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Die
Erfindung betrifft einen Fahrzeug-Radträger, insbesondere einen Achsschenkel
oder ein Schwenklager, der oder das im wesentlichen aus einem Faserverbundwerkstoff
besteht und mehrere Lasteinleitungselemente aufweist. Ferner betrifft
die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Fahrzeug-Radträgers, insbesondere
eines Achsschenkels oder Schwenklagers, der oder das im wesentlichen
aus einem Faserverbundwerkstoff besteht.
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Ein
Achsschenkel oder sog. Schwenklager bildet im Automobilbau ein zentrales
Bauteil der Radaufhängung.
An diesem sind bekanntlich Radführungselemente
wie Spurstange, Querlenker, Federbein sowie ein Radlager befestigt.
Durch eine gelenkige Lagerung des Schwenklagers wird im Allgemeinen
auch die zum Lenken erforderliche Winkelverstellung des Fahrzeug-Rades
realisiert.
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Die
Forschung und Entwicklung in der Automobilindustrie ist wesentlich
vom Streben nach Massereduktion geprägt, um das Leistungsgewicht
sowie den Fahrkomfort der Fahrzeuge zu verbessern. Diesbezüglich bieten
faserverstärkte
Verbundwerkstoffe (insbesondere mit sog. Endlos-Fasern) als Konstruktionsmaterialien
ein enormes und noch nicht ausgeschöpftes Leichtbaupotenzial. Der
Einsatz dieser Materialien gelingt derzeit besonders gut im Bereich der
Karosseriebeplankung, wie etwa in Dachstrukturen und Türstrukturen
aus Faserverbundwerkstoffen. Im Bereich von strukturell oder durch
Medien oder thermisch hoch belasteten Fahrzeugbaugruppen werden
faserverstärkte
Verbundwerkstoffe hingegen bisher kaum eingesetzt.
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Bei
einem Achsschenkel/Schwenklager handelt es sich um ein mechanisch
hoch belastetes Bauteil, weshalb diese derzeit üblicherweise in Metallbauweise
ausgeführt
sind. Als gängige
Herstellverfahren kommen das Gesenkschmieden, Gießen aber auch
spanende Bearbeitung und als Werkstoff vorwiegend Stahl- oder Aluminiumlegierungen
zum Einsatz. Diese bekannten metallischen Schwenklager-Konstruktionen
sind zwar wirtschaftlich herstellbar, besitzen jedoch eine relativ
große
Masse. Aufgrund seiner Funktion stellt das Schwenklager aber eine
sog. ungefederte Masse am Fahrzeug dar, so dass eine Herabsetzung
der Masse erstrebenswert wäre.
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Da
insbesondere Schwenklager oder Achsschenkel, allgemein auch die
sog. Radträger
aus faserverstärkten
Verbundwerkstoffen mit gegenüber dem
Stand der Technik reduzierter Masse ein großes Potenzial im Automobilbau
besitzen, soll hiermit ein aus einem Faserverbundwerkstoff bestehender
Radträger,
insbesondere Schwenklager oder Achsschenkel, aufgezeigt werden,
der den hohen mechanischen Anforderungen genügt und günstig herstellbar ist, wobei
weiterhin ein günstiges
Herstellverfahren für
einen aus einem Faserverbundwerkstoff bestehenden Radträger, insbesondere
Schwenklager oder Achsschenkel, aufgezeigt werden soll (= Aufgabe
der vorliegenden Erfindung).
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Die
Lösung
dieser Aufgabe ist für
ein Herstell-Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch
gekennzeichnet, dass eine Grundstruktur des Radträgers aus
einem flächigen
aus Fasermaterial gebildeten Textil mittels einer Matrix-Komponente verfestigt
wird. Für
einen Fahrzeug-Radträger,
insbesondere Achsschenkel oder Schwenklager, der oder das im wesentlichen
aus einem Faserverbundwerkstoff besteht und mehrere Lasteinleitungselemente aufweist,
besteht die Lösung
darin, dass ein eine Grundstruktur des Radträgers bildendes flächiges Textil
einen Kraftfluss zwischen den Lasteinleitungselementen ermöglicht.
Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der jeweiligen
Unteransprüche.
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Grundsätzlich wird
die Verwendung eines vorgefertigten, flächigen Textils aus Fasermaterial, insbesondere
mit Endlosfasern, vorgeschlagen, um hieraus eine sog. Grundstruktur
des Radträgers
bzw. Schwenklagers/Achsschenkels zu bilden. Dabei kann das flächige Textil
seinerseits aus mehreren textilen Einzellagen aufgebaut sein, insbesondere wenn
dies für
eine kraftflussgerechte Gestaltung vorteilhaft ist. Eine kraftflussgerechte
Gestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass zwischen den einzelnen sog.
Lasteinleitungselementen des Radträgers ein günstiger Kraftfluss durch das
Textil möglich
ist, insbesondere derart, dass dieser Kraftfluss frei von Unterbrechungen
ist. Ferner kann zur Erzielung einer kraftflussgerechten Gestaltung
die Orientierung der Fasern bzw. deren Verlauf oder Längserstreckung
in den verschiedenen Einzellagen durchaus unterschiedlich sein,
wobei vorzugsweise in jeder Einzellage sich einander im wesentlichen
rechtwinkelig kreuzende Faserverläufe vorgesehen sind, d. h.
in einer Einzellage sind die Lang- oder Endlos-Fasern derart ausgerichtet,
dass sie sich im wesentlichen unter einem rechten Winkel (90°) kreuzen.
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Unter
den gewählten
Begriff eines Lasteinleitungselementes eines Schwenklagers/Achsschenkels
fällt dabei
die Abstützung
eines Federbeins oder einer Tragfeder, über welche der Aufbau des Fahrzeugs
anteilig auf dem Schwenklager/Radträger abgestützt ist oder sein kann und
weiterhin der Abstützbereich
des Radlagers, auf dem das Fahrzeug-Rad gelagert ist und ferner
die Abstützung
von radführenden
Lenkern oder dgl..
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Als
Textil/Textilien können
textiltechnisch verarbeitete Halbzeuge in Form von Geweben, Gewirken,
Gelegen oder Gestricken zum Einsatz kommen, die aus Langfasern bzw.
Endlosfasern gebildet sind oder die eine Matte oder ein Vlies bilden.
Kommen textile Einzellagen zu Einsatz, so können diese entsprechend ihrer
Funktion belastungsangepasst zugeschnitten sowie zu einem gesamten
flächigen Textil
zusammengelegt und/oder gestapelt bzw. konfektionstechnisch, insbesondere
durch Vernähen oder
Wirken, zu einem textilen Gesamt lagen-Aufbau miteinander verbunden
werden. Auch ist es möglich, eine
grundsätzlich
bekannte dreidimensionale Textilstruktur zu verwenden. Ferner können zwischen
textilen Einzellagen partiell oder vollflächig zusätzliche sog. Kernelemente eingebracht
sein, die eine Querschnittserhöhung
des flächigen
Textils insbesondere ohne signifikante Masseerhöhung bewirken und die bspw.
aus Schaumstoff oder Hart-Kunststoff oder Keramik, aber auch aus
Metall bestehen können.
Durch eine solche Querschnittserhöhung kann die Steifigkeit bzw.
Festigkeit einer den/das Radträger/Schwenklager
bildenden sog. textilen flächigen Grundstruktur
positiv beeinflusst werden.
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Die
Auswahl des Textils sowie ggf. die Anordnung von textilen Einzellagen
sollte vorzugsweise derart erfolgen, dass die Drapierbarkeit des
gesamten Textils, d. h. dessen Verformbarkeit in einem Formwerkzeug,
ausreichend hoch ist, um die gewünschte
Form der Grundstruktur abbilden bzw. darstellen zu können. In
diesem Sinne können
für das aus
Fasern gebildete Textil verschiedene geeignete organische oder anorganische
oder synthetische Fasertypen, bspw. Kohlenstofffasern, Glasfasern,
Metallfasern, Kunststofffasern oder Keramikfasern verwendet werden.
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Die
Formgebung des flächigen
Textils von seiner üblicherweise
ebenen Gestalt zur sog. Grundstruktur kann entweder praktisch während eines selbstverständlich erforderlichen
Verfestigungsprozesses, genauer direkt vor diesem, durch Pressen
in einem Formwerkzeug, in dem auch die Verfestigung und das Aushärten statt
findet, erfolgen. Alternativ kann einem Verfestigen (= Konsolidieren)
des Textils ein eigenständiger
Vorform-Prozessschritt vorgeschaltet sein; so kann das flächige Textil
bspw. durch ein Diaphragmaverfahren in die Form der Schwenklager-Grundstruktur überführt werden.
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Über grundsätzlich bekannte
Verbundherstellungsverfahren wird das zur sog. Grundstruktur vorgeformte
textile Faser-Halbzeug ggf. unter Einbau geeigneter Einlegeteile,
die als Lasteinleitungselemente dienen und worauf an späterer Stelle
noch eingegangen wird, schließlich
zum fertigen Bauteil, nämlich
zum Radträger/Schwenklager/Achsschenkel verfestigt,
d. h. konsolidiert. Für
diese Konsolidierung/Verfestigung zum Verbundwerkstoff können unterschiedliche
Matrix-Komponenten, wie bspw. Kunststoffe, Keramiken und Metalle,
gewählt
werden. Ein Einbringen der gewählten
Matrix-Komponente in die textile Grundstruktur kann durch Infiltration
des trockenen Textils mit der Matrix-Komponente erfolgen; alternativ
können
bereits mit geeignetem Matrix-Komponentenmaterial
vorimprägnierte
Textilien oder Misch-Textilien, bei denen die Matrix-Komponente
bereits im Textil in Form von Matrix-Fäden oder Matrix-Folien eingebracht
ist, zur Herstellung der Grundstruktur verwendet werden. Sowohl
ein mit der Matrix-Komponente vorimprägniertes textiles Faserhalbzeug,
d. h. ein sog. Prepreg, als auch ein Faser-Matrix-Misch-Textil,
insbesondere ein Commingling-Garn-Textil oder ein Film-Stacking-Textil,
vorzugsweise mit thermoplastischer oder metallischer Matrix-Komponente,
werden nach oder mit entsprechender Vorformung zur Grundstruktur
in grundsätzlich
bekannter Weise durch Erhitzung, Verpressung, Härtung und Abkühlung verfestigt.
Wenn die Matrix-Komponente in das zur Grundstruktur verformte Textil
infiltriert wird, so kann die Verfestigung im RTM-Verfahren (= Resin
Transfer Moulding) oder Vari-Verfahren (= Vacuum Assisted Resin
Infusion) vorzugsweise in einem entsprechenden Formwerkzeug erfolgen.
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Es
wurden bereits sog. Lasteinleitungselemente erwähnt, über die in das Schwenklager
bzw. den Achsschenkel (allgemein den Radträger) unterschiedliche Lasten
eingeleitet werden und zwischen denen ein Kraftfluss stattfindet.
Insbesondere stellt die Abstützung
eines Federbeins oder einer Tragfeder, über welche der Aufbau des Fahrzeugs
anteilig auf dem Schwenklager/Radträger abgestützt ist, ein solches Lasteinleitungselement
dar, weiterhin die Abstützung
eines Radlagers, auf dem das Fahrzeug-Rad gelagert ist und ferner
die Abstützung
von radführenden
Lenkern oder einem Bremssattel oder dgl.. Für die jeweilige Krafteinleitung
in die Grundstruktur des Schwenkla gers/Achsschenkels können nun
sog. externe und/oder sog. integrierte Lasteinleitungselemente vorgesehen
sein.
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Bei
einem externen Lasteinleitungselement kann es sich beispielsweise
um einen an die Grundstruktur montierten Adapter für die Anbindung
eines Lenkers oder eines Bremssattels oder eines Mitnehmerflansches
bzw. Radlagers handeln, so dass ein externes Lasteinleitungselement
die Montage derartiger sog. Peripherie-Bauteile an die Grundstruktur des
Schwenklagers bzw. Achsschenkels ermöglicht. Diese Lasteinleitungselemente
adaptieren den Kraftfluss an die Anforderungen der Grundstruktur
sowie der genannten Peripherie-Bauteile und sind vorzugsweise solchermaßen gestaltet,
dass ihre thermomechanischen, fügetechnischen
und/oder elektrochemischen Eigenschaften in einem zulässigen Toleranzfeld
sowohl der genannten Grundstruktur als auch des jeweiligen Peripherie-Bauteils
liegen. Sie sollten also eine Kompatibilität zu den miteinander zu verbindenden
Bauelementen aufweisen. Mittels geeignet unlösbarer oder lösbarer Befestigungsmittel
(Schrauben oder dgl.) können
diese externen Lasteinleitungselemente an der Grundstruktur befestigt
werden bzw. sein, wofür
in der Grundstruktur vorzugsweise entsprechende Aussparungen vorgesehen sind.
Eine solche Aussparung zur Aufnahme eines Lasteinleitungselementes
bzw. eines Befestigungselements für dieses kann in die Grundstruktur
eingebracht werden, indem diese Aussparung in das flächige Textil
vor der Verfestigung desselben fasergerecht eingeformt wird, insbesondere
indem das Textil entsprechend aufgeweitet wird. Alternativ kann
eine solche Aussparung nach der Verfestigung des flächigen Textils
durch spanende Bearbeitung in die genannte Grundstruktur eingebracht
werden.
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Unter
einem vorher genannten integrierten Lasteinleitungselement wird
zum einen ein eigenständiges,
vorgeformtes Lasteinleitungselement, welches in die textile Struktur
eingearbeitet ist bzw. während
der Konsolidierung (= Verfestigung) des Textils in die Grundstruktur
eingebettet wird, verstanden, und zum anderen ein Lasteinleitungselement, welches
direkt in dem die Grundstruktur bildenden Textil ein- bzw. ausgeformt
ist. Ein Beispiel für
den erstgenannten Fall stellen sog. Gewinde-Inserts dar, welche
bspw. durch Vernähen
am die Grundstruktur bildenden Textil fixiert werden und im Konsolidierungsprozess
des Textils durch die Zuführung
der Matrix-Komponente form- bzw. stoffschlüssig eingebettet werden. Vorzugsweise
weist ein derartiges eigenständiges
Lasteinleitungselement eine faserverbundgerechte Beschaffenheit
und eine thermomechanische und/oder fügetechnische und/oder elektrochemische
Kompatibilität
zum Faserverbundwerkstoff der Grundstruktur auf.
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Alternativ
kann ein integriertes Lasteinleitungselement beispielsweise in Form
einer Halterung für
ein Federbein oder einer Ausformung für die Aufnahme einer Mitnehmerflanschnabe
bzw. eines Radlagers direkt in die Grundstruktur bzw. in das diese bildende
Textil eingeformt sein. Insbesondere kann solchermaßen eine
Integration eines sog. Radlager-Sitzes in die Grundstruktur des
Radträgers/Schwenklagers/Achsschenkels
erfolgen, und zwar durch Ausformung des die Grundstruktur bildenden
Textils zu einem Dom, welcher dann als Radlagersitz bzw. zur Anbindung
einer Radnabe genutzt werden kann. Diese Einformung eines Doms in
die Grundstruktur setzt allerdings eine entsprechende Drapierfähigkeit,
d. h. Verformbarkeit, des Textils voraus. Sollte die Drapierfähigkeit
des die besagte Grundstruktur bildenden Textils nicht ausreichen,
um die Dom-Form für
den Radlagersitz und/oder die Radnaben-Anbindung auszubilden, so ist die Verwendung
eines textilen Schlauches (bspw. eines Flechtschlauchs) als Textil-Einzelstück bzw.
als sog. textile Einzellage im weiter oben bereits genannten Sinne
möglich.
Ein solcher Textilschlauch kann hierfür von seiner ursprünglich zylindrischen
Form in eine geeignete Dom-Form oder Flansch-Form drapiert werden,
wobei ein vorzugsweise zylindrischer Abschnitt für die Ausbildung des Radlagersitzes
vorzusehen ist, während
ein Flanschabschnitt zur Ankopplung dieses Textil-Einzelstücks an die
restliche Textilstruktur bzw. restlichen Grundstruktur oder zur
Radnabenanbindung vorgesehen sein kann. Dabei kann das Fasermateri al
im ursprünglichen
Textilschlauch durchaus flächig
ungleichmäßig verteilt
sein und der besagte Dom unter Veränderung der flächigen Verteilung
des Fasermaterials gebildet werden. Vorzugsweise wird dieser besagte
Flanschabschnitt des Textilschlauches zur Verbindung mit dem restlichen
die Grundstruktur bildenden Textil auf bzw. zwischen dessen (ggf.
vorhandene und bereits genannte) Einzellagen eingebettet, so dass
eine formschlüssige Verbindung
entsteht, wobei die Konsolidierung (= Verfestigung) des Domes simultan
mit derjenigen der restlichen Grundstruktur erfolgt und wobei zusätzlich eine
stoffschlüssige
Verbindung hergestellt wird.
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Ein
erfindungsgemäßer Fahrzeug-Radträger kann
einen offenen, alternativ aber auch einen geschlossenen hohlen Profilquerschnitt
aufweisen. Ein letztgenannter kann durch ein Deckelteil, das auf
den offenen Profilquerschnitt der Grundstruktur aufgebracht ist,
gebildet sein, wobei dieses Deckelteil zwar aus einem beliebigen
Werkstoff, vorzugsweise jedoch aus einem zum Textilmaterial der
Grundstruktur kompatiblen Werkstoff bestehen kann, bspw. aus einem
diesem Textilmaterial ähnlichem
Textil. Alternativ kann die Grundstruktur durch Aufweiten des flächigen Textils
zwischen zwei Einzellagen desselben vor der Verfestigung in einen
geschlossenen hohlen Profilquerschnitt überführt werden. Ein solcher geschlossener
hohler Profilquerschnitt zeichnet sich durch gesteigerte Festigkeit
aus. Im übrigen
kann insbesondere in einem Gefährdungsbereich
eines erfindungsgemäßen Radträgers eine
geeignete aktive oder passive Sensorik zur Erkennung eines sich
abzeichnenden Material-Schadens vorgesehen sein, wobei diese Sensorik
in der Grundstruktur integriert oder auf diese aufgebracht sein
kann.
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand zweier Ausführungsbeispiele weiter erläutert, wobei in
den 1–8 ein
erstes Ausführungsbeispiel in
Form eines Schwenklagers für
eine McPherson-Federbein-Radaufhängung
dargestellt ist, während
in den 9–17 mögliche Ausgestaltungen eines
zweiten Ausführungsbeispiels
in Form eines Schwenklagers für
eine Doppel querlenker-Radaufhängung
gezeigt sind. In sämtlichen
Figuren sind gleiche Elemente mit den gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet.
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Im
Einzelnen zeigen
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1 das
erste Ausführungsbeispiel
in einer 3D-Ansicht,
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2 das
erste Ausführungsbeispiel
in Seitenansicht,
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3 das
erste Ausführungsbeispiel
in Rückansicht,
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4 einen
Schnitt durch den sog. Dom dieses Ausführungsbeispiels mit einem integriertem
Lasteinleitungselement
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5a, 5b, 5c Varianten
für die
Anbindung eines den sog. Dom bildenden Textil-Einzelstücks jeweils
in einem Halbschnitt durch den Dom
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6 die
Rückansicht
analog 3 mit angebautem Federbein
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7 eine
3D-Teilansicht mit angebautem Federbein
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8 in
3D-Ansicht die Einbausituation des ersten Ausführungsbeispiels in einer Radaufhängung eines
PKW
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9 eine
fahrzeugseitige 3D-Ansicht des zweiten Ausführungsbeispiels
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10 eine
radseitige 3D-Ansicht des zweiten Ausführungsbeispiels
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11 den
Schnitt A-A aus 10
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12 den
Schnitt B-B aus 10
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13 eine
3D-Ansicht auf den Schnitt C-C aus 10 in
einer Variante mit offenem Profilquerschnitt
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14 eine
3D-Ansicht auf den Schnitt C-C aus 10 in
einer Variante mit geschlossenem hohlen Profilquerschnitt
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15 in
3D-Ansicht die Einbausituation des zweiten Ausführungsbeispiels in einer Radaufhängung eines
PKW
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16 in
Explosionsdarstellung den Einzellagen-Aufbau des flächigen Textils
des zweiten Ausführungsbeispiels
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17 eine
Variante eines integrierten Lasteinleitungselements.
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Zunächst auf 8 Bezug
nehmend erkennt man eine McPherson-Radaufhängung mit einem ein Fahrzeug-Rad 6 tragenden
Schwenklager 1, an dem in bekannter Weise drei radführende Lenker 2, 3, 4 und
weiterhin ein Federbein 5 sowie ein nicht dargestellter
Bremssattel befestigt sind. Das Schwenklager 1 ist durch
eine sog. Grundstruktur 10 gebildet, an der verschiedene
Lasteinleitungselemente 11 vorgesehen sind, über die
die genannten Peripherie-Bauteile, nämlich das Federbein 5,
die Lenker 2, 3, 4, ein für das Rad 6 vorgesehenes
nicht dargestelltes Radlager mit sog. Mitnehmerflansch sowie der
Bremssattel an der Grundstruktur 10 befestigt sind. Bei
den Lasteinleitungselementen 11a für die Lenker 2, 3, 4 handelt
es sich um in Aussparungen 12a in der Grundstruktur 10 eingesteckte
im wesentlichen übliche
Gelenklager, während
ein Lasteinleitungselement für
den Bremssattel nicht dargestellt ist, sondern lediglich Aussparungen 12b zur
Befestigung desselben an/in der Grundstruktur 10. Für das Federbein 5 ist
ein in die Grundstruktur 10 integriertes Lasteinleitungselement 11d und
für das
Rad 6 ein integriertes Lasteinleitungselement 11c vorgesehen,
worauf an späterer
Stelle noch näher
eingegangen wird.
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In
den 1–3 ist
die wie ersichtlich im wesentlichen schalenförmige oder wannenförmige und
somit einen offenen Profilquerschnitt (vgl. 4) aufweisende
Grundstruktur 10 dargestellt. Diese ist durch einen Faserverbund-Werkstoff
aus einem flächigen
aus Langfasern oder Endlosfasern gebildeten Textil, das mittels
einer Matrix-Komponente verfestigt ist, gebildet, wobei die Verstärkungsfasern
im wesentlichen rechtwinkelig zueinander angeordnet sind, wie die
in dieser Grundstruktur 10 eingezeichneten Linien, die
dem Faserverlauf entsprechen sollen, verdeutlichen. Dieses aus Fasermaterial
gebildete Textil bzw. dessen Verstärkungsfasern durchzieht/durchziehen
unterbrechungsfrei die gesamte Grundstruktur 10 inklusive
einem in diese bei der Herstellung der Grundstruktur 10 eingeformten
und somit integrierten Dom 10a für die Bildung eines Sitzes
für das
Radlager sowie einem ebenfalls aus dem Textil ausgeformten bzw.
in die Grundstruktur 10 eingeformten und somit integrierten
Lasteinleitungselement 11d für die Aufnahme des Federbeins 5.
Im besagten Textil bzw. in der besagten Grundstruktur 10 sind
weiterhin die bereits genannten Aussparungen 12a, 12b für Schraubverbindungen
der zugehörigen,
ebenfalls bereits genannten Lasteinleitungselemente 11 vorgesehen.
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Wie 4 zeigt
kann im Dom 10a optional ein integriertes Lasteinleitungselement 11c in
Form einer Radlageraufnahme enthalten sein. Dieses als eigenständiges vorgefertigtes
Bauteil ausgeführte Lasteinleitungselement 11c wird – wie vor
der Figurbeschreibung erläutert
wurde – im
Herstellungsprozess der Grundstruktur 10 in diese formschlüssig und/oder
stoffschlüssig
eingebunden und dient zur Aufnahme des Radlagers, falls letzteres
nicht direkt mit dem Dom 10a verbunden werden kann.
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Wie
bereits erwähnt
kann der Dom 10a direkt aus dem Textil der Grundstruktur 10 ausgeformt
sein, alternativ kann – wie
vor der Figurenbeschreibung erläutert
wurde – ein
Textil-Einzelstück 10b in
Form eines Textilschlauchs verwendet werden, der entsprechend geformt
und wie in den 5a, 5b, 5c dargestellt
auf unterschiedliche Weise mit dem restlichen Textil, welches in
diesen Figuren mit den Bezugsziffern 10, 10a gekennzeichnet
ist, verbunden werden kann. Aus diesen Figuren geht weiterhin hervor,
dass sowohl das die Grundstruktur 10 bildende Textil als
auch das Textil-Einzelstück 10b durch
zwei Einzelschichten 13a, 13b – deren Faserverläufe jeweils
durch eine dunklere Linie dargestellt sind – gebildet ist, die übereinander
gelegt sind. Bei der Variante nach 5c sind
im Textil-Einzelstück 10b diese
beiden Einzelschichten 13a, 13b abschnittsweise
voneinander getrennt, um zwischen sich die restliche Grundstruktur 10 bzw.
das restliche Textil einzuschließen, wodurch eine besonders
innige Verbindung gebildet wird.
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Die 6 und 7 dienen
im wesentlichen der Darstellung der Tatsache, dass ein sog. integriertes
Lasteinleitungselement 11d für das Federbein 5 alleine
aus dem Textil ausgeformt bzw. in die Grundstruktur 10 eingeformt
sein kann. Im wesentlichen handelt es sich bei diesem integrierten
Lasteinleitungselement 11d um eine halb-kreiszylindrische Schale,
die nach Einlegen des Federbeins 5 wie 8 zeigt
mit einer Schelle 14 umschlossen wird, so dass das Federbein 5 durch
diese Schelle 14 sicher am integrierten Lasteinleitungselement 11d und somit
an der Grundstruktur 10 gehalten wird.
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Im
weiteren auf 15 Bezug nehmend ist hierin
das zweite Ausführungsbeispiel
in Einbausituation dargestellt, und zwar als Schwenklager für eine Doppelquerlenker-Vorderachse
eines Fahrzeugs mit einem unteren Querlenker 2, einem oberen
Querlenker 3, einer Spurstange 4 sowie einer sog.
Zugstrebe 14. Auch dieses Schwenklager wird durch eine
sog. Grundstruktur 10 aus Faserverbundmaterial wie vorhergehend
ausführlich
beschrieben gebildet und ist mit Lasteinleitungselementen 11 versehen,
wobei hier auch ein Bremssattel 15 als sog. Peripherie-Bauteil
dargestellt ist. Dabei ist – wie
die 9 und 10 zeigen – die abermals wannenförmige oder schalenförmige Grundstruktur 10 mit
einem umlaufenden Bördelrand 10c ausgeführt, der
zur Versteifung der Grundstruktur 10 beiträgt. Im Herstellungsprozess
wird dabei die Grundstruktur 10 zunächst mit einem Übermaß im Randbereich
gefertigt, wonach durch Besäumen
des Rohteils bspw. mittels Fräsen die
definierte Außenkontur
der Grundstruktur 10 hergestellt wird.
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Für die Lasteinleitung
sind hier zum einen mehrere sog. externe metallische Lasteinleitungselemente 11 vorgesehen,
die als vorgefertigte Bauelemente in hierfür in der Grundstruktur 10 vorgesehene Aussparungen 12 eingesetzt
sind. In 10 erkennt man ein solches Lasteinleitungselement 11b für den unteren
Querlenker 2, ferner ein Lasteinleitungselement 11e für den oberen
Querlenker 3, weiterhin ein Lasteinleitungselement 11f für die Spurstange 4 sowie
ein Lasteinleitungselement 11g für die Zugstrebe 14.
Die Fertigung der besagten Aussparungen 12 für diese
genannten Lasteinleitungselemente 11 erfolgt durch spanende
Nachbearbeitung der konsolidierten (= verfestigten) Grund struktur,
bspw. durch Bohren und Formfräsen.
Dabei sind diese genannten externen Lasteinleitungselemente 11 für die Lenkeranbindungen
im die Grundstruktur 10 bildenden flächigen Textil so angeordnet
und gestaltet, dass eine fasergerechte Kraftübertragung mittels Kraftschluss
ermöglicht
wird. So ist zur Anbindung des oberen Querlenkers 3 die
Aussparung 12e für
das Lasteinleitungselement 11e durch eine gabelförmige Gestaltung
der Grundstruktur 10 gebildet, so dass – wie 10 zeigt – ein geschlitztes
Lasteinleitungselement 11e verwendet werden kann, um mittels
Schrauben in Quer-Aussparungen 12f eine
Klemmverbindung für die
Anbindung des oberen Querlenkers 3 zu realisieren.
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In
den 10, 12 sind Lasteinleitungselemente 11j für die Anbindung
des Bremssattels 15 gezeigt, die durch Schraubverbindungen
an die Grundstruktur 10 angebunden sind, wofür in dieser Aussparungen 12b vorgesehen
sind. Alternativ kann ein Bremssattel oder ein anderes Bauteil aber
auch direkt, d. h. ohne Lasteinleitungselement an die Grundstruktur 10 angebunden,
bspw. angeschraubt sein oder werden, beispielsweise am Bördelrand 10c derselben.
In den 9–12 sind
ferner sog. integrierte Lasteinleitungselemente 11h dargestellt,
die die Aufnahme für
einen Mitnehmerflansch des Rades bzw. Radlagers bilden. Ferner sind
in diesen Figuren durch dickere zueinander parallele Linien (abermals) Faserverläufe von
Einzelschichten 13a, 13b dargestellt, aus denen
das die Grundstruktur 10 bildende Textil wie weiter oben
beschrieben zusammengesetzt ist bzw. zusammengesetzt sein kann.
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Aus
den 13 und 14 wird
ersichtlich, dass das Schwenklager einen offenen Profilquerschnitt
wie in 13 dargestellt haben kann, alternativ
jedoch auch einen geschlossenen hohlen Profilquerschnitt aufweisen
kann, so wie dies in 14 gezeigt ist. Letztgenannter
wird durch ein Deckelteil 16 gebildet, das auf den offenen
Profilquerschnitt der Grundstruktur 10 aufgebracht ist,
wobei dieses Deckelteil 16 ebenfalls aus einem Faserverbundwerkstoff
besteht, gebildet durch ein flächiges
Textil mit hier abermals zwei Einzelschichten 13a, 13b.
Mit einem solchen geschlossenen Profilquerschnitt wird eine hohe
Struktursteifigkeit erreicht, wobei das Fügen von Grundstruktur 10 und
Deckelteil 16 vorzugsweise am umlaufenden Bördelrand 10c erfolgen kann.
Die Grundstruktur 10 sowie das Deckelteil 16 bilden
dabei einen Überlappungsstoß, an dem
eine stoffschlüssige
Verbindung oder auch eine Verbindung mittels Hilfs-Füge-Elementen
wie Schrauben oder Nieten hergestellt werden kann.
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16 verdeutlicht,
dass das genannte flächige
Textil, aus dem die besagte Grundstruktur 10 geformt ist,
aus verschiedenen textilen Einzellagen oder Einzelschichten 13a, 13b, 13b', 13b'', 13c, 13d zusammengesetzt
sein kann, so wie dies weiter oben bereits erläutert wurde. Dickere Linien
verdeutlichen dabei wiederum die Faserverläufe, die in den verschiedenen
Einzellagen 13 durchaus unterschiedlich sein können. In 17 schließlich ist
eine Variante eines integrierten Lasteinleitungselementes 11 dargestellt,
nämlich
in Form eines einen Gewindebereich G aufweisenden Gewinde-Inserts 11i,
das zwischen zwei Einzellagen 13a, 13b des flächigen,
die Grundstruktur 10 bildenden Textils eingebettet ist.
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Zusammenfassend
ist vorliegend eine Möglichkeit
zur wirtschaftlich effizienten Erzeugung eines Schwenklagers bzw.
Achsschenkels, allgemein eines Radträgers eines Fahrzeugs, aus endlosfaserverstärkten Verbundwerkstoffen
mit der Möglichkeit
zur Integration von Lasteinleitungselementen wie Radlagersitz, Lenkeranbindungselementen
und Federbeinaufnahme aufgezeigt. Dabei ist gegenüber dem
herkömmlichen
Konstruktionsprinzip eines solchen Bauteils in Metallbauweise eine
signifikante Massereduktion von 20% realisierbar und es ist die
entworfene Schwenklager-Struktur im Sinne der automobilen Serienfertigung ökonomisch
herstellbar. Dabei kann die Faserorientierung in einem weiten Bereich
variiert und damit der Belastung angepasst werden und es können durch
das aufgezeigte Herstellungsverfahren die hierfür benötigten Zykluszeiten kurz gehalten werden.
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Das
aufgezeigte endkonturnahe Herstellverfahren für ein solches Schwenklager
mit einem hohem Integrationsgrad von Zusatzelementen bietet eine
weit reichende Formgebungsfreiheit und ermöglicht ein Minimum an kostenintensiver
Nacharbeit. Durch die Verwendung von belastungsangepassten Textilien
können
Schwenklager-Strukturen im Sinne der Aufgabenstellung in kurzen
Zykluszeiten ökonomisch
gefertigt werden. Die angestrebte Masseeinsparung wird durch den
Faserverbund mit seinen hohen spezifischen Eigenschaften erreicht.
Insbesondere können
die an die Schwenklagerstruktur gestellten Anforderungen durch die
anpassbare Faserorientierung erfüllt
werden, wobei noch darauf hingewiesen sei, dass durchaus eine Vielzahl
von Details abweichend von obigen Erläuterungen gestaltet sein kann,
ohne den Inhalt der Patentansprüche
zu verlassen.