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Die Erfindung betrifft eine Drehstabfeder oder einen Wankstabilisator für ein Kraftfahrzeug nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Drehstabfeder bzw. Wankstabilisators.
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Drehstäbe beziehungsweise Drehstabfedern oder Wankstabilisatoren sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Es handelt sich dabei um Torsionsfedern, die die Wankbewegungen eines Fahrzeugs vermindern sollen oder die das Fahrzeug tragen und auf Fahrbahnunebenheiten durch Ein- und Ausfedern in ausreichendem Maße reagieren sowie Gewichtsverlagerungen in Längs- und Querrichtung aufzunehmen. Diese Bauteile werden aufgrund der hohen Materialanforderungen hinsichtlich Steifigkeit und Festigkeit, insbesondere bei der Torsionsbelastung, aus einem hochfesten Federstahl gefertigt und typischerweise als Rohr- oder Vollmaterial ausgeführt. Insbesondere bei der Ausführung als Hohlstruktur (als rohrförmiges Bauteil) ist dabei die hohe Kerbempfindlichkeit des verwendeten hochbelastbaren Federstahls besonders kritisch und kann maßgeblich zu einem potentiellen Versagen des Bauteils beitragen. Außerdem führt die Verwendung eines metallischen Hohlprofils zu einer technisch schwierig umsetzbaren Korrosionsschutzbehandlung. Um diese dennoch zu gewährleisten, sind entsprechende Mehrkosten sowie eine Erhöhung der Taktzeit im Fertigungsprozess des Bauteils notwendig. Letztlich weisen derartige Drehstabfedern oder Wankstabilisatoren außerdem aufgrund der hohen auftretenden Kräfte und der notwendigen Federrate vergleichsweise große Bauteildurchmesser und damit hohe Gewichte auf, welche bei einer Bewegung des Fahrzeugs zu entsprechend hohem Energieverbrauch führen.
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Ebenso sind aus dem allgemeinen Stand der Technik faserverstärkte Kunststoffe als Leichtbaumaterialien bekannt. Diese sind aufgrund der üblichen Ausbildung mit duroplastischen Matrixsystemen in eine Serienfertigung nur schwer und unter deutlicher Verlängerung der bisherigen Taktzeiten zu integrieren. Auch die belastungsgerechte Anordnung der Fasern stellt ein erhebliches Problem für eine Serienfertigung derartiger Bauteile dar. Letztlich stellt auch die Problematik der Nachbearbeitung beispielsweise durch ein Biegen oder ähnliche Fertigungsschritte ein großes Problem aufgrund der typischerweise eingesetzten duroplastischen Matrixmaterialien dar. Da die Aushärtung dann erst dann erfolgen kann, wenn das Bauteil seine endgültige Kontur erreicht hat, wird der Fertigungsaufwand hierdurch erheblich erhöht.
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Aus der
DE 102 011 582 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Faserverbundblattfeder unter Ausnutzung eines Geflechtschlauchs und eines Formkerns bekannt. Insbesondere im Hinblick auf die Ausprägung der Geometrie weist diese offensichtlich eine sehr hohe Variabilität auf und erlaubt außerdem eine Reduzierung des Gewichts um bis zu 60 Prozent. Als faserverstärkter Kunststoff wird hierbei ein Glasfaserepoxidmaterial verwendet, welches sehr lange Aushärtzeiten aufweist und so, wie oben bereits bei der allgemeinen Ausführung zum faserverstärkten Kunststoff dargelegt, nicht für den Einsatz in einer Serienfertigung, insbesondere nicht in einer automobilen Serienfertigung, geeignet ist. Damit muss für den Aufbau von Verbundstoffblattfedern gemäß der
DE 102 011 582 A1 von einer entsprechend kostenintensiven Einzelfertigung ausgegangen werden.
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Die
DE 10 2007 003 596 A1 betrifft ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung einer Blattfeder aus dem Fahrzeugbereich unter Verwendung eines Faserverbundkunststoffs mit thermoplastischer Matrix. Hierzu werden Thermoplast-Prepregs, also mit thermoplastischem Matrixmaterial vorimprägnierte, flache Faserbündel beziehungsweise Rovings verwendet, die mittels aus der Textiltechnik gängigen Maßnahmen konfektioniert und anschließend in ein konkav ausgeformtes Werkzeug verpresst werden. Auch hierbei handelt es sich um ein diskontinuierliches Fertigungsverfahren, welches für eine Serienfertigung ungeeignet und dadurch entsprechend aufwändig und teuer ist.
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Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, eine Drehstabfeder oder einen Wankstabilisator gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, welche in ihrem konstruktiven Aufbau weitgehend der herkömmlichen Drehstabfeder oder Wankstabilisator aus einem rohrförmigen, hochfesten Federstahl entspricht, welche jedoch deutlich leichter sind, eine höhere Flexibilität hinsichtlich der Federungseigenschaften aufweisen, und welche eine einfache Anbindung an ein zweites Bauteil, insbesondere als Lasteinleitelement, ermöglichen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Drehstabfeder oder Wankstabilisators ergeben sich aus den restlichen hiervon abhängigen Unteransprüchen.
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Die erfindungsgemäße Drehstabfeder oder Wankstabilisator nutzt weiterhin ein rohrförmiges Bauteil, welches jedoch nicht aus hochfestem Federstahl, sondern aus einem mit Fasern verstärkten Kunststoffmaterial besteht. Ein solcher faserverstärkter Kunststoff oder auch Faserverbundkunststoff (FVK) dient zur Realisierung des im Wesentlichen rohrförmigen Bauteils der Drehstabfeder oder des Wankstabilisators. Der faserverstärkte Kunststoff kann dabei durch die Faserverstärkung Kräfte sehr gut aufnehmen und weiterleiten und er ermöglicht es durch die Ummantelung der Fasern mit einem Matrixmaterial aus Kunststoff, das rohrförmige Bauteil der Drehstabfeder oder des Wankstabilisators so herzustellen, dass dieses eine hohe Beständigkeit gegen Korrosion aufweist.
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Eine Drehstabfeder oder ein Wankstabilisator aus einem Faserverbundkunststoff erlaubt es dabei durch eine geeignete Wahl der Fasern, hier sind typischerweise Glasfasern, Aramidfasern, Kevlarfasern oder insbesondere Kohlefasern oder Mischungen hiervon möglich, je nach Fasertyp, Fasermenge und Richtung der einzelnen Faserbündel sowie nach der Herstellungsmethode, beispielsweise Flechten und/oder Umwickeln, eine individuell über die Länge des im Wesentlichen rohrförmigen Bauteils und der späteren Drehstabfeder am jeweiligen Punkt geeignete Festigkeit einzustellen. Damit lässt sich sehr individuell abgestimmt eine ausreichend feste Drehstabfeder oder Wankstabilisator mit hervorragenden Dämpfungseigenschaften realisieren, welche auf den jeweiligen Anwendungsfall exakt abgestimmt ist. Dabei lassen sich auch verschiedene Faserlagen miteinander kombinieren, sodass beispielsweise geflochtene Fasern in einem Flechtwinkel von typischerweise 10 bis 80 Grad gegenüber der Achse des rohrförmigen Bauteils abgelegt werden können. In den Flechtprozess lassen sich außerdem unidirektionale Fasern mit einflechten, welche eine gezielte Verstärkung in ihrer Faserrichtung ermöglichen. Ferner lassen sich einzelne Schichten außerdem durch Wickeln realisieren, wobei hier insbesondere Faserbündel eingesetzt werden, welche in Form von Bändern vorgefertigt sind, um eine möglichst hohe Ablegegeschwindigkeit und eine kurze Fertigungszeit zu erreichen. All dies ermöglicht es die Eigenschaften der Drehstabfeder mit minimalem Aufwand an Material und damit minimalem Endgewicht des Bauteils ideal einzustellen.
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Die erfindungsgemäße Lösung umfasst dabei an wenigstens einem der Enden des rohrförmigen Bauteils, idealerweise an seinen beiden Enden, jeweils ein zweites Bauteil, welches von dem rohrförmigen Bauteil teilweise überlappt wird. Dieses zweite Bauteil weist im überlappenden Bereich ein Gewinde auf, welches von dem Material des rohrförmigen Bauteils formschlüssig umgeben ist. Über eine solche Anbindung des zweiten Bauteils, welches idealerweise mit einem Hebel verbunden wird und zur Einleitung von Kräften in die Drehstabfeder oder den Wankstabilisator ausgebildet ist, besteht die Möglichkeit, die Lasteinleitung in diesem Bereich einfach und effizient zu realisieren, während die Lastweiterleitung dann durch die Verstärkungsfasern in dem rohrförmigen Bauteil der Drehstabfeder oder des Wankstabilisators aus dem Faserverbundkunststoff erfolgt. Ein Gewinde im überlappenden Bereich ist dabei eine einfache und effizient herzustellende Formgebung, welche einen Formschluss zwischen den eingesetzten Materialien des rohrförmigen Bauteils und des zweiten Bauteils ermöglicht. Im Falle eines Defekts oder dergleichen erlaubt das Gewinde dabei das zweite Bauteil von dem rohrförmigen Bauteil zu lösen und dieses aus dem rohrförmigen Bauteil herauszuschrauben. Ein Ausbau und Austausch der gesamten Drehstabfeder oder des gesamten Wankstabilisators ist nicht mehr erforderlich. Außerdem kann der Fügeprozess leichter automatisiert werden. Des Weiteren kann damit ein Baukastenprinzip realisiert werden, d. h. in eine Fassung können je nach Bedarf unterschiedliche Krafteinleitungselemente mit unterschiedlicher Geometrie und/oder Funktion eingefügt werden.
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Der Aufbau der Drehstabfeder oder des Wankstabilisators aus dem faserverstärkten Kunststoff hat die folgenden Vorteile:
- – Drastische Reduzierung des Bauteilsgewichtes
- – Verbesserte Medien- und Chemikalienbeständigkeit vgl. mit Stahl
- – Kein zusätzlicher Korrosionsschutz des Bauteils notwendig
- – Verbessertes Dämpfungsverhalten des Werkstoffs, erhöht Fahrkomfort und Emissionsverhalten
- – Fasergerechte leichtbauende Lasteinleitung
- – Einsetzbarkeit des Bauteils an Vorder- und Hinterachse
- – Federcharakteristik durch Variation des Laminataufbaus in weiten Bereichen beeinflussbar
- – Ideal torsionssteifes geschlossenes Hohlprofil bei gleichzeitiger Verwendung von Materialen mit höchster Leichtbaugüte
- – Senkung des Energieverbrauchs des Fahrzeugs pro gefahrenem Kilometer und Verkleinerung des Schadstoffausstoßes
- – Senkung des Energieverbrauchs bei der Herstellung des Drehstabs aus faserverstärktem Kunststoff bezogen auf einen vergleichbaren Drehstabs aus Stahl
- – Kleiner bauend (geringerer Hebelarm) durch höhere zulässige innere Spannung bei Faserverbundstrukturen
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Gemäß einer sehr vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Drehstabfeder oder des Wankstabilisators ist es außerdem vorgesehen, dass das Gewinde so ausgebildet ist, dass es in jeder seine Drehachse umfassenden Schnittebene eine stetige Formgebung aufweist. Das Gewinde zeigt also, anders als bei herkömmlichen Gewinden üblich, keine scharfen Kanten im Bereich der Gewindegänge, sondern weist diese mit stetiger Formgebung auf. Dadurch entsteht ein fasergerecht ausgebildetes Gewinde, welches durch den Verzicht auf sprungartige Querschnittsänderungen die Belastung der Fasern des rohrförmigen Bauteils minimiert und so zu einem idealen Kraftverlauf im Bereich der das Gewinde umgebenden Fasern beiträgt.
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Gemäß einer besonders günstigen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Drehstabfeder oder des Wankstabilisators ist es außerdem vorgesehen, dass das Kunststoffmaterial ein thermoplastischer Kunststoff ist. Die Verwendung eines thermoplastischen Kunststoffs als Kunststoffmaterial für den Faserverbundkunststoff hat den entscheidenden Vorteil, dass typische thermoplastische Matrixwerkstoffe wie PA, insbesondere jedoch PPA oder PEEK, eine ausgezeichnete Chemikalienbeständigkeit und zusätzlich, eine geringe Wasseraufnahme bei hoher Kerbschlagzähigkeit aufweisen. Dies ermöglicht es, ein chemisch und thermisch sehr beständiges Bauteil herzustellen, wobei thermoplastische Kunststoffmaterialien als Matrixwerkstoffe außerdem den Vorteil haben, dass diese bei der Herstellung der Bauteile aus dem Faserverbundkunststoff sehr viel einfacher zu handhaben sind als duroplastische Materialien, welche eine vergleichsweise lange Aushärtzeit benötigen. Bei der Verwendung von thermoplastischen Matrixwerkstoffen ist es beispielsweise möglich, die Fasern mit dem Matrixwerkstoff vorzuimprägnieren und dann vorimprägnierte Faserbündel oder Hybridgarne aus Verstärkungsfasern und Matrixfasern durch Erwärmen bei der Verarbeitung soweit anzuschmelzen, dass diese zu dem Faserverbund Bauteil werden. Dies ermöglicht also bei thermoplastischem Matrixmaterial eine sehr einfache und schnelle Fertigung, sodass Fertigungskosten und typischerweise auch Materialkosten reduziert werden können.
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In einem Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Drehstabfeder oder des Wankstabilisators in einer der oben beschriebenen Ausgestaltungen ist es vorgesehen, dass das rohrförmige Bauteil durch Umflechten und/oder Umwickeln eines strukturellen oder verlorenen Kerns mit Faserbündeln, welche mit thermoplastischem Kunststoffmaterial vorimprägniert sind und/oder Fasern aus thermoplastischem Kunststoffmaterial aufweisen, hergestellt wird, wobei während und/oder nach dem Umflechten und/oder Umwickeln des Kerns ein thermisches Aufschmelzen des Kunststoffmaterials erfolgt, und wobei das zweite Bauteil im Bereich seines Gewindes mit umflochten und/oder umwickelt wird. Das Herstellungsverfahren für die erfindungsgemäße Drehstabfeder oder den Wankstabilisator sieht es also vor, dass das zweite Bauteil mit dem Gewinde nicht in den überlappenden Bereich zwischen dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil eingeschraubt wird, sondern dass dieses beim Herstellen des rohrförmigen Bauteils mit umflochten oder umwickelt wird. Dadurch wird ein sehr sicherer Verbund zwischen dem rohrförmigen Bauteil und dem zweiten Bauteil erreicht, da die Fasern in den Bereich des Gewindes beim Umflechten oder Umwickeln eingebracht und dort aufgeschmolzen und mit dem rohrförmigen Bauteil verdichtet werden. Der Aufbau hat dabei dennoch den Vorteil, dass er beispielsweise bei einem Instandsetzungsfall nach längerer Verwendung der Drehstabfeder eine Demontage des rohrförmigen Bauteils von dem zweiten Bauteil durch Herausschrauben desselben aufgrund seines Gewindes ermöglicht. Anders als bei einem üblichen formschlüssigen Aufbau mit reinen Hinterschnitten kann so der Austausch von einzelnen Teilelementen erfolgen, ohne dass das rohrförmige Bauteil zerstört werden müsste. Auch im Hinblick auf die Recycling-Fähigkeit der Drehstabfeder ist es von entscheidendem Vorteil, wenn das faserverstärkte Kunststoffmaterial einfach und effizient von dem Material des zweiten Bauteils, welches insbesondere aus einem metallischen Material besteht, getrennt werden kann.
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Eine weitere Möglichkeit zur Herstellung der erfindungsgemäßen Drehstabfeder oder des Wankstabilisators, die sich bei derartigen geflochtenen dünnwandigen thermoplastischen Compositebauteilen anbietet, ist das Gewindeformen, bei dem ein beheizter Dorn mit einer Gewindekontur auf die Erweichungstemperatur des Thermoplasts erhitzt wird und dann mittels einer schraubenden Bewegung in das rohrförmige Bauteil eingeschraubt wird. Dabei kann der Dorn mit einem Kühlkreislauf versehen werden, um den erweichten Kunststoff nach dem Umformvorgang mit erhöhter Geschwindigkeit wieder erstarren zu lassen. Beim Umformen des Thermoplastischen Faserverbundes kann wie beim konventionellen Umformen von Metallteilen ein Schmiermittel verwendet werden. Eventuelle chemische Veränderungen (z. B. Aushärten der Oberfläche) des Gewindes können entweder hingenommen werden (Ausgleich der Eigenschaften innerhalb des Molekülverbundes nach gewisser Zeit durch Migration bestimmter Eigenschaftsträger, z. B. Weichmacher) oder gezielt eingesetzt werden um gewünschte Charakteristika des Materials einzustellen).
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus dem nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel, welches unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben wird.
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Dabei zeigen:
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1 ein rohrförmiges Bauteil zur Herstellung einer Drehstabfeder;
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2 das rohrförmige Bauteil gemäß 1 mit Anbauteilen;
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3a–d mögliche Ausgestaltungen eines Anbauteils;
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4 eine mögliche Ausführungsform zur Verbindung des rohrförmigen Bauteils mit dem Anbauteil;
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5 das rohrförmige Bauteil gemäß 2 mit Lageraufnahmen;
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6 einen Querschnitt durch den Bereich VI-VI in 5;
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7 eine Drehstabfeder mit Lagern zur Verbindung mit einem Fahrzeug; und
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8 eine mögliche Anbindung der Drehstabfeder in einem Aufbau analog 4.
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In der Darstellung der 1 ist ein gebogenes rohrförmiges Bauteil 1 zu erkennen, welches eine später noch in ihrer Gesamtheit dargestellte Drehstabfeder 2 als wesentliches Bauteil ausbilden soll. Das gebogene rohrförmige Bauteil 1 kann dabei insbesondere durch Flechtpultrusion von mit einem thermoplastischen Matrixkunststoff vorimprägnierten Faserbündeln, insbesondere aus Kohlefaser und gegebenenfalls auch aus einer Mischung von Kohlefasern mit anderen Verstärkungsfasern, wie beispielsweise Glasfasern, Aramidfasern oder Kevlarfasern, ausgebildet sein. Das so in an sich bekannter Art und Weise durch Flechtpultrusion mit einem oder mehreren Flechtaugen hergestellte rohrförmige Bauteil 1 kann insbesondere durch unidirektional eingeflochtene Verstärkungsfasern und/oder einer Kombination von Flechten und Umwickeln so ausgebildet werden, dass an den einzelnen Stellen des Bauteils unterschiedliche Eigenschaften hinsichtlich der Kraftweiterleitung, der Dämpfung und der Federwirkung vorliegen. Das so hergestellte rohrförmige Bauteil kann anschließend unmittelbar weiterverarbeitet werden, indem dieses beispielsweise in einer CNC gesteuerten Biegeanlage unter partieller Erwärmung in den zu biegenden Bereichen zu dem in 1 dargestellten gebogenen rohrförmigen Bauteil 1 weiterverarbeitet wird. Dieses gebogene rohrförmige Bauteil 1 kann dann entweder direkt zu der Drehstabfeder 2 weiterverarbeitet werden oder es kann erneut umflochten beziehungsweise umwickelt werden. Beim Umflechten beziehungsweise Umwickeln eines bereits gebogenen rohrförmigen Bauteils 1 ist es dabei sinnvoll, dieses über einen in mehreren Achsen beweglichen Roboter durch ein Flechtrad beziehungsweise Flechtauge zu führen, um eine geeignete Ablage der Fasern in der gewünschten Art und Weise entlang des gebogenen rohrförmigen Bauteils 1 realisieren zu können.
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Typischerweise werden dabei mehrere Lagen eines mit thermoplatischem Matrixmaterial vorgetränkten Verstärkungsfaserbündels, einem sogenannten Roving, um den Kern geflochten und durch ein Aufschmelzen des thermoplastischen Matrixmaterials fest miteinander verbunden. Anstelle des mit dem thermoplastischen Matrixmaterial vorimprägnierten Rovings, dem sogenannten Prepreg, kann auch ein Hybridroving eingesetzt werden, welches ein Faserbündel sowohl aus Verstärkungsfasern als auch aus Fasern mit dem thermoplastischen Matrixmaterial aufweist.
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Eine Alternative zum Flechten, welche auch ergänzend zum Flechten über die gesamte Länge oder in bestimmten Bereichen des gebogenen rohrförmigen Bauteils 1 beziehungsweise des diesem zugrundeliegenden Kerns eingesetzt werden kann, ist das Umwickeln, welches letztlich analog erfolgt. Um entsprechend hohe Ablegegeschwindigkeiten beim Umwickeln zu realisieren, kann anstelle von im Wesentlichen runden Faserbündeln beim Umwickeln auch ein Aufbau eingesetzt werden, welcher aus mehreren nebeneinander liegenden, gemeinsam mit dem thermoplastischen Matrixmaterial vorimprägnierten Faserbündeln besteht, sodass letztlich ein vorimprägniertes Faserbändchen entsteht, welches in der Breite eine größere Ausdehnung hat als ein einzelnes Faserbündel. Dadurch lassen sich höhere Ablegegeschwindigkeiten beim Umwickeln erreichen.
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In der Darstellung der 2 ist das aus 1 bekannte rohrförmige Bauteil 1 nochmals dargestellt. Anders als in der Darstellung der 1, in welcher Enden 3 des rohrförmigen Bauteils 1 offen gezeichnet sind, sind im Bereich dieser Enden 3 nun zweite Bauteile 4 als Anbauteile 4, insbesondere Anbauteile 4 aus metallischem Material dargestellt. Diese Anbauteile 4 weisen Öffnungen 5 auf, durch welche später andere Bauteile mit der Drehstabfeder 2 verbunden werden können.
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In den Darstellungen der 3a bis d sind mögliche Ausführungsformen eines Anbauteils 4 zu erkennen. Ein Anbauteil 4 gemäß der Ausführungsform der 3a besteht im Wesentlichen aus einem Gewinde 6 sowie einem dem Gewinde abgewandten Bereich 7, der die bereits beschriebene Öffnung 5 zur Aufnahme anderer Bauteile und/oder der Lagerung der Drehstabfeder 2 aufweist. Das Gewinde 6 ist dabei fasergerecht ausgeformt. Dies bedeutet, dass das Gewinde 6 im Querschnitt in jeder der Schnittebenen, welche die Drehachse 8 des Gewindes 6 umfasst, so ausgebildet ist, dass die einzelnen Gewindegänge stetig ineinander übergehen und keine sprungartigen Querschnittsänderungen, scharfkantigen Knicke oder dergleichen auftreten. Dies erlaubt es, die Fasern des rohrförmigen Bauteils 1 so in den Bereich des Gewindes 6 zu legen, dass diese nicht übermäßig belastet und durch entsprechende Ausgestaltungen des Gewindes 6 in ihrer Festigkeit beeinträchtigt werden.
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Alternative Ausführungsformen eines Anbauteils 4 sind in den 3b bis 3d dargestellt, welche sich von der Ausführungsform der 3a durch die Ausgestaltung des dem Gewinde abgewandten Bereichs 7 unterscheiden. Dieser Bereich 7 weist alternative Anschlußelemente zur Aufnahme anderer Bauteile und/oder der Lagerung der Drehstabfeder 2 auf. Z. B. ein Innengewinde gemäß 3b, eine Kerbverzahnung gemäß 3c oder eine gelochte Querplatte gemäß 3d.
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In der Darstellung der 4 ist in einem Querschnitt durch das rohrförmige Bauteil 1 der Verbund aus rohrförmigem Bauteil 1 und Anbauteil 4 nochmals dargestellt. Das rohrförmige Bauteil 1 überlappt im Bereich seines Endes 3 das Anbauteil 4 sodass ein Teil des Faserverbundkunststoffs des rohrförmigen Bauteils 1 das Gewinde 6 formschlüssig umschließt und so das Anbauteil 4 sicher und zuverlässig in dem rohrförmigen Bauteil 1 hält.
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Das Anbauteil 4 kann dabei prinzipiell aus beliebigen Materialien hergestellt werden. Beispielsweise wäre auch zur Herstellung des Anbauteils 4 die Verwendung eines in diesem Fall massiven Faserverbundkunststoffs denkbar. Insbesondere wird das Anbauteil 4 jedoch aus einem metallischen Material hergestellt sein, um als Lasteinleitelement Kräfte und Lasten in den Bereich der Drehstabfeder 2 beziehungsweise des rohrförmigen Bauteils 1 einzuleiten, welche dann im Bereich des rohrförmigen Bauteils 1 durch die Verstärkungsfasern weitergeleitet werden. Im Hinblick auf die oben bereits diskutierte Problematik hinsichtlich Korrosion kann es besonders sinnvoll und effizient sein, als metallisches Material für das Anbauteil 4 ein Material zu wählen, welches selbst nicht überaus anfällig gegen Korrosion ist, also beispielsweise die Verwendung eines Edelstahls oder dergleichen. Ergänzend oder alternativ hierzu ist es auch möglich, das metallische Bauteil zu beschichten, um dieses gegen Korrosion bestmöglichst zu schützen.
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In der Darstellung der 5 ist die Drehstabfeder 2 nun in ihrer endgültigen Ausführungsform dargestellt. Der hier dargestellte Aufbau entspricht dabei im Wesentlichen dem in 2a bereits gezeigten Aufbau mit dem rohrförmigen Bauteil 1 und den im Bereich der Enden 3 angebrachten Anbauteilen 4. Zusätzlich zu den Anbauteilen 4 sind im Bereich des rohrförmigen Bauteils 1 nun außerdem Lageraufnahmen 9 zu erkennen. Diese Lageraufnahmen 9 können beispielsweise mit dem rohrförmigen Bauteil 1 verklebt werden. Insbesondere sollen die Lageraufnahmen 9 jedoch an das rohrförmige Bauteil 1 angespritzt sein. Zum Anspritzen bietet sich dabei die Verwendung eines Zweikomponenten-Spritzgussverfahrens an.
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In der Darstellung der 6 ist in einem Querschnitt der Aufbau nochmals zu erkennen. Das Material der Lageraufnahme 9 ist dabei komplett aus dem Zweikomponenten-Spritzgussmaterial hergestellt. Zusätzlich zum Anspritzen der Lageraufnahmen 9 können außerdem weitere Anbauteile, Schellen, Kabelführungen oder ähnliches mit angespritzt werden. Insbesondere ist es auch denkbar, beim Anspritzen der Lageraufnahmen 9 das gesamte Bauteil 1 insgesamt mit einer Kunststoffschicht zu umspritzen, um dieses nochmals besser vor Korrosion zu schützen.
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In der Darstellung der 7 ist der Aufbau der Drehstabfeder 2 nochmals zu erkennen, wobei hier Lager 10 dargestellt sind, welche mit den Lageraufnahmen 9 entsprechend korrespondieren und zur Befestigung der Drehstabfeder 2 in dem Fahrzeug ausgebildet sind. Die Drehstabfeder 2 ist, wie bereits ausgeführt, extrem leicht und weist eine hohe Beständigkeit gegen Umgebungseinflüsse, insbesondere gegen chemische Umgebungseinflüsse, wie sie beispielsweise durch Streusalz verursacht werden, auf. Außerdem weist die Drehstabfeder 2 mit dem thermoplastischen Matrixmaterial eine vergleichsweise gute Temperaturbeständigkeit auf. Sie kann in dem Fahrzug daher sowohl im Bereich der Hinterachse als auch im Bereich der Vorderachse eingesetzt werden und kann problemlos auch durch einen Motorraum geführt werden, in welchem aufgrund des heißen Motors und der heißen Abgaskrümmer typischerweise vergleichsweise hohe Temperaturen vorliegen.
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Die in der Darstellung der 7 dargestellte Drehstabfeder 1 wird also im Bereich der Lager 10 mit dem Fahrzeug verbunden. Um ihre Funktionalität wahrnehmen zu können, werden im Bereich der Öffnungen 5 außerdem geeignete Hebel 11 angebracht, um die Wankbewegungen in den Bereich der Drehstabfeder 2 einzuleiten, sodass diese die Wankbewegungen des Fahrzeugs minimieren oder verhindern kann. Die Anbindung eines solchen Hebels ist in der Darstellung der 8 zu erkennen. Der Hebel 11 wird dabei über ein Lagerelement 12 und eine Schraube 13 mit geeigneter Lageraufnahme 14 mit der Öffnung 7 des Anbauteils 4 der Drehstabfeder 1 verbunden. Die Einleitung der Kräfte erfolgt dann über die Öffnung 7 oder eine in diese Öffnung 7 eingepresste Lagerbuchse sowie das Anbauteil 4 selbst. Die Weiterleitung der Kräfte durch das gebogene rohrförmige Bauteil 1 erfolgt im Wesentlichen durch die Verstärkungsfasern. Da die Verstärkungsfasern eine höhere innere Spannung zulassen als vergleichbare Aufbauten aus Federstahl, können die Hebel 11 kürzer bauen, wodurch nochmals Material, und damit Gewicht, und auch Bauraum eingespart werden kann.
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Die Enden 3 des rohrförmigen Bauteils 1 können bei der Herstellung desselben prinzipiell so ausgeführt werden, dass sich im Bereich der Enden 5 eine entsprechende Ausgestaltung ergibt, in welches das Gewinde 6 des Anbauteils 4 später eingeschraubt werden kann. Um eine bestmögliche Anbindung zu gewährleisten und gleichzeitig eine gute Handhabbarkeit des rohrförmigen Bauteils 1 während der weiteren Herstellung, beispielsweise beim Biegen und dergleichen zu gewährleisten, kann es in einer besonders günstigen Verfahrensvariante auch vorgesehen sein, dass das Gewinde 6 des Anbauteils 4 beim Herstellen der Drehstabfeder 2 beziehungsweise des rohrförmigen Bauteils 1 mit umflochten beziehungsweise umwickelt wird. Dadurch ergibt sich eine exakte Anpassung der Verstärkungsfasern und des faserverstärkten Kunststoffmaterials an das jeweilige Gewinde 6 des Anbauteils 4 und es entsteht unter Einsparung eines zusätzlichen Montageschritts im Rahmen einer integrierten Fertigung ein Aufbau, welcher die bestmögliche Anbindung des rohrförmigen Bauteils 1 an das Anbauteil 4 gewährleistet. Später, beispielsweise bei einem Instandsetzungsfall oder bei einer Demontage der Drehstabfeder 2 zum Zwecke des Recyclings, lässt sich dann sehr einfach und effizient eine Trennung des rohrförmigen Bauteils 1 und der Anbauteile 4 realisieren, indem diese mit ihrem Gewinde 6 einfach aus dem rohrförmigen Bauteil 1 herausgeschraubt werden. Sie können dann beispielsweise getrennt entsorgt oder durch neue Anbauteile 4 im Falle der Instandsetzung ersetzt werden.
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Die vorstehenden Beispiele bzgl. der Ausgestaltung einer Drehstabfeder sind in analoger Weise für die Ausgestaltung eines Wankstabilisators zu verstehen.
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Erfindungsgemäß ausgestaltete Drehstabfedern oder Wankstabilisatoren sind für Fahrzeuge aller Art geeignet, insbesondere für Personen- und Lastkraftwagen sowie Schienenfahrzeuge und Anhänger dieser Fahrzeuge.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011582 A1 [0004, 0004]
- DE 102007003596 A1 [0005]
