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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ausbilden eines Lagers nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Außerdem betrifft die Erfindung eine Drehstabfeder oder einen Wankstabilisator mit einer derartigen Vorrichtung.
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Aus dem allgemeinen Stand der Technik sind faserverstärkte Kunststoffe beziehungsweise Faserverbundkunststoffe (FVK) bekannt. Diese faserverstärkten Kunststoffe werden häufig als Leichtbaumaterialien, beispielsweise im Bereich des Fahrzeugbaus oder im Bereich der Luftfahrtindustrie, eingesetzt. Sie bestehen im Allgemeinen aus Faserbündeln, sogenannten Rovings, beispielweise aus Kohlenstoff-, Aramid-, Kevlar- und/oder Glasfasern, welche in einer Kunststoffmatrix aus duroplastischem oder thermoplastischem Kunststoffmaterial eingebettet sind. Die Kunststoffmatrix übernimmt dabei die Verbindung der Fasern untereinander und sorgt für eine stabile Form des Bauteils, während die Verstärkungsfasern selbst für die Weiterleitung der Kräfte in dem Bauteil sorgen.
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Da im Bereich des Fahrzeugbaus eine zügige Serienfertigung angestrebt wird, welche prozesssicher und ohne lange Warte- und Aushärtzeiten die Herstellung eines Faserverbundkunststoffs ermöglichen soll, spielen hier duroplastische Matrixsysteme eine untergeordnete Rolle, da diese typischerweise eine eher aufwändige und langwierige Verarbeitung notwendig machen. Der Schwerpunkt im Bereich des Fahrzeugbaus liegt daher auf dem Einsatz von thermoplastischen Matrixsystemen. Häufig werden dabei mit dem Matrixmaterial vorimprägnierte Rovings, sogenannte Prepregs, eingesetzt, oder es werden Hybridrovings verarbeitet, welche neben den Verstärkungsfasern auch Fasern aus dem thermoplastischen Matrixmaterial aufweisen. Zur Herstellung eines rohrförmigen Bauteils aus einem derartigen Faserverbundkunststoff mit thermoplastischem Matrixmaterial soll beispielhaft auf die
DE 10 2008 010 228 A1 und die
DE 10 2007 051 517 A1 verwiesen werden. Aus diesen beiden Schriften ist die sogenannte Flechtpultrusion bekannt, mit der sich insbesondere biege- und torsionssteife Rohrprofile herstellen lassen. Dabei wird ein schlauchförmiges Gewebe, in dem bereits ein thermoplastischer Matrixwerkstoff angeordnet ist, durch eine sogenannte Pultrusionsanlage mit einem oder mehreren Flechträdern beziehungsweise Flechtaugen gezogen und durch Wärmeeintrag konsolidiert. Am Austritt aus der Anlage wird das Halbzeug dann entgratet und abgelängt. Dabei sind annähernd beliebige vorgegebene, jedoch für das jeweilige Werkzeug konstante Profilformen sowie Faserorientierungen realisierbar.
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Derartige Bauteile aus einem faserverstärkten Kunststoffmaterial mit einem thermoplastischen Matrixmaterial weisen dabei die nachfolgenden Vorteile auf:
- – Reduzierung des Bauteilgewichts
- – verbesserte Medien- und Chemikalienbeständigkeit im Vergleich zu Stahl
- – kein zusätzlicher Korrosionsschutz des Bauteils notwendig
- – verbessertes Dämpfungsverhalten des Werkstoffs
- – reduzierte Fertigungszeiten, höhere Effizienz der Fertigung
- – geringere Herstellungskosten
- – fasergerechte leichtbauende Lastweiterleitung.
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Insbesondere beim Einsatz im Bereich des Fahrzeugbaus führt dies zu deutlichen Einsparungen am Fahrzeuggewicht. Dies erlaubt eine deutliche Senkung des Energieverbrauchs des Fahrzeugs pro gefahrenem Kilometer und eine Verkleinerung des Schadstoffausstoßes.
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Drehstäbe beziehungsweise Drehstabfedern oder Wankstabilisatoren sind ebenso 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/oder Querrichtung aufnehmen. Diese Bauteile werden aufgrund der hohen Materialanforderungen hinsichtlich Steifigkeit und Festigkeit, insbesondere bei der Torsionsbelastung, häufig aus hochfesten Federstählen gefertigt und typischerweise als Rohr- oder Vollmaterial ausgeführt. Aus der prioritätsgebenden Patentanmeldung für die hier vorliegenden Patentanmeldung ist es außerdem bekannt, diese Drehstabfedern oder Wankstabilisatoren aus faserverstärktem Kunststoff, insbesondere aus einem im Wesentlichen rohrförmigen Bauteil aus einem faserverstärkten Kunststoffmaterial herzustellen. Dadurch werden ideale Eigenschaften hinsichtlich des Gewichts, der Korrosionsbeständigkeit, der Dämpfungseigenschaften und der im Bereich der Drehstabfeder oder des Wankstabilisators geleiteten Kräfte erzielt.
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Von besonderer Bedeutung ist dabei sowohl bei faserverstärkten Bauteilen an sich als auch bei Drehstabfedern oder Wankstabilisatoren im Besonderen die Anbindung von Lagern an das Bauteil aus faserverstärktem Kunststoffmaterial. Die Aufgabe derartiger Lager besteht darin, Kräfte aufzunehmen und in den Verbund aus Lager und faserverstärktem Bauteil einzuleiten, während die Verstärkungsfasern des faserverstärkten Bauteils dann die Weiterleitung der Kräfte übernehmen. Die Lager müssen dafür sicher und fest mit dem Bauteil aus faserverstärktem Kunststoffmaterial verbunden werden.
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Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, eine Vorrichtung zur Ausbildung eines Lagers anzugeben, welche einfach und effizient eine sehr sichere und zuverlässige Verbindung zu dem Bauteil aus faserverstärktem Kunststoffmaterial ermöglicht.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Lasteinleitelements ergeben sich dabei aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen. Außerdem sind im Anspruch 8 eine Drehstabfeder oder ein Wankstabilisator angegeben, welche eine derartige Vorrichtung zum Ausbilden eines Lagers aufweist. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen dieser Drehstabfeder oder dieses Wankstabilisators sind in den hiervon abhängigen Unteransprüchen angegeben.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung sieht es vor, dass ein Lagerelement, beispielsweise ein Lagerstift oder eine Lagerbuchse, das Material des Bauteils aus faserverstärktem Kunststoffmaterial durchdringt, und dass, um das Bauteil aus dem faserverstärktem Kunststoffmaterial, im Lagerbereich ein Band angeordnet ist, welches in formschlüssigem Kontakt zu dem Lagerelement steht. Das Lagerelement durchdringt also das Material des Bauteils aus faserverstärktem Kunststoffmaterial beispielsweise indem dieses durchbohrt oder in diesem ein Loch ausgestanzt wird. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Fasern beziehungsweise Verstärkungsfasern in dem Material aus dem faserverstärkten Kunststoff dabei nicht durchtrennt, sondern lediglich verdrängt sind. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass in dem noch weichen Matrixmaterial, beispielsweise bei einem duroplastischen Matrixmaterial vor dem Aushärten desselben oder bei einem thermoplastischen Matrixmaterial vor dem Erwärmen und Aufschmelzen des Matrixmaterials, oder auch durch erneutes Erwärmen während des Lochens, die Verstärkungsfasern lediglich verdrängt werden. Dies kann beispielsweise über einen geeigneten Dorn erfolgen, welcher die Fasern verdrängt und so, ohne die Verstärkungsfasern zu zerstören eine Öffnung in dem Lagerbereich des Bauteils ermöglicht. Über diese Öffnung durchdringt dann das Lagerelement das faserverstärkte Bauteil. Die zuletzt genannte vorteilhafte Ausführungsvariante, bei der die Verstärkungsfasern lediglich verdrängt werden, hat dabei den entscheidenden Vorteil, dass hierdurch, anders als wenn die Verstärkungsfasern durchtrennt werden würden, keine Schwächung des Faserverbunds erfolgt. Hierdurch wird erreicht, dass ein fertig konsolidiertes Kunststoffteil sicher mit einem steifen Metallteil verbunden wird.
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Da das Lagerelement zu vergleichsweise starken Kräften im Bereich des Fasermaterials führt, wenn es entsprechend belastet wird, ist zur Verstärkung des Fasermaterials in diesem Bereich ein Band vorgesehen, welches das Bauteil aus dem faserverstärkten Kunststoffmaterial im Lagerbereich umgibt (z. B. umbördelt) und welches in formschlüssigem Kontakt mit dem Lagerelement steht. Die über das Lagerelement in das Bauteil eingetragenen Kräfte werden so nicht nur über die Randbereiche der Öffnung, durch welche das Lagerelement das Bauteil durchdringt, in dasselbe eingetragen, sondern zusätzlich über das Band, welches um das Bauteil im Lagerbereich verläuft und damit zu einer Vergleichmäßigung der eingetragenen Kräfte führt.
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In einer besonders günstigen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Idee ist es dabei vorgesehen, dass das Band als metallisches Band (z. B. aus Edelstahl) ausgebildet ist. Ein solches metallisches Band, welches das Bauteil aus dem faserverstärkten Kunststoffmaterial umgibt, kann das Bauteil sehr gut im Lagerbereich verstärken und kann durch den Formschluss mit dem Lagerelement auf dieses einwirkende Kräfte sehr gut aufnehmen und über den gesamten Lagerbereich des Bauteils verteilt in dieses eintragen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es ferner vorgesehen, dass die Enden des Bandes stoßend oder überlappend ausgebildet sowie form- und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Das Überlappen oder Aneinanderstoßen der Bandenden sowie die form- und/oder stoffschlüssige Verbindung der Bandenden gewährleistet ein dicht anliegendes um den Lagerbereich verlaufendes Band, welches den Lagerbereich entsprechend stützt und umlaufend Druck auf den Lagerbereich ausübt, um diesen zu stabilisieren.
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In einer weiteren günstigen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es darüber hinaus vorgesehen, dass das Bauteil im Lagerbereich im Querschnitt mehrere Materiallagen aufweist. Das Bauteil ist also in dem Bereich, in dem das Lager eingebracht wird, durch mehrere Materiallagen verstärkt. Dies kann beispielsweise bei einem rohrförmigen Bauteil dadurch erfolgen, dass dieses im Lagerbereich in eine flache oder ovale Form verformt wird, sodass das Lagerelement durch die beiden zusammengedrückten gegenüberliegenden Wandungen des Materials aus faserverstärktem Kunststoff hindurchgeführt werden kann.
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Die erfindungsgemäße Drehstabfeder oder der erfindungsgemäße Wankstabilisator für ein Kraftfahrzeug umfasst ein im Wesentlichen rohrförmiges Bauteil aus faserverstärktem Kunststoffmaterial und wenigstens einer Vorrichtung zum Ausbilden eines Lagers an dem Bauteil. Die Vorrichtung zum Ausbilden eines Lagers an dem Bauteil ist dabei nach einer oder mehreren der oben beschriebenen Ausführungsvarianten ausgestaltet. Damit wird eine Drehstabfeder oder ein Wankstabilisator für ein Kraftfahrzeug möglich, welche im Wesentlichen aus dem rohrförmigen Bauteil aus faserverstärktem Kunststoffmaterial als dem Hauptbestandteil der Drehstabfeder bzw. des Wankstabilisators bestehen. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Ausbilden eines Lagers an diesem rohrförmigen Bauteil der Drehstabfeder oder des Wankstabilisators wird sehr einfach und effizient ein Lager an dem rohrförmigen Bauteil realisiert, welches dazu geeignet ist, über entsprechende Hebelelemente in an sich bekannter Art und Weise Lasten einzuleiten, welche aus den zu vermindernden Wankbewegungen des Fahrwerks herrühren. Über die erfindungsgemäße Vorrichtung und das mit ihr ausgebildete Lager lassen sich diese Lasten sicher und zuverlässig in den Bereich des rohrförmigen Bauteils einleiten und werden von dessen Verstärkungsfasern durch das Bauteil hinweg weitergeleitet. Ohne dass ein nennenswerter zusätzlicher Aufwand bei der Herstellung und hinsichtlich des Materials notwendig wäre, lässt sich so die Drehstabfeder bzw. der Wankstabilisator sehr einfach und effizient mit geeigneten Lager versehen.
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In einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Drehstabfeder oder des erfindungsgemäßen Wankstabilisators ist es außerdem vorgesehen, dass wenigstens ein Rohrende des Bauteils zu einer ovalen Form umgeformt ist, welche den Lagerbereich bildet. Insbesondere im Bereich des oder der Rohrenden des rohrförmigen Bauteils aus dem faserverstärkten Kunststoffmaterial können die Enden zu einer geeigneten ovalen Form umgeformt werden. Die ovale Form des ”flachgedrückten” Endes des rohrförmigen Bauteils bildet dann den Lagerbereich, welcher mehrere Materiallagen zur Aufnahme für das Lagerelement bereitstellt und welcher entsprechend von dem erfindungsgemäßen Band ummantelt ist. Um eine genaue Positionierung des anzubindenden Teils zu erreichen, können beim Spritzgussprozess Sicken oder Nasen mit angegossen werden, die dann als Positionierhilfe dienen.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des efindungsgemäßen Aufbaus ergeben sich ferner aus dem nachfolgend anhand der Figuren näher beschriebenen Ausführungsbeispiel.
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Dabei zeigen:
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1 eine Drehstabfeder aus einem im Wesentlichen rohrförmigen Bauteil aus faserverstärktem Kunststoffmaterial;
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2 eine Vorrichtung zur Ausbildung eines Lagers gemäß der Erfindung;
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3 eine Band- und Lagerbuchse gemäß 2;
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4 beispielhafte Ausgestaltungen der Enden des Bandes;
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5 Vorrichtung zum Einbringen einer Durchgangsöffnung durch das faserverstärkte Kunststoffmaterial;
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6 eine Anbindung des Lagers an einen Hebel.
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In der Darstellung der 1 ist rein beispielhaft für ein Bauteil aus faserverstärktem Kunststoffmaterial eine Drehstabfeder 1 für ein Kraftfahrzeug zu erkennen. Die Drehstabfeder 1 besteht im Wesentlichen aus einem rohrförmigen Bauteil 2, welches aus einem faserverstärkten Kunststoffmaterial besteht. Das rohrförmige Bauteil 2 kann beispielsweise durch Flechtpultrusion und/oder Umwickeln eines in dem Bauteil 2 verbleibenden oder verlorenen Kerns hergestellt worden sein. Das Bauteil kann dabei entweder als gerades Rohr hergestellt und anschließend gebogen werden oder es kann durch Umwickeln und/oder Umflechten eines bereits endkonturnah vorgeformten Kerns ausgebildet sein. Als Kerne sind dabei ebenfalls geflochtene Rohre aus faserverstärktem Kunststoffmaterial, Kerne aus geschäumten thermoplastischen Materialien, aber auch Kerne aus Sand, aus dünnen metallischen Hohlprofilen oder generativ hergestellte Kerne, welche beispielsweise durch 3D-Druckverfahren, Lasersintern oder Ähnlichem hergestellt werden, denkbar. Der Kern selbst kann dabei in dem rohrförmigen Bauteil 2 verbleiben oder aus diesem herausgelöst, beispielsweise ausgeschmolzen, mit geeigneten Lösungsmitteln ausgewaschen werden oder dergleichen. Das rohrförmige Bauteil 2 als Hauptbestandteil der Drehstabfeder 1 ist über zwei Aufnahmeelemente 3, welche beispielsweise an das rohrförmige Bauteil 2 angespritzt sind, mit einer nicht dargestellten Aufnahme an einem Fahrzeug verbunden. Dies kann in an sich bekannter Art und Weise analog zu dem bei Drehstabfedern aus Federstahl üblichen Aufbau erfolgen.
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Die beiden Enden des rohrförmigen Bauteils 2 weisen jeweils mit dem rohrförmigen Bauteil 2 verbundene Lagerelemente 4 auf. Diese Lagerelemente 4 sind in der Darstellung der 1 lediglich prinzipmäßig an den Enden des rohrförmigen Bauteils 2 der Drehstabfeder 1 angedeutet. Auf diese wird nachfolgend nun näher eingegangen. Die Lagerelemente 4 können prinzipiell als Lagerstifte oder Lagerbuchsen ausgebildet sein. Für beide gilt im Wesentlichen dasselbe, sodass die wesentlichen Aspekte nachfolgend am Beispiel einer Lagerbuchse als Lagerelement 4 näher beschrieben werden. Die Ausführungen lassen sich von einem Fachmann problemlos auf die analoge Ausführung mit einem Lagerstift als Lagerelement 4 übertragen.
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Das Lagerelement 4 dient dazu, Kräfte in den Bereich des rohrförmigen Bauteils 2 einzuleiten, sodass die Verstärkungsfasern des rohrförmigen Bauteils 2 diese Kräfte durch das Bauteil weiterleiten und entsprechend der Funktionalität der Drehstabfeder 1 dämpfen können. Anders als im Bereich der Aufnahmeelemente 3, welche lediglich zur Lagerung der Drehstabfeder 1 an sich dienen, werden im Bereich der Lagerelemente 4, also vergleichsweise hohe Kräfte eingetragen, beispielsweise über einen hier nicht dargestellten Hebel 5, auf welchen später noch näher eingegangen wird, und welcher bei Drehstabfedern 1 für Kraftfahrzeuge an sich bekannt und üblich ist.
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In der Darstellung der 2 ist beispielhaft eine Vorrichtung zur Ausbildung eines solchen Lagers an dem rohrförmigen Bauteil 2 aus faserverstärktem Kunststoffmaterial zu erkennen. Das rohrförmige Bauteil 2 ist dazu im Bereich des Endes zu einer ovalen Form zusammengedrückt beziehungsweise flachgepresst. Die Vorrichtung zur Ausbildung des Lagers besteht aus einer Lagerbuchse 4 als Lagerelement, welche das Material des rohrförmigen Bauteils 2 in dem flachgedrückten Lagerbereich 7 durchdringt und dabei sowohl durch die eine Wand als auch durch die gegenüberliegende Wand des rohrförmigen Bauteils verläuft. Die Lagerbuchse 4 kann so vergleichsweise große Kräfte in den Bereich des rohrförmigen Bauteils eintragen, da mehrere Materiallagen im Kontakt mit der Lagerbuchse 4 stehen. Ein Band 6, vorzugsweise ein Band aus metallischem Material, umgibt den Lagerbereich 7 zusätzlich und stabilisiert diesen, indem er den Lagerbereich 7 in seiner Form stützt und von außen gleichmäßig Druck auf das Kunststoffmaterial im Lagerbereich 7 ausübt. Das metallische Band 6 steht dabei in formschlüssigem Kontakt zu der Lagerbuchse 4, welche beispielsweise auf der einen Seite in das metallische Band eingeschraubt ist und auf der anderen Seite mit entsprechenden Aussparungen im Bereich des metallischen Bandes 6 korrespondiert. In der Darstellung der 3, in welcher das metallische Band 6 nochmals vor dem Umbördeln des Lagerbereichs 7 dargestellt ist, ist dieser Aufbau mit eingeschraubter (oder eingepresster) Lagerbuchse 4 und entsprechenden Ausnehmungen 8 im Bereich von Enden 9 des Bandes 6 zu erkennen. Das metallische Band 6 selbst kann vorzugsweise aus einem Material ausgebildet sein, welches gegen Korrosion beständig ist, da im Bereich der Drehstabfeder 1 Korrosion, welche insbesondere durch Streusalz und Feuchtigkeit auftritt, nie gänzlich zu vermeiden sein wird. Ergänzend oder alternativ hierzu kann das metallische Material des Bandes 6 auch mit einer geeigneten Beschichtung versehen sein, welche dieses gegenüber Korrosion schützt. Zusätzlich oder ergänzend kann das metallische Band 6, in dem Bereich in dem es mit dem Lagerbereich 7 in Kontakt kommt und/oder indem es mit der Lagerbuchse 4 in Kontakt kommt, eine entsprechende Beschichtung aufweisen, um eine Kontaktkorrosion zwischen den Materialien des rohrförmigen Bauteils 2 und dem metallischen Band 6 einerseits und der Lagerbuchse 4 und dem metallischen Band 6 andererseits zu vermeiden. Sofern für das metallische Band 6 und die Lagerbuchse 4 die gleichen Materialien zum Einsatz kommen, entfällt der Schutz gegen Kontaktkorrosion selbstverständlich in diesem Bereich.
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Die Lagerbuchse 4 selbst kann ebenfalls aus einem metallischen Material ausgebildet sein. In diesem Fall ist auch im Bereich der Kontaktflächen zwischen der Lagerbuchse 4 und dem faserverstärkten Material des Bauteils 2 auf eine entsprechende Beschichtung zur Vermeidung von Kontaktkorrosion zu achten. Alternativ dazu ist es auch möglich, die Lagerbuchse 4 aus einem Kunststoffmaterial oder einem faserverstärkten Kunststoffmaterial auszubilden, um so insbesondere das Recycling zu erleichtern. Bei der Ausgestaltung der Lagerbuchse 4 aus einem thermoplastischen Kunststoffmaterial oder der Ausbildung einer thermoplastischen Beschichtung auf einer beispielsweise metallischen Lagerbuchse 4 und einem thermoplastischen Kunststoffmaterial als Matrixmaterial des faserverstärkten Bauteils 2 kann zusätzlich zu dem Formschluss durch Anschmelzen der Lagerbuchse 4 beziehungsweise ihrer Beschichtung und/oder der die Öffnung im Lagerbereich 7 umgebenden Bereiche ein Stoffschluss erreicht werden.
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In der Darstellung der 4 ist eine alternative Ausgestaltung der Enden 9 des metallischen Bandes 6 zu erkennen. Die beiden Enden 9 weisen in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel eine schwalbenschwanzförmige Ausnehmung 10 an dem einen Ende 9 und einen schwalbenschwanzförmigen Überstand 10 an dem anderen Ende 9 auf. Sie können damit formschlüssig miteinander gefügt und so sicher und zuverlässig um das Bauteil 2 beziehungsweise den Lagerbereich 7 im Bauteil 2 verbunden werden. Alternativ oder ergänzend hierzu sind selbstverständlich andere formschlüssige und/oder stoffschlüssige Möglichkeiten zur Verbindung denkbar. So könnten die Enden 9 beispielsweise „auf Stoß” verschweißt werden oder auch entsprechend verklebt. Auch ein Überlappen der Enden 9 in Kombination mit einem Verkleben, einem Verlöten, einem Verschweißen, einem Durchsetzfügen oder dergleichen sind ebenso denkbar.
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Wie bereits erwähnt, durchdringt die Lagerbuchse 4 das Material des Bauteils 2. Hierfür kann in das Bauteil 2 beispielsweise ein Loch eingestanzt werden. Ein solches eingestanztes Loch hat dabei jedoch immer den Nachteil, dass die Fasern des faserverstärkten Bauteils im Bereich des Loches abgeschnitten und dadurch in ihrer Funktionalität deutlich geschwächt werden.
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Eine besonders günstige und vorteilhafte Alternative zur Ausgestaltung einer Öffnung in dem faserverstärkten Bauteil ist daher das Verdrängen der Verstärkungsfasern im Bereich der geplanten Öffnung, ohne dass diese beschädigt werden. In der Darstellung der 5 ist dieser Vorgang in zwei Schritten dargestellt. In der 5a ist ein Querschnitt durch den Lagerbereich 7 des rohrförmigen Bauteils 2 zu erkennen. Das rohrförmige Bauteil 2 ist in diesem Bereich 7, wie auch in der Darstellung der 2 bereits zu erkennen war, flachgedrückt. Im Inneren des rohrförmigen Bauteils 2 befindet sich bei der hier beispielhaft dargestellten Ausgestaltung zusätzlich ein metallischer Einleger 11, welcher als zusätzliches Verstärkungselement in das Innere des rohrförmigen Bauteils eingebracht werden kann. Der metallische Einleger 11 hat dabei bereits eine Bohrung beziehungsweise Durchgangsöffnung 12, sodass die Lagerbuchse 4 später sowohl die beiden Lagen des faserverstärkten Kunststoffmaterials des Bauteils 2 als auch den metallischen Einleger 11 durchdringt. In der Darstellung der 5b ist eine Draufsicht auf das Material des faserverstärkten Bauteils 2 exemplarisch dargestellt. Die einzelnen Verstärkungsfasern sind dabei überkreuzend angeordnet, beispielsweise gewebt oder insbesondere geflochten.
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In der Darstellung der 5a befindet sich oberhalb des Lagerbereichs 7 ein Dorn 13, welcher dann durch den Lagerbereich 7 und die Bohrung 12 in dem metallischen Einleger 11 hindurchgeführt wird. Dieser Zustand ist in der Darstellung der 5c zu erkennen. Nach dem Entfernen des Dorns 13 hinterlassen die Fasern den in der Darstellung der 5d dargestellten oder einen vergleichbaren Zustand. Die Fasern werden durch den Dorn 13 nicht zerstört, sondern lediglich verdrängt und ordnen sich als verstärkter Bereich um die entstehende Öffnung entsprechend der Bohrung 12 in dem metallischen Einleger 11 an. Diese Vorgehensweise erreicht einen doppelten Effekt hinsichtlich der Verstärkung des Bereichs, über welchen mittels des Lagerelements 4 später die Kräfte in das Bauteil 2 eingeleitet werden. Erstens werden, anders als beim ebenfalls möglichen Stanzen oder Bohren, die einzelnen Verstärkungsfasern nicht zerstört. Zusätzlich dazu ordnen sich die Verstärkungsfasern um den Bereich der Öffnung an und verstärken deren Ränder somit noch mal. Für eine Krafteinleitung durch das später in dieser Öffnung angeordnete Lagerelement 4 entstehen dadurch ideale Voraussetzungen.
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Um ein solches Verdrängen der Verstärkungsfasern zu ermöglichen, muss gewährleistet sein, dass während des in den 5a und c dargestellten Vorgangs die Fasern 2 einigermaßen frei beweglich sind. Dies wird bei einem duroplastischen Matrixmaterial nur dadurch erreicht, dass dieser Verdrängungsvorgang bereits vor dem endgültigen Aushärten der Kunststoffmatrix stattfindet. Bei einem thermoplastischen Matrixmaterial, wie es für das rohrförmige Bauteil 2 der Erfindung vorzugsweise eingesetzt wird, kann das Verdrängen der Verstärkungsfasern vor dem Aufschmelzen des thermoplastischen Matrixmaterials erfolgen oder auch anschließend, indem das thermoplastische Matrixmaterial während des Verdrängens erneut erwärmt wird. Hierfür kann beispielsweise der Dorn 13 entsprechend beheizt ausgebildet sein, beispielsweise elektrisch oder über ein Wärmeträgermedium fluidisch. Ergänzend oder alternativ dazu kann eine Vorwärmung des Lagerbereichs 7 beispielsweise über Infrarotstrahler, Laser oder dergleichen vorgenommen werden. Bei der hier dargestellten Ausführungsform mit dem optionalen metallischen Einleger 11 als Verstärkungselement lässt sich außerdem eine Erwärmung des Einlegers 11 vornehmen, sodass auch hierdurch eine Vorwärmung der thermoplastischen Matrix erfolgt. Selbstverständlich kann das Zusammendrücken der Enden des rohrförmigen Bauteils 2 in die hier dargestellte ovale Querschnittsform im gleichen Arbeitsschritt wie das Verdrängen der Fasern zur Realisierung der Öffnung erfolgen.
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Neben der hier dargestellten Variante mit dem metallischen Einleger 11 als Verstärkungselement ist diese Vorgehensweise selbstverständlich auch ohne diesen Einleger 11 möglich.
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In der Darstellung der 6 ist nun die Anbindung des bereits erwähnten Hebels 5 an der Drehstabfeder 1 gezeigt. Der Hebel 5 wird dabei über ein Lagerelement 14 und eine Schraube 15 mit der Lagerbuchse 4 verbunden. Das Lagerelement 14 steht dann über eine Gleitbuchse 16 in drehbeweglicher Verbindung zu dem Hebel 5. Die Einleitung der Kräfte erfolgt dann über den Hebel 5 und die Verschraubung mit dem Lagerelement 4 in den Bereich des rohrförmigen Bauteils 2. Nach dieser Einleitung der Kräfte über das Lagerelement 4 übernehmen im Wesentlichen die Verstärkungsfasern in dem rohrförmigen Bauteil 2 die Weiterleitung der Kräfte. Da die Verstärkungsfasern eine höhere innere Spannung zulassen als vergleichbare Aufbauten aus Federstahl, können die Hebel 5 entsprechend kürzer gebaut werden, wodurch nochmals Material, und damit Gewicht, und Bauraum eingespart werden kann. Der Aufbau ermöglicht so durch das Lagerelement 4 gemäß der hier dargestellten Ausführungsform eine sehr leichte und kompakt aufgebaute Drehstabfeder 1. Um eine genaue Positionierung des anzubindenden Teils zu erreichen, können beim Spritzgussprozess Sicken oder Nasen mit angegossen werden, die dann als Positionierhilfe dienen.
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Die vorstehenden Beispiele bzgl. der Ausgestaltung einer Drehstabfeder sind in analoger Weise für die Ausgestaltung eines Wankstabilisators oder ähnlicher Bauteile aus faserverstärktem Kunststoffmaterial zu verstehen. So können beispielsweise metallene Lenkungskonsolen an einen Querträger aus faserverstärktem Kunststoffmaterial gefügt werden.
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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 102008010228 A1 [0003]
- DE 102007051517 A1 [0003]
