凹部可以被布置成平行地、并排地延伸。可以有意义的是，粗纱在更宽的区域上扇形展开，以便提供用于后续缠绕的面状的放置结构。尤其通过凹部的并排的平行布置，可以在芯元件的表面上提供波状结构。
此外，凹部可以彼此交错地布置在芯元件的表面上。这对于在表面上通过所放置的粗纱形成框架状结构是有利的。
在此，彼此交错的凹部可以具有不同的深度。凹部的深度被限定为芯元件的表面与凹部的最低点之间的距离。在芯元件的表面上的一些区域中，可能出现粗纱从不同方向交错，尤其是在用于加强芯元件的承载能力的框架状结构的节点处。于是有利的是，交错的凹部具有不同的深度，因为由此可以应对由于粗纱的叠置缠绕而产生过度的材料积累。
优选地，可以实施有设置在所述芯元件上的、部分地伸出超过所述芯元件的表面的结构元件，所述结构元件具有基本上垂直于所述芯元件的表面延伸的至少一个凹部。由此可以借助机器人提供局部的缠绕结构(例如环形的缠绕结构)，这些缠绕结构对于在多点导杆上的凹部或局部的负荷导入点是必要的。
根据一种优选的改进方案，所述芯元件可以实施为空心体，所述空心体由至少两个壳元件构成。作为至少两件式的空心体的芯元件的实施方案具有比作为芯元件的实心的全芯质量更小的优点。优选地，该至少两个壳元件可以具有位于内部的支撑结构。借助位于内部的支撑结构可以附加地加固多件式的芯元件。
在此，通过设置位于内部的支撑结构，芯元件可以被实施成壁更薄的，由此可以实现进一步的质量减小。位于内部的支撑结构可以被设计成点状或线状的间隔元件或肋。间隔元件或肋优选基本上垂直于相应的壳元件的内表面延伸。因此，间隔元件或肋可以被布置成在壳元件的与芯元件接合的位置彼此对置。
此外有利的是，该至少两个壳元件通过支撑结构形状配合地和/或力配合地相连接。为此，支撑结构可以以互补的连接元件的形式实施，这些连接元件在将该至少两个壳元件接合在一起的情况下至少形状配合地嵌接到彼此之中。附加地，互补的连接元件可以实施有底切部。在此，底切部可以蘑菇形地实施或实施为止挡部。由此可以在该至少两个壳元件之间实现一种卡合连接。由此，当用于制造的泡沫材料允许从模具中无破坏地强制脱模时，能够实现制造在连接元件上具有底切部的壳元件。
此外，位于内部的支撑结构可以被设计为部分地在相应的壳元件的面状的平面上延伸的材料积累部。为此，材料积累部的位置和布置例如可以至少部分地通过该至少一条粗纱的缠绕路径预先给定。在负荷路径(沿着该负荷路径由多点导杆吸收并传递负荷)上的材料积累部的走向的至少部分的取向同样是有利的。当然，设置材料积累部可以与由点状或线状的间隔元件或肋构成的支撑结构相互组合。
此外，开篇提出的目的通过具有根据权利要求15所述特征的用于制造多点导杆的方法来实现。
根据权利要求15，提出一种用于制造根据权利要求1至14中任一项所述的用于车辆的底盘的多点导杆的方法，该方法的特征在于以下方法步骤：
-制造由泡沫材料制成的芯元件，
-向所述芯元件的表面中引入凹部，其中在制造所述芯元件期间或者之后引入所述凹部，以及
-用由成束的连续纤维制成的至少一条粗纱来缠绕所述芯元件，将所述至少一条粗纱放置在所述凹部中。
向芯元件的表面中引入不与测地线结合的凹部具有的优点是，可以通过至少一条粗纱产生几乎任意的缠绕结构。通过引入凹部，可以有针对性地放置该至少一条粗纱，以支持多点导杆中的局部上多轴张力状态的负荷转移。此外，可以在该至少一条粗纱的放置过程中形成拐点，其中避免了弯折部位。尤其可以避免通过缠绕形成的层中的材料积累点。
本发明的在下文阐述的有利实施方式在附图中展示。在附图中：
图1a至图1c示出了用于车辆的底盘的多点导杆的示意性视图；
图2示意性地示出了实施为四点导杆的多点导杆的俯视图；
图3示意性地示出了根据图2的多点导杆的芯元件的立体式局部视图；
图4示意性地示出了根据图3的具有透明地展示的壳元件的芯元件；
图5示意性地示出了具有外侧的支撑结构的芯元件的立体式局部视图；
图6示出了用于将实施为至少一条单独的粗纱的支撑结构放置在芯元件的外侧的凹部的示意性图示；
图7示出了根据另一实施方式的凹部的示意性图示；
图8示出了彼此平行地延伸的多个凹部的示意性图示；
图9示出了交错的凹部的示意性图示；
图10示出了局部地、部分地伸出超过芯元件的表面的结构元件的示意性图示；以及
图11示出了结构元件沿根据图10的线A-A的剖视图。
图1a至图1c展示了用于车辆的(未展示的)底盘的各种多点导杆1的示意性视图。因此，图1a示出了实施为三点导杆的多点导杆1。多点导杆1包括本体2，该本体具有多个力导入区域4，这些力导入区域通过连接结构3彼此相连接。本体2基本上决定了多点导杆1的基本形状。图1b和图1c中示例性地展示了实施为四点导杆和实施为五点导杆的多点导杆1。多点导杆1可以连接底盘中和/或车轮悬架中的运动学上的点并且传递运动和/或力。在此，多点导杆1与底盘的其他部件的连接可以借助布置在力导入区域4中的铰接件来实现。
图2中的图示示意性地示出了实施为四点导杆的多点导杆1的俯视图。根据本发明的多点导杆1包括由泡沫材料制成的芯元件5和围绕芯元件5缠绕的、由纤维复合塑料材料制成的至少一条粗纱10，其中以至少一个层缠绕芯元件5的该至少一条粗纱10形成多点导杆1的外层。芯元件5具有扭力元件6以及与扭力元件6一件式相连的四个承载臂7。在承载臂7的远端上布置有用于容纳负荷导入元件的区段8。为此，在相应的区段8上布置有衬套9，该衬套用于容纳相应的(未展示的)实施为铰接轴承或弹性体轴承的负荷导入元件。实施为四点导杆的多点导杆1例如在商用车辆中用作底盘连接并且在此承担三角导杆和稳定器的任务。因此，实施为四点导杆的多点导杆1承担对刚性轴进行横向引导和纵向引导以及进行侧倾稳定的任务。
图3中示意性地展示了仅根据图2的芯元件5的立体式局部视图。根据本发明，芯元件5实施为空心体，该空心体由至少两个壳元件11、12构成，这些壳元件被接合在一起。在所示出的实施例中，下壳元件11和上壳元件12被设计为半壳。该至少两个壳元件11、12优选对称地实施。实施为半壳的壳元件11、12具有基本上U形的型材截面。接合成芯元件5的壳元件11、12具有基本上相互垂直的壁部13、14。壁部13、14界定相应的壳元件11、12的外轮廓。在壁部13、14上的端面形成横向于壁部13、14延伸的贴靠面15、16，壳元件11、12在接合之后彼此叠置在这些贴靠面上。为了不可松开的连接，可以在接合之前向一个或两个贴靠面15、16上施加粘合剂，由此实现该至少两个壳元件11、12的材料配合的连接。此外，材料配合的连接能够实现将芯元件5实施成流体密封的。在芯元件5的表面上布置有凹部26，如在图3中仅示例性地且示意性地指明的那样。凹部26用于放置并引导该至少一条粗纱10。尤其，可以在凹部26中放置多条单独的粗纱22、23、24、25，如在图5中展示的那样。单独的粗纱22、23、24、25可以形成支撑结构21，通过缠绕将该至少一条粗纱10放置在支撑结构上。
图4示意性地示出了根据图3的具有透明地展示的上壳元件12的芯元件5。通过上壳元件12的透明图示，在这两个壳元件11、12的内部可以看到彼此对置地布置的、尤其互补地实施的连接元件17、18。在此，下壳元件11的连接元件17可以实施为圆柱形的销，并且上壳元件12的连接元件18可以实施为空心圆柱形的区段，实施为圆柱形的销的连接元件17可以被引入空心圆柱形的区段中。借助互补地实施的连接元件17、18，该至少两个壳元件11、12能够形状配合地和/或力配合地彼此相连接。此外，通过连接元件17、18可以在接合时针对该至少两个壳元件11、12的定位对其进行固定。
此外，连接元件17、18用作芯元件5内部的支撑结构19。由此，芯元件5被加固，这尤其在缠绕过程开始时提高芯元件5的负荷能力。
在相应的壳元件11、12的内部的支撑结构19可以替代地实施为肋或者实施为点状和/或线状的间隔元件。在壳元件11、12相接合的状态下，肋或点状和/或线状的间隔元件彼此叠置，从而使得在用该至少一条粗纱10缠绕芯元件5时所吸收的、由粗纱10的纱线张力产生的压力不会导致芯元件5发生不期望的变形。
该实施方式附加地具有支撑结构19，该支撑结构被设计为部分地在相应的壳元件11、12的位于内部的面状的平面上延伸的、尤其结构化的材料积累部20。在壳元件11、12的相应的内侧上的材料积累部20的走向可以优选地对应于框架状的结构，如在图4中所指明的那样。
图5中示意性地展示了具有外侧的支撑结构21的芯元件5的立体式局部视图。外侧的支撑结构21由围绕芯元件5缠绕的至少一条单独的粗纱22、23、24、25构成。优选地，设置有多条单独的粗纱22、23、24、25，以便将组装成芯元件5的该至少两个壳元件11、12进行接合并且使其彼此相连接。由此可以省去贴靠面15、16上的底切部或者省去对该至少两个壳元件11、12的相互粘接。此外，通过单独的粗纱22、23、24、25实现芯元件5的附加的稳定化，由此这能够在随后的缠绕过程期间吸收更高的负荷。
在此提出，在表面中在该至少两个壳元件11、12的外侧上布置凹部26，如在图3中已经示意性地指明的那样。可以在壳元件11、12的制造过程期间已经向这些壳元件中引入尤其通道形的凹部26。替代地，可以通过对壳元件11、12的表面或已经接合的芯元件5的表面进行后续加工来引入凹部26。
在此，对凹部26的布置优选与测地轨迹无关地进行，由此能够自由地限定缠绕结构。因此，单独的粗纱22、23、24、25可以被自由地放置在壳元件11、12的表面上，以便有针对性地产生支撑结构21的走向，该走向可以至少部分地实现与芯元件5的外部形状无关地放置单独的粗纱22、23、24、25。为此示例性地指出单独的粗纱24和25的走向。放置粗纱24和25用于将粗纱22固定并张紧在为此设置的凹部26中，这些粗纱在周向方向上沿着狭窄的、垂直延伸的壁部14包围芯元件5。单独的粗纱22、23、24、25同样可以借助机器人制造并且优选构成框架状结构。
在另一方面中，将单独的粗纱22、23、24、25连接至围绕芯元件5缠绕成外层的粗纱10，利用单独的粗纱将该至少两个壳元件11、12捆绑并且接合。由此实现对芯元件5的承载结构的加强。在此，在芯元件的表面上的单独的粗纱22、23、24、25用作承载结构的框架状插入件和加强件。因为单独的粗纱22、23、24、25不必放置在自由的测地轨迹上、而是位于凹部26中，所以例如针对特定的负荷情况可以非常自由且有针对性地加强承载结构。
图6示出了用于将实施为至少一条单独的粗纱23的支撑结构21放置在芯元件5的外侧上的凹部26的示意性图示、以及具有放置在其中的粗纱23的凹部26。实施为引导通道的凹部26实施有弧形的截面，在该截面上放置单独的粗纱23或粗纱10。为了实现对单独的粗纱22、23、24、25在相应的凹部26中的引导和保持的改进，根据图7中的改进方案凹部26可以在界定凹部26的壁区段27处具有底切部28。由此尤其实现对放置在凹部26中的单独的粗纱22、23、24、25的更好的侧向固定。布置在表面上的凹部26可以具有不同的截面形状。因此，凹部26可以至少部分地实施有多边形的截面。
图8中的图示示意性地示出了芯元件5的表面中的彼此平行地延伸的多个凹部26。通过这种布置，该至少一条粗纱10能够在宽的区域上面状地扇形展开。
图9中示出了交错的凹部26的示意性图示。在此，彼此交错的凹部26具有不同的深度。凹部26的深度被限定为芯元件5的表面与凹部26的最低点之间的距离。在芯元件5的表面上的一些区域中，可能出现粗纱10、22、23、24、25从不同方向重叠交错，尤其是在用于加强芯元件5的承载能力的框架状结构的节点处。于是有利的是，交错的凹部26具有不同的深度，因为由此可以应对由于粗纱10、22、23、24、25的叠置缠绕而产生过度的材料积累(由于在各个平面上进行放置)。
图10示出了局部地、部分地伸出超过芯元件5的表面的结构元件29的示意性图示。部分地伸出超过表面的结构元件29实施有至少一个基本上垂直于表面延伸的凹部26。借助于结构元件29可以形成用至少一条粗纱10进行缠绕时的拐点。被布置成与芯元件5的表面垂直地延伸的凹部26可以被应用来借助于机器人产生局部的缠绕结构(例如环形的缠绕结构)，如其尤其针对凹部或局部的负荷导入点所需的那样。
图11中展示了结构元件29沿着根据图10的线A-A的剖视图。粗纱10能够至少部分地围绕结构元件29缠绕(例如作为局部的拐点，或者完全地并且多次缠绕)以形成局部的缠绕结构。
附图标记清单
1 多点导杆
2 本体
3 连接结构
4 力导入区域
5 芯元件
6 扭力元件
7 承载臂
8 区段
9 衬套
10 粗纱
11 壳元件
12 壳元件
13 壁部
14 壁部
15 贴靠面
16 贴靠面
17 连接元件
18 连接元件
19 支撑结构
20 材料积累部
21 支撑结构
22 粗纱
23 粗纱
24 粗纱
25 粗纱
26 引导通道
27 壁区段
28 底切部
29 结构元件

Claims (15)

1.一种用于车辆的底盘的多点导杆(1)，所述多点导杆包括由泡沫材料制成的芯元件(5)和围绕芯元件(5)缠绕的、由成束的连续纤维制成的至少一条粗纱(10)，其中以至少一个层缠绕所述芯元件(5)的所述至少一条粗纱(10)形成所述多点导杆(1)的外层，其特征在于，向所述芯元件(5)的表面中引入用于引导有待通过缠绕放置的所述至少一条粗纱(10)的凹部(26)。
2.根据权利要求1所述的多点导杆(1)，其特征在于，所述凹部(26)是在制造所述芯元件(5)时形成的。
3.根据权利要求1所述的多点导杆(1)，其特征在于，所述凹部(26)是在制造所述芯元件(5)之后通过切削表面加工形成的。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的多点导杆(1)，其特征在于，所述凹部(26)具有弧形的截面和/或多边形的截面。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的多点导杆(1)，其特征在于，所述凹部(26)具有侧向界定的壁部(27)和底切部(28)。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的多点导杆(1)，其特征在于，所述凹部(26)以跟随框架状结构的方式布置在所述芯元件(5)的表面上。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的多点导杆(1)，其特征在于，所述凹部(26)被布置成跟随所述多点导杆(1)的主负荷路径。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的多点导杆(1)，其特征在于，所述凹部(26)以与自由的测地轨迹无关的方式布置在所述芯元件(5)的表面上。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的多点导杆(1)，其特征在于，所述凹部(26)具有直的和/或弯曲的延伸区段。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的多点导杆(1)，其特征在于，多个凹部(26)被布置成平行地、并排延伸。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的多点导杆(1)，其特征在于，凹部(26)彼此交错地布置在所述芯元件(5)的表面上。
12.根据权利要求11所述的多点导杆(1)，其特征在于，彼此交错的凹部(26)具有不同的深度。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的多点导杆(1)，其特征在于，实施有设置在所述芯元件(5)上的、部分地伸出超过所述芯元件的表面的结构元件(29)，所述结构元件具有基本上垂直于所述芯元件(5)的表面延伸的至少一个凹部(26)。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的多点导杆(1)，其特征在于，所述芯元件(1)实施为空心体，所述空心体由至少两个壳元件(11，12)构成。
15.一种用于制造根据权利要求1至14中任一项所述的多点导杆(1)的方法，其特征在于以下方法步骤：
-制造由泡沫材料制成的芯元件(5)，
-向所述芯元件(5)的表面中引入凹部(26)，其中在制造所述芯元件(5)期间或者之后引入所述凹部(26)，以及
-用由成束的连续纤维制成的至少一条粗纱(10)来缠绕所述芯元件(5)，将所述至少一条粗纱放置在所述凹部(26)中。
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