DE102011079842A1

DE102011079842A1 - Device i.e. transverse stabilizer, for wheel suspension of motor car, has torsion profiles connected with levers under torsion prestresses, which exhibit opposite direction such that prestresses mutually cancel each other

Info

Publication number: DE102011079842A1
Application number: DE102011079842A
Authority: DE
Inventors: Daniel Wolf; Thomas Eiffländer; Stephan Pollmeyer; Jens Heimann; Gabriele Fruhmann
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2011-07-26
Filing date: 2011-07-26
Publication date: 2013-01-31
Anticipated expiration: 2031-07-27
Also published as: DE102011079842B4

Abstract

The device (30) i.e. stabilizer (32), has longitudinal levers (42, 44) arranged at two axial ends of a torsion portion (31), where the device is made of composite material. The torsion portion comprises two torsion profiles (34, 36) that are connected with the longitudinal levers under torsion prestresses, where the torsion prestresses exhibit same magnitude and opposite direction such that the torsion prestresses mutually cancel each other. The profiles are formed with screw thread-shaped or rope-shaped wound reinforcement fiber strands (46) that are surrounded by matrix material. The reinforcement fiber strands are formed from carbon fibers, glass fibers, basalt fibers, plastic fibers or natural fibers, and the matrix material is selected from a group consisting of duroplastic material, thermoplastic material, ceramic material and/or metallic material.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, beispielsweise einen Stabilisator oder einen Verbundlenker für eine Radaufhängung eines Kraftfahrzeugs, mit einem Torsionsabschnitt und zwei an den axialen Enden des Torsionsabschnitts angeordneten Längshebeln, wobei die Vorrichtung mit einem Faserverbundmaterial hergestellt ist.The invention relates to a device, for example a stabilizer or a composite link for a suspension of a motor vehicle, having a torsion portion and two arranged at the axial ends of the Torsionsabschnitts longitudinal levers, wherein the device is made with a fiber composite material.

Gattungsgemäße Stabilisatoren kommen in Kraftfahrzeugen zur Anwendung, um Roll- bzw. Wankbewegungen des Aufbaus um die Fahrzeuglängsachse zu minimieren. Bei einer Abweichung der Winkellage des Kraftfahrzeugaufbaus von der Mittellage bauen die Stabilisatoren ein Torsionsmoment auf, das der Auslenkung entgegenwirkt. Das Torsionsmoment entsteht durch ein in der Regel an zwei Punkten am Kraftfahrzeugaufbau angebundenes Torsionsprofil, an dessen Enden jeweils ein Längshebel zur Anlenkung und Übertragung der Kräfte angeordnet ist. Im Zuge einer weiteren Optimierung des Energieverbrauchs von Kraftfahrzeugen ist es sinnvoll, das Fahrzeuggewicht möglichst gering zu halten. Zur Gewichtsminimierung im Fahrwerksbereich können Stabilisatoren oder auch Verbundlenker der Radaufhängung aus leichten Faserverbundmaterialien genutzt werden.Generic stabilizers are used in motor vehicles to minimize rolling or rolling movements of the structure about the vehicle longitudinal axis. In the case of a deviation of the angular position of the motor vehicle body from the middle position, the stabilizers build up a torsional moment which counteracts the deflection. The torsional moment is created by a torsion profile which is usually connected at two points to the motor vehicle body and at the ends of which a longitudinal lever for articulation and transmission of the forces is arranged. In the course of a further optimization of the energy consumption of motor vehicles, it makes sense to keep the vehicle weight as low as possible. In order to minimize weight in the chassis area, stabilizers or also torsion-beam suspension suspensions made of lightweight fiber composite materials can be used.

Wechselnde Torsionsbelastungen mit Drehwinkeln von bis zu ±15° pro Seite, dass heißt bis zu 30° Gesamttorsion, wie sie zum Beispiel bei Stabilisatoranwendungen auftreten, erfordern bei einer Faserverbundbauweise der Stabilisatoren jedoch einen besonderen Aufbau der Faserverbundmaterial-Lagen. Hierbei sind in Relation zu einer Längsachse eines Torsionsprofils diagonal angeordnete Verstärkungsfasern bzw. Verstärkungsfaserstränge mit einem für eine Torsionsbeanspruchung optimalen Verlaufswinkel zwischen 30° und 60° vorzusehen. Als besonders vorteilhaft hat sich ein Verlaufswinkel der Verstärkungsfaserstränge von ca. 54° erwiesen.Alternating torsional loads with angles of rotation of up to ± 15 ° per side, that is, up to 30 ° total torsion, as occur for example in stabilizer applications, however, require a special structure of the fiber composite layers in a fiber composite construction of the stabilizers. Here, in relation to a longitudinal axis of a Torsionsprofils diagonally arranged reinforcing fibers or reinforcing fiber strands are provided with an optimum for a torsional stress gradient between 30 ° and 60 °. A gradient angle of the reinforcing fiber strands of approximately 54 ° has proved to be particularly advantageous.

Die Verstärkungsfaserstränge sind üblicherweise in eine Matrix eingebettet, die beispielsweise durch das Imprägnieren bzw. das Infiltrieren der Verstärkungsfaseranordnung mit einem duroplastischen oder mit einem thermoplastischen Kunststoffmaterial geschaffen wird. Die Verstärkungsfaserstränge müssen aufgrund der in diesem Anwendungsfall wechselnden Torsionsbelastung mit gleichen Raumanteilen in der so genannten Plusrichtung und der Minusrichtung der Torsionsbelastung ausgerichtet werden. Eine abwechselnde Torsionsbelastung mit entsprechend positiven oder negativen Drehwinkeln des Torsionsprofils führt jedoch dazu, dass auf die eine Hälfte der Stränge der Verstärkungsfasern Kräfte einwirken, die diese einzuschnüren versuchen, während auf die andere Hälfte der gegensinnig orientierten Stränge der Verstärkungsfasern Kräfte einwirken, die diese aufzuspleißen bzw. auszudehnen versuchen. Die Verstärkungsfaser werden mit der Matrix zusammen im Weiteren als Verbund bezeichnet.The reinforcing fiber strands are usually embedded in a matrix, which is provided, for example, by impregnating or infiltrating the reinforcing fiber assembly with a thermoset or thermoplastic plastic material. The reinforcing fiber strands must be aligned with the same spatial proportions in the so-called plus direction and the minus direction of the torsional load due to the changing in this application torsional load. However, an alternating torsional load with correspondingly positive or negative angles of rotation of the torsion profile causes forces acting on one half of the strands of the reinforcing fibers to constrict, while forces act on the other half of the oppositely oriented strands of the reinforcing fibers to split them open try to expand. The reinforcing fiber together with the matrix hereinafter referred to as composite.

Unter dem Begriff einschnürende Kräfte werden solche Kräfte verstanden, welche die Verstärkungsfasern auf Zug belasten und strecken, während aufspleißende Kräfte die Verstärkungsfaser bzw. den Verbund auf Schub belasten und zwischen den gegensinnig gewickelten Faserverstärkungen auftreten.The term constricting forces is understood to mean those forces which stress and stretch the reinforcing fibers, while splitting forces stress the reinforcing fiber or composite and occur between the oppositely wound fiber reinforcements.

Die beschriebenen gegenläufigen Verdrillungen in einem solchen ausgeglichenen Lagenverbund erhöhen das Risiko von Zwischenfaserbrüchen und interlaminaren Scherbrüchen, da die Matrix zwischen den Fasern infolge der sich einschnürenden Faserstränge zwar auf Druck, aufgrund der sich aufspleißenden Faserstränge jedoch auch auf Zug belastet wird. Zur Erzielung einer optimalen Festigkeit sollte die Matrix in einem Faserverbundbauteil jedoch nur auf Druck belastet werden. Wegen des beschriebenen konventionellen Aufbaus von Stabilisatoren oder Verbundlenker aus Faserverbundmaterialien und der damit verbundenen geringen Dauerbetriebsfestigkeit werden solche in der Praxis nur in Einzelfällen eingesetzt. Für torsionssteife Bauteile, wie zum Beispiel Antriebswellen, lässt sich dieses Problem hingegen lösen, weil durch die notwendige hohe Torsionssteifigkeit einer Welle die Verdrehwinkel im Betrieb gering bleiben, so dass Verdrilleffekte zwischen den Lagen des Faserverbundmaterials keinen schädigen Einfluss haben.The contra-twisting described in such a balanced layer composite increases the risk of intermediate fiber breaks and interlaminar shear fractures since the matrix between the fibers is subject to pressure due to the constricting fiber strands but also to tension due to the splicing fiber strands. However, in order to achieve optimum strength, the matrix in a fiber composite component should only be subjected to pressure. Because of the described conventional construction of stabilizers or composite beam of fiber composite materials and the associated low continuous operating strength such are used in practice only in individual cases. For torsion-resistant components, such as drive shafts, this problem can be solved, however, because by the necessary high torsional stiffness of a shaft, the twist angle remain low during operation, so that twisting effects between the layers of the fiber composite material have no harmful effect.

Aus der EP 0 243 191 A1 und aus der WO 2005/028221 A1 sind aus einem Faserverbundmaterial gefertigte Verbundlenker- bzw. Torsionskurbelachsen bekannt, bei denen ein neben seiner Radführungsfunktion auch als Stabilisator wirkendes Torsionsrohr aus einem Faserverbundwerkstoff hergestellt ist.From the EP 0 243 191 A1 and from the WO 2005/028221 A1 are made of a fiber composite composite or Torsionskurbelachsen known in which a force acting in addition to its Radführungsfunktion as a stabilizer torsion tube is made of a fiber composite material.

Aus der DE 39 10 641 A1 ist ferner eine Stabilisatoranordnung für Kraftfahrzeuge mit einem quer zur Fahrzeuglängsachse angeordneten Torsionselement bekannt, das zumindest teilweise aus einem faserverstärkten Kunststoff gebildet ist. Um die Entstehung von Rissen, insbesondere durch Steinschlag und/oder durch eindringende Feuchtigkeit zu verhindern, ist der Stabilisator zumindest bereichsweise mit einer Weichkunststoffumhüllung versehen.From the DE 39 10 641 A1 Furthermore, a stabilizer arrangement for motor vehicles with a transverse to the vehicle longitudinal axis arranged torsion element is known, which is at least partially formed of a fiber-reinforced plastic. In order to prevent the formation of cracks, in particular by falling rocks and / or by penetrating moisture, the stabilizer is at least partially provided with a Weichkunststoffumhüllung.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Stabilisator oder einen Verbundlenker für eine Radaufhängung eines Kraftfahrzeugs vorzustellen, welcher aus einem Faserverbundmaterial hergestellt ist, der betriebsübliche Torsionswinkel aufnehmen kann, und der zugleich eine hohe Ausfallsicherheit gegenüber einer pulsierenden Beanspruchung mit die Richtung wechselnden Torsionskräften, wie sie im normalen Kraftfahrzeugbetrieb auftreten, aufweist.Against this background, the invention has for its object to present a stabilizer or a composite link for a suspension of a motor vehicle, which is made of a fiber composite material that can accommodate normal operating torsion, and at the same time a high reliability against pulsating stress with the direction changing Torsionskräften, as they occur in normal motor vehicle operation having.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch zwei gegensinnig gewickelte Torsionsprofile aus einem Faserverbundwerkstoff, die darüber hinaus jeweils unter einer gleich großen, jedoch entgegengerichteten Vorspannung stehen, die Verstärkungsfaserstränge auch unter dem Einfluss von alternierenden Torsionslasten im Betrieb ausschließlich mit Kräften belastet werden, die in Einschnürrichtung wirken, so dass auf die Matrix des Verbundwerkstoffes nur belastungsoptimale Druckspannungen einwirken.The invention is based on the finding that, by virtue of two oppositely wound torsion profiles made of a fiber composite material, which are each under an equal but opposite bias, the reinforcing fiber strands are loaded with forces only under the influence of alternating torsional loads during operation, which are in Einschnürrichtung act, so act on the matrix of the composite material only stress optimal compressive stresses.

Die Erfindung geht demnach aus von einer Vorrichtung, beispielsweise ein Stabilisator oder ein Verbundlenker für eine Radaufhängung eines Kraftfahrzeugs, mit einem Torsionsabschnitt und zwei an den axialen Enden des Torsionsabschnitts angeordneten Längshebeln, wobei die Vorrichtung mit einem Faserverbundmaterial hergestellt ist. Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist vorgesehen, dass der Torsionsabschnitt mindestens zwei miteinander verbundene Torsionsprofile aufweist, dass die Torsionsprofile unter einer Torsions-Vorspannung stehend mit den beiden Längshebeln verbunden sind, und dass die Torsions-Vorspannungen in den mindestens zwei Torsionsprofilen vom Betrag identisch jedoch entgegengesetzt gerichtet sind, so dass sie sich gegenseitig aufheben.The invention is therefore based on a device, for example a stabilizer or a composite link for a suspension of a motor vehicle, with a torsion section and two longitudinal levers arranged at the axial ends of the torsion section, the device being produced with a fiber composite material. To achieve the object, it is provided that the torsion section has at least two interconnected torsion profiles, that the torsion profiles are connected under a torsional bias standing with the two longitudinal levers, and that the torsional biases in the at least two torsional profiles of the amount identical but opposite are directed so that they cancel each other out.

Durch diesen Aufbau werden die eingangs beschriebenen kritischen Belastungszustände innerhalb des Faserverbundwerkstoffes vermieden und es sind zugleich große Verdrehwinkel der Stabilisatorenden von bis zu ±15° pro Seite erreichbar. Zugleich wird das Risiko von Faserbrüchen und interlaminaren Scherbrüchen infolge der beim Betrieb eines Kraftfahrzeugs in der Regel auftretenden auf- und abschwellenden Torsionsbelastung erheblich reduziert. Die Vorrichtung kann gleichermaßen als Stabilisator oder als Verbundlenker in eine vorgegebene Radaufhängung eines Kraftfahrzeuges integriert werden.As a result of this construction, the critical load states described above within the fiber composite material are avoided, and at the same time large angles of rotation of the stabilizer ends of up to ± 15 ° per side can be achieved. At the same time the risk of fiber breakage and interlaminar shear fractures due to the occurring during operation of a motor vehicle usually up and down swelling torsional load is significantly reduced. The device can equally be integrated as a stabilizer or as a composite link in a given suspension of a motor vehicle.

Die mindestens zwei Torsionsprofile sind als Vollzylinder oder als Hohlzylinder unter Verwendung eines Faserverbundwerkstoffs hergestellt, wobei ein Torsionsprofil mit einer z. B. positiven Vorspannung und das andere mit einer gleich großen, jedoch entgegengerichteten negativen Vorspannung beaufschlagt ist. Die Torsions-Vorspannungen können z. B. durch das Verdrehen der fertigen Torsionsprofile um einen Vorspannungswinkel von ±γ_Vor erzeugt werden, bevor die Torsionsprofile mit den Längshebeln verbunden werden, so dass sich die Torsions-Vorspannungen in ihrer Außenwirkung gegenseitig vollständig aufheben. Andere, hiervon abweichende Querschnittsgeometrien sind gleichfalls möglich.The at least two torsion profiles are produced as a solid cylinder or as a hollow cylinder using a fiber composite material, wherein a Torsionsprofil with a z. B. positive bias and the other with an equal, but opposite negative bias is applied. The torsional biases can z. B. by the rotation of the finished torsion profiles by a bias angle of ± γ _{Before be} created before the torsion profiles are connected to the longitudinal levers, so that cancel the torsion biases each other in their external effect completely. Other deviating cross-sectional geometries are also possible.

Die Vorspannung innerhalb der Torsionsprofile ist so gewählt, dass bei einem maximalem Torsionswinkel γ der Vorrichtung bzw. des Stabilisators eines der beiden Torsionsprofile belastet wird, während das gegensinnig gewundene Torsionsprofil entsprechend entlastet wird, wobei jedoch stets eine Restvorspannung im entlasteten Torsionsprofil verbleibt und das belastete Torsionsprofil noch über eine hinreichende Versagenssicherheit verfügt. Hierdurch ist sichergestellt, dass sich die Verstärkungsfasern im Matrixmaterial der Torsionsprofile unabhängig von Größe und Richtung des einwirkenden Torsionswinkels bzw. des resultierenden Torsionsmomentes nur einschnüren und nicht aufspleißen, so dass das Matrixmaterial nur auf Druck belastet wird.The bias within the Torsionsprofile is chosen so that at a maximum torsion angle γ of the device or the stabilizer one of the two Torsionsprofile is charged while the oppositely wound torsion profile is relieved accordingly, but always a residual bias in the unloaded torsion remains and the loaded Torsionsprofil still has a sufficient failure safety. This ensures that the reinforcing fibers in the matrix material of the torsion profiles only constrict and do not splice, irrespective of the size and direction of the acting torsion angle or of the resulting torsional moment, so that the matrix material is only subjected to pressure.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Vorrichtung sieht vor, dass die mindestens zwei Torsionsprofile mit im Wesentlichen schraubengewindeförmig oder seilförmig gewickelten Verstärkungsfasersträngen (Rovings) gebildet sind, die von einem Matrixmaterial umgeben sind. Aufgrund dieser lastflussgerechten Anordnung der Verstärkungsfaserstränge erlaubt die erfindungsgemäße Vorrichtung hohe Verdrehwinkel γ bei einem zugleich geringen Gewicht. Die Verstärkungsfaserstränge bestehen ihrerseits aus einer Vielzahl von im Wesentlichen parallel zueinander verlaufenden, diskreten Verstärkungsfaserfilamente. Die Verstärkungsfaserstränge sind vorzugsweise in der Art eines Seils miteinander verseilt bzw. verdrillt, und sind zur Schaffung der Torsionsprofile mit einem geeigneten, mechanisch hinreichend belastbaren Matrixmaterial infiltriert bzw. in dieses eingebettet. Das Torsionsprofil kann zusätzlich zu den spiralförmig gewundenen Verstärkungsfasersträngen, insbesondere parallel zu einer Längsachse des Torsionsprofils, unidirektionale Fasern, d. h. koaxiale Fasern aufweisen.An advantageous embodiment of the device provides that the at least two torsion profiles are formed with reinforcing fiber strands (rovings) wound essentially helically or in a rope shape and surrounded by a matrix material. Because of this load flow-compatible arrangement of the reinforcing fiber strands, the device according to the invention allows high angles of rotation γ with a simultaneously low weight. The reinforcing fiber strands, in turn, consist of a plurality of substantially parallel discrete reinforcing fiber filaments. The reinforcing fiber strands are preferably stranded or twisted together in the manner of a rope, and are infiltrated or embedded in a suitable, mechanically sufficiently loadable matrix material to create the torsion profiles. The torsion profile, in addition to the spirally wound reinforcing fiber strands, in particular parallel to a longitudinal axis of the torsion profile, unidirectional fibers, d. H. have coaxial fibers.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterentwicklung der Vorrichtung sind die Verstärkungsfaserstränge im ersten Torsionsprofil im Wesentlichen rechtsgängig und im zweiten Torsionsprofil im Wesentlichen linksgängig gewunden. Dabei sind die mindestens zwei Torsionsprofile derartig vorgespannt mit den beiden Längshebeln verbunden, dass die jeweilige Torsions-Vorspannung in der Wickelrichtung der Verstärkungsfaserstränge des jeweiligen Torsionsprofils wirkt, so dass ein rechtsgängig gewickeltes Torsionsprofil mit einem rechtsdrehenden Torsionsmoment und ein linksgängig gewickeltes Torsionsprofil mit einem linksdrehenden Torsionsmoment belastet ist.According to an advantageous further development of the device, the reinforcing fiber strands in the first torsion profile are substantially right-handed and in the second torsion profile are wound essentially left-handed. In this case, the at least two torsion profiles are biased connected to the two longitudinal levers that the respective torsion bias in the winding direction of the reinforcing fiber strands of the respective Torsionsprofils acts so that a right-handed twisted torsion loaded with a clockwise torsional and a left-handed twisted Torsionsprofil with a left-handed torsional moment is.

Aufgrund der gegensinnigen Verseilung der Verstärkungsfaserstränge in den beiden Torsionsprofilen ergibt sich in Verbindung mit den gleichfalls entgegengerichteten Torsions-Vorspannungen innerhalb der Torsionsprofile eine nahezu vollständige Unempfindlichkeit der Vorrichtung bzw. des Stabilisators gegenüber Torsionswinkeln mit schnell wechselnder Größe und Richtung.Due to the opposite stranding of the reinforcing fiber strands in the two Torsionsprofilen results in conjunction with the likewise oppositely directed torsional biases within the Torsionsprofile almost complete insensitivity of the device or the Stabilizer against torsion angles with rapidly changing size and direction.

Der innere Aufbau der Torsionsprofile folgt beispielsweise im Wesentlichen dem Aufbau eines herkömmlichen Stahlseiles mit verdrillten Litzen aus Draht und mindestens einer darin eingebetteten Einlage, wobei an die Stelle der Litzen und der Einlage hier die miteinander verdrillten bzw. verwundenen oder koaxial verlaufenden Verstärkungsfaserstränge treten. Die Verstärkungsfaserstränge können aber auch um eine koaxiale, rohrartige Einlage gewickelt sein, die selbst aus gewickelten und/oder unidirektional ausgerichteten Verstärkungsfasern aufgebaut ist Bei einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung ist vorgesehen, dass die mindestens zwei Torsionsprofile mittels mindestens einer vorzugsweise mittig angeordneten drehelastischen Anbindungsvorrichtung verbunden sind. Die drehelastische Kopplung zwischen den Torsionsprofilen mittels der Anbindungsvorrichtung erhöht die Knicksteifigkeit der Torsionsprofile im Fall einer Druckbelastung. Die mindestens eine Anbindungsvorrichtung kann aus einem elastischen Material, wie zum Beispiel Gummi oder einem anderen elastischen Kunststoffmaterial, gefertigt werden. Alternativ dazu kann auch ein federelastisches metallisches Material zum Einsatz kommen.For example, the internal structure of the torsion profiles essentially follows the structure of a conventional steel cord with twisted strands of wire and at least one insert embedded therein, with the reinforcing fiber strands twisted together or twisted or coaxially extending into place of the strands and the insert. However, the reinforcing fiber strands can also be wound around a coaxial tube-like insert which is itself constructed of wound and / or unidirectionally oriented reinforcing fibers. In a further embodiment of the device, it is provided that the at least two torsion profiles are connected by means of at least one preferably rotationally elastic connection device , The torsionally flexible coupling between the torsion profiles by means of the connection device increases the buckling stiffness of the torsion profiles in the event of a pressure load. The at least one attachment device may be made of an elastic material, such as rubber or another elastic plastic material. Alternatively, a resilient metallic material can be used.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Vorrichtung sind die mindestens zwei Torsionsprofile parallel nebeneinander angeordnet. Dabei kann vorgesehen sein, dass die mindestens zwei Torsionsprofile in Bezug zur Fahrzeuglängsachse hintereinander versetzt angeordnet sind. Hierdurch ist eine konstruktiv einfache Integration der Vorrichtung in eine vorgegebene Radaufhängung eines Kraftfahrzeugs möglich. Die Fahrzeuglängsachse verläuft hierbei unter einem Winkel von 90° zu einer Längsachse der Vorrichtung bzw. der Torsionsprofile. Alternativ dazu können die Torsionsprofile auch übereinander, also parallel zu einer Hochachse des Kraftfahrzeugs angeordnet sein.According to another advantageous embodiment of the device, the at least two torsion profiles are arranged parallel to each other. It can be provided that the at least two torsion profiles are arranged offset one behind the other in relation to the vehicle longitudinal axis. As a result, a structurally simple integration of the device in a given suspension of a motor vehicle is possible. The vehicle longitudinal axis in this case extends at an angle of 90 ° to a longitudinal axis of the device or the torsion profiles. Alternatively, the torsion profiles can also be arranged one above the other, ie parallel to a vertical axis of the motor vehicle.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung sind die mindestens zwei Torsionsprofile koaxial ineinander angeordnet. Infolge dieser Weiterbildung ergibt sich eine Platz sparende Konstruktion, die vor allem für begrenzte Einbauräume in Kraftfahrzeugen geeignet ist. Hierbei sind die Wandstärken der Torsionsprofile so gewählt, dass sich in den Torsionsprofilen ungefähr die gleichen Flächenträgheitsmomente ergeben.According to a further advantageous embodiment of the device, the at least two torsion profiles are arranged coaxially with one another. As a result of this development results in a space-saving design, which is particularly suitable for limited installation space in motor vehicles. In this case, the wall thicknesses of the torsion profiles are selected such that approximately the same area moments of inertia result in the torsion profiles.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung gemäß der Erfindung sind die axialen Enden der mindestens zwei Torsionsprofile jeweils mittels eines Scharniers an die Längshebel angelenkt, wobei das Scharnier um die Fahrzeuglängsachse schwenkbar oder biegeweich ausgebildet ist. Hierdurch ist unter anderem eine um die Fahrzeuglängsachse gelenkige Anbindung der Torsionsprofile an die Längshebel gegeben.In a further advantageous embodiment of the device according to the invention, the axial ends of the at least two torsion profiles are articulated in each case by means of a hinge to the longitudinal lever, wherein the hinge about the vehicle longitudinal axis is formed pivotable or pliable. As a result, inter alia, an articulated about the vehicle longitudinal axis connection of the torsion profiles is given to the longitudinal lever.

Gemäß einer anderen Weiterbildung der Vorrichtung sind die Verstärkungsfaserstränge aus Kohlefasern, Glasfasern, Basaltfasern, Kunststofffasern, Naturfasern oder mit einer Kombination von mindestens zwei der genannten Verstärkungsfasern gebildet. Als weitere Arten von Verstärkungsfasern kommen unter anderem Aramide-Fasern, andere Mineralfasern oder auch recyclingfähige Sisalfasern in Betracht.According to another development of the device, the reinforcing fiber strands are formed from carbon fibers, glass fibers, basalt fibers, synthetic fibers, natural fibers or with a combination of at least two of said reinforcing fibers. Other types of reinforcing fibers include aramid fibers, other mineral fibers or even recyclable sisal fibers.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das Matrixmaterial ein duroplastisches Kunststoffmaterial, ein thermoplastisches Kunststoffmaterial, ein keramisches Material, ein metallisches Material oder eine Kombination von mindestens zwei der genannten Materialien.According to a further advantageous embodiment, the matrix material is a thermosetting plastic material, a thermoplastic plastic material, a ceramic material, a metallic material or a combination of at least two of said materials.

Insbesondere mit kohlefaserarmierten, duroplastischen oder thermoplastischen Kunststoffen können Torsionsprofile hergestellt werden, die bei Verdrehwinkeln von bis zu ±15° hohe Drehmomente aufnehmen können, die korrosionsfest sowie wartungsarm sind, und die zugleich nur ein geringes Gewicht aufweisen. Als duroplastisches Matrixmaterial sind beispielsweise Epoxydharze oder Polyesterharze geeignet.In particular, with carbon fiber reinforced, thermoset or thermoplastic plastics torsion profiles can be produced, which can accommodate high torques at angles of rotation of up to ± 15 °, which are corrosion resistant and low maintenance, and at the same time have only a low weight. As a thermosetting matrix material, for example, epoxy resins or polyester resins are suitable.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnung an einer Ausführungsform näher erläutert. Darin zeigtThe invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings of an embodiment. It shows

1 die Anordnung eines Stabilisators in einer bekannten McPherson-Vorderachse, 1 the arrangement of a stabilizer in a known McPherson front axle,

2 eine vereinfachte Darstellung der wesentlichen Kräfte und Momente an einem Stabilisator gemäß 1, 2 a simplified representation of the essential forces and moments on a stabilizer according to 1 .

3 eine schematische Draufsicht auf einen erfindungsgemäß ausgebildeten, gegensinnig vorgespannten Stabilisator mit Stabilisatorprofilen aus einem Faserverbundmaterial, 3 a schematic plan view of an inventively designed, oppositely biased stabilizer with stabilizer profiles made of a fiber composite material,

4 eine prinzipielle Schnittdarstellung entlang der Schnittlinie IV-IV in der 3, 4 a schematic sectional view along the section line IV-IV in the 3 .

5 ein Diagramm mit einem typischen Momentenverlauf innerhalb des erfindungsgemäßen Stabilisators bei unterschiedlich großen Torsionswinkeln γ, 5 a diagram with a typical moment course within the stabilizer according to the invention at different torsional angles γ,

6 eine Weiterbildung eines erfindungsgemäßen Stabilisators mit einer drehelastischen Anbindung zwischen den beiden Torsionsprofilen sowie einer gelenkigen Anbindung an seine beiden Längshebel, 6 a development of a stabilizer according to the invention with a torsionally elastic connection between the two torsion profiles and an articulated connection to its two longitudinal levers,

7 eine schematische Schnittdarstellung entlang der Schnittlinie VII-VII in der 6, und 7 a schematic sectional view taken along section line VII-VII in the 6 , and

8 eine vereinfachte Schnittdarstellung durch ein Scharnier zur gelenkigen Ankopplung der Torsionsprofilenden an die Längshebel entlang der Schnittlinie VIII-VIII in der 6. 8th a simplified sectional view through a hinge for articulated coupling of Torsionsprofilenden to the longitudinal lever along the section line VIII-VIII in the 6 ,

1 veranschaulicht die Einbaulage eines herkömmlichen Stabilisators in einer McPherson-Vorderachse. Die McPherson-Vorderachse 10 eines nicht dargestellten Kraftfahrzeugs umfasst unter anderem zwei, jeweils mit einem Querlenker 12 verbundne Vorderräder 14 sowie zwei Federbeine 16 mit nicht bezeichneten Feder- und Dämpfungselementen. Ein Koordinatensystem 18 veranschaulicht die Lage sämtlicher Komponenten im Raum. Die x-Achse des Koordinatensystems 18 verläuft parallel zu der Fahrzeuglängsachse und ist der normalen Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs entgegen gerichtet. Die z-Achse verläuft parallel zur Fahrzeughochachse, während die y-Achse parallel zur Fahrzeugquerachse verläuft. Ein Stabilisator 20 weist an den nicht bezeichneten axialen Enden seines Torsionsabschnitts jeweils eine Längskurbel 22 zur Anlenkung an die Federbeine 16 bzw. an die Querlenker 12 auf. Die Kraftüberleitung von dem Stabilisator 20 auf den nicht eingezeichneten Aufbau des Kraftfahrzeugs geschieht über zwei Anbindungen 24, die als Schellen mit Gummieinlage ausgebildet sein können. Durch den Stabilisator 20 wird, wie eingangs beschrieben, insbesondere unerwünschten Wankbewegungen des Kraftfahrzeugaufbaus um die x-Achse durch ein Tordieren seines Torsionsabschnitts entgegengewirkt. 1 illustrates the mounting position of a conventional stabilizer in a McPherson front axle. The McPherson front axle 10 a motor vehicle, not shown, including two, each with a wishbone 12 connected front wheels 14 and two struts 16 with unspecified spring and damping elements. A coordinate system 18 illustrates the location of all components in the room. The x-axis of the coordinate system 18 runs parallel to the vehicle longitudinal axis and is directed in the normal direction of travel of the motor vehicle. The z-axis is parallel to the vehicle's vertical axis, while the y-axis is parallel to the vehicle's transverse axis. A stabilizer 20 has a longitudinal crank at the non-designated axial ends of its Torsionsabschnitts respectively 22 for articulation to the struts 16 or to the wishbone 12 on. The force transfer from the stabilizer 20 on the not shown construction of the motor vehicle is done via two connections 24 , which can be designed as clamps with rubber insert. Through the stabilizer 20 is, as described above, in particular counteracted unwanted rolling movements of the motor vehicle body about the x-axis by twisting its Torsionsabschnitts.

Die 2 zeigt die wesentlichen Kräfte und Momente an einem solchen Stabilisator 20. Das Koordinatensystem 18 veranschaulicht die Lage im Raum. Infolge des Wankwinkels φ zwischen der xy-Ebene (Fahrebene des Kraftfahrzeugs) und einem nicht eingezeichneten Aufbau (Karosserie) eines Kraftfahrzeugs entstehen an den Längskurbeln 22 des Stabilisators 20 jeweils entgegengerichtete Torsionskräfte F, die zur Verwindung der nicht bezeichneten Enden des Stabilisators 20 jeweils um die Torsionswinkel ±γ/2 um die y-Achse bzw. die Fahrzeugquerachse herum führen. Der solchermaßen tordierte Stabilisator 20 wirkt im Ergebnis der unerwünschten Wankbewegung entgegen. Der Stabilisator 20 weist über seinen Torsionsabschnitt, also entlang der y-Achse, eine Länge s (Spurweite) auf, während seine Kurbelarme 22 jeweils eine Länge b aufweisen. Für den Wankwinkel φ und die Torsionswinkel γ gilt dann die Gleichung φ × (s/2) = (γ/2) × b.The 2 shows the essential forces and moments on such a stabilizer 20 , The coordinate system 18 illustrates the situation in the room. As a result of the roll angle φ between the xy plane (driving plane of the motor vehicle) and a non-marked structure (body) of a motor vehicle arise on the longitudinal cranks 22 of the stabilizer 20 respectively opposing torsional forces F, for twisting the non-designated ends of the stabilizer 20 each about the torsion angle ± γ / 2 about the y-axis or the vehicle transverse axis around. The thus twisted stabilizer 20 As a result, counteracts the unwanted rolling motion. The stabilizer 20 has over its Torsionsabschnitt, ie along the y-axis, a length s (track), while its crank arms 22 each have a length b. For the roll angle φ and the torsion angle γ, the equation φ × (s / 2) = (γ / 2) × b then applies.

3 zeigt in einer schematischen Darstellung eine erfindungsgemäße Vorrichtung 30, die hier exemplarisch als ein Quer-Stabilisator 32 für eine Radaufhängung eines Kraftfahrzeugs ausgebildet ist. Alternativ dazu kann die Vorrichtung 30 z. B. auch als Verbundlenker innerhalb einer Radaufhängung eines Kraftfahrzeuges dienen. Das Koordinatensystem 18 veranschaulicht wiederum die Lage der Komponenten im Raum. Der Stabilisator 32 weist einen Torsionsabschnitt 31 mit zwei parallel zueinander angeordnete Torsionsprofile 34, 36 auf, die hier als massive zylindrische Stäbe aus einem Faserverbundwerkstoff ausgebildet sind. Die ersten Enden 38, 40 der beiden Torsionsprofile 34, 36 sind jeweils starr mit einem ersten Längshebel 42 verbunden. Entsprechend sind die hiervon wegweisenden zweiten Enden 38' bzw. 40' der beiden Torsionsprofile 34, 36 jeweils mit einem zweiten Längshebel 44 verbunden. Die durch die beiden Torsionsprofile 34, 36 miteinander verbundenen Längshebel 42, 44 sind in einem nicht bezeichneten Abstand parallel zur x-Achse (Fahrzeuglängsachse) angeordnet, während die beiden Torsionsprofile 34, 36 in einem verhältnismäßig kleinen, nicht bezeichneten Abstand zueinander parallel zur y-Achse (Fahrzeugquerachse) angeordnet sind. Infolge des geringen Abstandes zwischen den beiden Torsionsprofilen 34, 36 ergibt sich ein vergleichsweise Raum sparender Aufbau des Stabilisators 32 in x-Richtung. 3 shows a schematic representation of a device according to the invention 30 , here exemplified as a cross-stabilizer 32 is designed for a suspension of a motor vehicle. Alternatively, the device may 30 z. B. also serve as a composite link within a suspension of a motor vehicle. The coordinate system 18 again illustrates the location of the components in the room. The stabilizer 32 has a torsion section 31 with two mutually parallel torsion profiles 34 . 36 on, which are formed here as massive cylindrical rods made of a fiber composite material. The first ends 38 . 40 the two torsion profiles 34 . 36 are each rigid with a first longitudinal lever 42 connected. Accordingly, the pioneering second ends 38 ' respectively. 40 ' the two torsion profiles 34 . 36 each with a second longitudinal lever 44 connected. The through the two torsion profiles 34 . 36 interconnected longitudinal lever 42 . 44 are arranged at an undefined distance parallel to the x-axis (vehicle longitudinal axis), while the two torsion profiles 34 . 36 are arranged in a relatively small, unspecified distance from each other parallel to the y-axis (vehicle transverse axis). Due to the small distance between the two torsion profiles 34 . 36 results in a comparatively space-saving design of the stabilizer 32 in X direction.

Zumindest die beiden Torsionsprofile 34 und 36 sind erfindungsgemäß aus einem mechanisch hoch belastbaren Faserverbundmaterial gefertigt. Dieses Faserverbundmaterial ist mit einer Vielzahl von Verstärkungsfasersträngen 46, wie zum Beispiel Kohlefaser- oder Glasfaserstränge gebildet, die lagenweise um Längsachsen 48, 50 der Torsionsprofile 34, 36 herum miteinander verseilt bzw. aufgewickelt sind, und die mit einem Matrixmaterial imprägniert bzw. infiltriert sind. Der innere Aufbau der Torsionsprofile 34, 36 mit den Verstärkungsfasersträngen bzw. Verstärkungsfaserbündeln ist hierbei mit dem Aufbau eines konventionellen Stahlseils mit verseilten Litzen und mit mindestens einer zentralen Einlage vergleichbar, wobei an die Stelle der Litzen und der Einlagen die Verstärkungsfaserstränge treten. Als Matrixmaterial kommen zum Beispiel Epoxydharze oder Polyesterharze in Betracht. Alternativ dazu können thermoplastische Kunststoffe oder mineralische Materialien als Matrixmaterial eingesetzt werden.At least the two torsion profiles 34 and 36 are made according to the invention of a mechanically highly resilient fiber composite material. This fiber composite is made with a variety of reinforcing fiber strands 46 , such as carbon fiber or glass fiber strands formed in layers by longitudinal axes 48 . 50 the torsion profiles 34 . 36 are wound around each other and are impregnated with a matrix material or infiltrated. The internal structure of the torsion profiles 34 . 36 with the reinforcing fiber strands or reinforcing fiber bundles is hereby comparable to the structure of a conventional steel cable with stranded strands and at least one central insert, wherein the reinforcing fiber strands take the place of the strands and the deposits. Suitable matrix materials are, for example, epoxy resins or polyester resins. Alternatively, thermoplastics or mineral materials may be used as the matrix material.

Abweichend von der dargestellten vollzylindrischen Form können die beiden Torsionsprofile 34, 36 auch als Hohlzylinder oder mit hiervon abweichenden Querschnittsgeometrien ausgeführt sein. Von wesentlicher Bedeutung für die Funktion des Stabilisators 32 ist, dass die Verstärkungsfaserstränge 46 in dem einen Torsionsprofil 34 im Wesentlichen vollständig rechtsgängig gewickelt sind, während die Verstärkungsfaserstränge 46 im anderen Torsionsprofil 36 im Wesentlichen durchgehend linksgängig gewickelt sind. Ein Teil der Verstärkungsfaserstränge 46 kann innerhalb der Torsionsprofile 34, 36 auch parallel zu deren Längsachsen 48, 50 verlaufen. Nicht bezeichnete Wicklungswinkel zwischen den Verstärkungsfasersträngen 46 und den Längsachsen 48, 50 der Torsionsprofile 34, 36 liegen in einem Bereich zwischen 30° und 60°, bevorzugt jedoch bei 54°.Notwithstanding the illustrated fully cylindrical shape, the two Torsionsprofile 34 . 36 be designed as a hollow cylinder or with deviating cross-sectional geometries. Essential for the function of the stabilizer 32 is that the reinforcing fiber strands 46 in the one torsion profile 34 essentially completely right-handed wound while the reinforcing fiber strands 46 in the other torsion profile 36 essentially continuously left-handed wound. Part of the reinforcing fiber strands 46 can be inside the torsion profiles 34 . 36 also parallel to their longitudinal axes 48 . 50 run. Unspecified winding angle between the reinforcing fiber strands 46 and the longitudinal axes 48 . 50 the torsion profiles 34 . 36 lie in a range between 30 ° and 60 °, but preferably at 54 °.

4 zeigt eine Querschnittsdarstellung durch den Stabilisator 32 gemäß der Schnittlinie IV-IV in 3. Die beiden Torsionsprofile 34, 36 des Stabilisators 32 mit einer jeweils kreisförmigen Querschnittsgeometrie sind mit dem hier nur sichtbaren ersten Längshebel 42 verbunden. Für die Funktion des erfindungsgemäßen Stabilisators 32 ist es ferner von Bedeutung, dass die beiden Torsionsprofile 34, 36 jeweils unter einer gleich großen, jedoch entgegengerichtet wirkenden mechanischen Torsions-Vorspannungen 52, 54 verbaut sind. Zur Veranschaulichung der beiden Torsions-Vorspannungen 52, 54 sind in 3 die entgegengerichteten Torsionskräfte +F und –F eingezeichnet. 4 shows a cross-sectional view through the stabilizer 32 according to the section line IV-IV in 3 , The two torsion profiles 34 . 36 of the stabilizer 32 with a respective circular cross-sectional geometry are with the only visible here first longitudinal lever 42 connected. For the function of the stabilizer according to the invention 32 It is also important that the two torsion profiles 34 . 36 each under a same size, but oppositely acting mechanical torsional biases 52 . 54 are installed. To illustrate the two torsional biases 52 . 54 are in 3 the opposing torsional forces + F and -F marked.

Die entgegengerichteten, jedoch betragsmäßig gleich großen Torsions-Vorspannungen 52, 54, welche zu entsprechenden Vorspannungs-Torsionsmomenten M₁ vor und M₂ vor in den Torsionsprofilen führen, heben sich im Ruhezustand bzw. in der Einbaulage des Stabilisators 32 gegenseitig im Wesentlichen vollständig auf. Die Torsions-Vorspannungen, 54 können dadurch aufgebaut und fixiert sein, dass die Torsionsprofile 34, 36 vor dem Zusammenbau mit den Längshebeln 42, 44 jeweils entgegengesetzt um einen Vorspannungswinkel ±γ_Vor um die Längsachsen 48, 50 der Torsionsprofile 34, 36 verdreht bzw. tordiert werden.The opposite but equal magnitude torsional biases 52 . 54 , which lead to corresponding prestressing torsional moments M ₁ before and M ₂ ago in the Torsionsprofilen, stand in the resting state or in the installation position of the stabilizer 32 essentially completely on each other. The torsional biases, 54 can be constructed and fixed by the torsion profiles 34 . 36 before assembly with the longitudinal levers 42 . 44 each opposite to a bias angle ± γ _Before around the longitudinal axes 48 . 50 the torsion profiles 34 . 36 twisted or twisted.

Infolge der z. B. definitionsgemäß positiven Torsions-Vorspannungen 52 werden die im Wesentlichen durchgängig rechtsgängig gewickelten Verstärkungsfaserstränge im ersten Torsionsprofil 34 mit einer in Einschnürrichtung wirkenden Kraft belastet. Dieselbe Wirkung hat die dann negativ zu definierende Vorspannung 54 auf die im Wesentlichen linksgängig gewickelten Verstärkungsfaserstränge des zweiten Torsionsprofils 36, welches dann ebenfalls mit einer in Einschnürrichtung wirkenden Kraft belastet ist.As a result of z. B. by definition positive torsional biases 52 become the substantially continuous right-handed wound reinforcing fiber strands in the first torsion profile 34 loaded with a force acting in the direction of constriction. The same effect has the then negative to be defined bias 54 to the substantially left hand wound reinforcing fiber strands of the second torsion profile 36 , which is then also loaded with a force acting in the direction of constriction.

Die Größe bzw. die Stärke der Torsions-Vorspannungen 52, 54 ist hierbei so bemessen, dass in der Matrix der Torsionsprofile 34, 36 unabhängig von dem vom Stabilisator 32 maximal aufzunehmenden Torsionswinkel γ keine Zugspannungen auftreten. Frei vom jeweils eingestellten Torsionswinkel γ ist die Matrix im Faserverbundmaterial der Torsionsprofile 34, 36 demnach nur belastungsoptimalen Druckkräften ausgesetzt. Diese Druckkräfte ändern sich bei einem Wankausgleich von einem vorspannungsbestimmten Minimalwert in der Nichtauslenkungslage des Fahrzeugaufbaus zu einem wankbestimmten Maximalwert bei einer maximalen Wankauslenkung des Fahrzeugaufbaus gegenüber dem Fahrzeugrad bzw. der Fahrbahn. Ein mechanisches Versagen des Stabilisators 32, wie es beim Betrieb eines Kraftfahrzeugs unter wechselnden Torsionsbelastungen auftreten kann, wird dadurch zuverlässig vermieden.The size or strength of the torsional biases 52 . 54 is dimensioned so that in the matrix of Torsionsprofile 34 . 36 regardless of the stabilizer 32 maximum torsional angle γ no tensile stresses occur. Free from the respectively set torsion angle γ is the matrix in the fiber composite material of the torsion profiles 34 . 36 accordingly only exposed to stress-optimal pressure forces. These compressive forces change in a roll compensation of a predetermined minimum value in the nichtschwlenkungslage of the vehicle body to a wankbestimmten maximum value at a maximum Wankauslenkung the vehicle body relative to the vehicle or the road. A mechanical failure of the stabilizer 32 , as it can occur when operating a motor vehicle under varying torsional loads, thereby reliably avoided.

Das Diagramm der 5 zeigt den Verlauf der Momente M₁ und M₂ in den beiden Torsionsprofilen 34, 36 sowie das daraus resultierende Gesamtmoment M_Stablisator im Stabilisator, jeweils in Abhängigkeit vom anliegenden Torsionswinkel γ. Für das Verhältnis zwischen dem Torsionswinkel γ, dem Wankwinkel φ des Fahrzeugaufbaus, der Länge b der Längshebel sowie der Breite s des Stabilisators ist die weiter oben wiedergegebene mathematische Beziehung maßgebend.The diagram of 5 shows the course of the moments M ₁ and M ₂ in the two torsion profiles 34 . 36 and the resulting total moment M _Stablisator in the stabilizer, in each case depending on the applied torsion angle γ. For the relationship between the torsion angle γ, the roll angle φ of the vehicle body, the length b of the longitudinal lever and the width s of the stabilizer, the mathematical relationship reproduced above is authoritative.

Im Ruhezustand, also im vollständig unbelasteten Zustand des Stabilisators 32 bei einem Torsionswinkel γ von 0°, ist das Gesamtmoment M_Stablisator gleich Null, weil sich die durch die Vorspannungen in den beiden Torsionsprofilen hervorgerufenen entgegengesetzten Momente +M₁ vor und –M₂ vor in diesem Punkt gegenseitig vollständig kompensieren. Erreicht der Torsionswinkel γ beispielsweise den Wert +γ_Max, so erreicht das Moment M₁ im ersten Torsionsprofil 34 das Maximum +M_1,Max, während das Moment M₂ im zweiten Torsionselement 36 den Wert –M₂ _, _Min einnimmt. Genau umgekehrt verhält es sich aufgrund des symmetrisch aufgebauten Stabilisators, wenn der Torsionswinkel γ den Wert von –γ_Max erreicht.At rest, ie in the fully unloaded state of the stabilizer 32 at a torsion angle γ of 0 °, the total moment M _Stablisator is zero, because the caused by the _biases in the two torsion _profiles opposite moments + M ₁ before and -M ₂ before in this point completely compensate each other. If the torsion angle γ reaches, for example, the value + γ _Max , then the moment reaches M ₁ in the first torsion profile 34 the maximum + M _{1, Max} , while the moment M ₂ in the second torsion element 36 takes the value -M ₂ _, _Min . The reverse is true because of the symmetrically constructed stabilizer when the torsion angle γ reaches the value of -γ _Max .

Die beiden Torsionsprofile 34, 36 sowie die jeweiligen Torsions-Vorspannungen 52 und 54 sind so bemessen, dass für den Fall, dass der Torsionswinkel γ den Wert -γ_Max oder +γ_Max erreicht, immer noch ein Sicherheitsmoment 56 bis zu einem kritischen Moment ±M_Krit verbleibt, bei dessen Überschreitung es zu einem mechanischen Versagen des Stabilisators durch Bruch kommen könnte. Durch den erfindungsgemäßen Aufbau ist sichergestellt, dass die Matrix der Torsionsprofile 34, 36 des Stabilisators 32 im betriebsrelevanten Torsionswinkelintervall zwischen -γ_Max und ±γ_Max stets nur mit Druckspannungen beansprucht wird. Hierdurch kann der Stabilisator 32 ohne die Gefahr von Ermüdungsbrüchen, Delaminationen, Scherbrüchen oder andere Effekte im Faserverbundwerkstoff befürchten zu müssen, problemlos mit schnell wechselnden Lasten, wie sie beim Betrieb eines Kraftfahrzeugs üblicherweise auftreten, dauerhaft belastet werden.The two torsion profiles 34 . 36 as well as the respective torsional biases 52 and 54 are dimensioned such that in the event that the torsion angle γ reaches the value -γ _Max or + γ _Max , still a safety torque 56 remains until a critical moment ± M _Crit which, if exceeded, could result in mechanical failure of the stabilizer due to breakage. The construction according to the invention ensures that the matrix of the torsion profiles 34 . 36 of the stabilizer 32 in the operationally relevant torsion angle interval between -γ _max and ± γ _{Max, it is} always stressed only with compressive stresses. This allows the stabilizer 32 without having to fear the danger of fatigue fractures, delaminations, shear fractures or other effects in the fiber composite material to be permanently loaded with fast changing loads, as they usually occur during operation of a motor vehicle.

Die 6 bis 8, auf die nachfolgend Bezug genommen wird, zeigen eine Modifikation des Stabilisators 32 gemäß der 3 und 4. 6 zeigt eine Draufsicht auf eine Weiterbildung des Stabilisator 32a, bei dem im Unterschied zur Ausführungsform des Stabilisators 32 gemäß den 3 und 4 die axialen Enden der Torsionsprofile 34, 36 jeweils mittels eines Scharniers 60 bzw. eines Gelenks an die beiden parallelen Längshebel 42, 44 angelenkt sind, und die Torsionsprofile 34, 36 darüber hinaus mittels einer drehelastischen Anbindungsvorrichtung 62 zusammengekoppelt sind. Die, der besseren zeichnerischen Übersicht halber, nicht bezeichneten axialen Enden der beiden Torsionsprofile 34, 36 sind hierbei jeweils über eine Traverse 64 miteinander verbunden, die ihrerseits an das Scharnier 60 angekoppelt ist.The 6 to 8th , to which reference is made below, show a modification of the stabilizer 32 according to the 3 and 4 , 6 shows a plan view of a development of the stabilizer 32a in which unlike the embodiment of the stabilizer 32 according to the 3 and 4 the axial ends of the torsion profiles 34 . 36 each by means of a hinge 60 or a joint to the two parallel longitudinal lever 42 . 44 are articulated, and the torsion profiles 34 . 36 In addition, by means of a torsionally elastic connection device 62 are coupled together. The sake of better graphical overview, not designated axial ends of the two torsion profiles 34 . 36 are each over a traverse 64 connected to each other, in turn to the hinge 60 is coupled.

7 zeigt eine vergrößerte Darstellung des Schnitts VII-VII nach 6, gemäß der die drehelastische Anbindungsvorrichtung 62 hier eine näherungsweise ovale Querschnittsgeometrie aufweist, in die zwei kreisförmige Ausnehmungen 66, 68 zur Durchführung der Torsionsprofile 34, 36 eingebracht sind. Alternativ dazu können auch mehrere Anbindungsvorrichtungen auf die Torsionsprofile 34, 36 aufgeschoben sein. Um ein Verrutschen der Anbindungsvorrichtung 62 auf den Torsionsprofilen 34, 36 entlang der y-Achse des Koordinatensystems 18 zu verhindern, besteht zwischen den beiden Ausnehmungen 66, 68 und den Torsionsprofilen 34, 36 bevorzugt eine leichte Presspassung. Diese Presspassung kann wie in 7 gezeigt durch jeweils eine ringförmige oder zylindrische gummielastische Manschette 41a, 41b erreicht werden, die radial innen an dem jeweiligen Torsionsprofil 34, 36 und radial außen an der jeweiligen Ausnehmungen 66, 68 anliegt. Alternativ dazu kann die Querschnittsgeometrie der drehelastischen Anbindungsvorrichtung 62 von der ovalen Form abweichen. Die mindestens eine drehelastische Anbindungsvorrichtung 62 kann auf die Torsionsprofile 34, 36 aufgeklebt oder auf andere Weise auf diesen festgesetzt sein. Die Anbindungsvorrichtung 62 kann beispielsweise aus einem elastischen Material, wie zum Beispiel Gummi, gebildet sein. Durch die drehelastische Anbindungsvorrichtung 62 erhöht sich unter anderem vorteilhaft die Knicksteifigkeit der Torsionsprofile 34, 36 bei einer Druckbelastung derselben. 7 shows an enlarged view of the section VII-VII after 6 according to which the torsionally elastic connection device 62 here has an approximately oval cross-sectional geometry, in the two circular recesses 66 . 68 for carrying out the torsion profiles 34 . 36 are introduced. Alternatively, several connection devices can also be used on the torsion profiles 34 . 36 be deferred. To slippage of the connection device 62 on the torsion profiles 34 . 36 along the y-axis of the coordinate system 18 to prevent exists between the two recesses 66 . 68 and the torsion profiles 34 . 36 prefers a slight interference fit. This pressfit can be like in 7 shown by a respective annular or cylindrical rubber-elastic cuff 41a . 41b can be achieved, the radially inward on the respective Torsionsprofil 34 . 36 and radially outside of the respective recesses 66 . 68 is applied. Alternatively, the cross-sectional geometry of the torsionally elastic connection device 62 to deviate from the oval shape. The at least one torsionally elastic attachment device 62 can on the torsion profiles 34 . 36 glued or otherwise fixed on this. The connection device 62 For example, it may be formed of an elastic material such as rubber. By the torsionally elastic connection device 62 Among other things, advantageously increases the buckling resistance of the torsion profiles 34 . 36 at a pressure load of the same.

Abweichend von der dargestellten räumlichen Anordnung der Torsionsprofile 34, 36 in der xy-Ebene (siehe auch 3), können diese auch senkrecht übereinander beabstandet in der yz-Ebene des Koordinatensystems 18 angeordnet sein, um insbesondere den erforderlichen Einbauraum parallel zur x-Achse, d. h. in Richtung der Fahrzeuglängsachse zu minimieren.Deviating from the illustrated spatial arrangement of the torsion profiles 34 . 36 in the xy plane (see also 3 ), these can also be vertically superimposed in the yz plane of the coordinate system 18 be arranged to minimize in particular the required installation space parallel to the x-axis, ie in the direction of the vehicle longitudinal axis.

Gemäß einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform können die Torsionsprofile auch koaxial ineinander angeordnet sein, wodurch sich eine besonders Platz sparende Konstruktion ergibt. Diese Anordnung setzt jedoch voraus, dass zumindest ein äußeres Torsionsprofil als Hohlprofil ausgebildet ist, um ein inneres Torsionsprofil mit einem im Vergleich hierzu geringeren Durchmesser in dieses koaxial aufnehmen zu können. Darüber hinaus müssen die Wandstärken der Torsionsprofile so dimensioniert sein, dass sich trotz unterschiedlicher Durchmesser annähernd dieselben Torsionssteifigkeiten ergeben.According to a further embodiment, not shown, the torsion profiles can also be arranged coaxially with each other, resulting in a particularly space-saving design. However, this arrangement requires that at least one outer torsion profile is formed as a hollow profile in order to accommodate an inner torsion profile with a comparatively smaller diameter in this coaxial can. In addition, the wall thicknesses of the torsion profiles must be dimensioned such that, despite different diameters, approximately the same torsional stiffness results.

8 zeigt einen Teilquerschnitt durch das erste axiale Ende 40 des ersten Torsionsprofils 34 mit dem auch in 6 gezeigten Scharnier 60, sowie mit dem zugehörigen Längshebel 42 entlang der Schnittlinie VIII-VIII der 6. Das Scharnier 60 erlaubt eine um die x-Achse (Fahrzeuglängsachse) des Koordinatensystems 18 bewegliche bzw. verschwenkbare Anbindung des Torsionsprofils 34 sowie des hier nicht sichtbaren zweiten Torsionsprofils mittels der Traverse 64 an den ersten Längshebel 42. Auf dieselbe Weise erfolgt die gelenkige Anbindung des hier nicht dargestellten zweiten Längshebels 44 an die Torsionsprofile. Die endseitige mechanische Kopplung der Torsionsprofile 34, 36 untereinander, von denen hier nur das vordere Torsionsprofil 34 sichtbar ist, erfolgt mithilfe der Traverse 64. 8th shows a partial cross section through the first axial end 40 of the first torsion profile 34 with that too in 6 shown hinge 60 , as well as with the associated longitudinal lever 42 along the section line VIII-VIII of 6 , The hinge 60 allows one around the x-axis (vehicle longitudinal axis) of the coordinate system 18 movable or pivotable connection of the torsion profile 34 as well as the not visible here second torsion profile by means of the traverse 64 to the first longitudinal lever 42 , In the same way, the articulated connection of the second longitudinal lever, not shown here 44 to the torsion profiles. The end-side mechanical coupling of the torsion profiles 34 . 36 among themselves, of which only the front torsion profile 34 is visible, using the traverse 64 ,

Die Vorrichtung bzw. der Stabilisator gemäß der Erfindung erlaubt aufgrund der speziellen Konstruktion mit mindestens zwei Torsionsprofilen, die jeweils mit im Wesentlichen durchgehend rechts- oder linksgängig miteinander verseilten bzw. gewickelten Verstärkungsfasersträngen aufgebaut sind, die mit einem Matrixmaterial infiltriert sind, und die zudem jeweils unter einer gleich großen, jedoch entgegengesetzten Vorspannung stehen, die Aufnahme von ihr Vorzeichen wechselnden Torsionslasten, wobei die Gefahr des mechanischen Versagens infolge von Delamination und/oder Brüchen innerhalb des Faserverbundmaterials weitgehend ausgeschlossen ist.The device or the stabilizer according to the invention allows due to the special construction with at least two Torsionsprofilen, each of which is constructed with substantially continuous right or left handed stranded or wound reinforcing fiber strands, which are infiltrated with a matrix material, and also each below an equal but opposite bias, the recording of their sign changing torsional loads, the risk of mechanical failure due to delamination and / or fractures within the fiber composite material is largely excluded.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010: McPherson-VorderachseMcPherson front
1212: Querlenkerwishbone
1414: Vorderradfront
1616: Federbeinstrut
1818: Koordinatensystemcoordinate system
2020: Querstabilisator, StabilisatorAnti-roll bar, stabilizer
2222: Längskurbellongitudinal crank
2424: Anbindungconnection
3030: Vorrichtungcontraption
3131: Torsionsabschnitttorsion
3232: Quer-Stabilisator, StabilisatorCross stabilizer, stabilizer
32a32a: Quer-Stabilisator, StabilisatorCross stabilizer, stabilizer
3434: Erstes TorsionsprofilFirst torsion profile
3636: Zweites TorsionsprofilSecond torsion profile
3838: Erstes Ende des ersten Torsionsprofils 34 First end of the first torsion profile 34
38'38 ': Zweites Ende des ersten Torsionsprofils 34 Second end of the first torsion profile 34
4040: Erstes Ende des zweiten Torsionsprofils 36 First end of the second torsion profile 36
40'40 ': Zweites Ende des zweiten Torsionsprofils 36 Second end of the second torsion profile 36
41a 41a: Manschettecuff
41b41b: Manschettecuff
4242: Erster LängshebelFirst longitudinal lever
4444: Zweiter LängshebelSecond longitudinal lever
4646: VerstärkungsfaserstrangReinforcing fiber strand
4848: Längsachse des ersten TorsionsprofilsLongitudinal axis of the first torsion profile
5050: Längsachse des zweiten TorsionsprofilsLongitudinal axis of the second torsion profile
5252: Torsions-Vorspannung (positiv)Torsion bias (positive)
5454: Torsions-Vorspannung (negativ)Torsion bias (negative)
5656: Sicherheitsmomentsecurity moment
6060: Scharnierhinge
6262: Anbindungsvorrichtungaccess device
6464: Traversetraverse
6666: Ausnehmung, AnbindungRecess, connection
6868: Ausnehmung, AnbindungRecess, connection

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 0243191 A1 [0007]
WO 2005/028221 A1 [0007]
DE 3910641 A1 [0008]

Claims

Contraption ( 30 ), for example stabilizer ( 32 ) or composite link for a wheel suspension of a motor vehicle, with a torsion section ( 31 ) and two at the axial ends of the torsion section (FIG. 31 ) arranged longitudinal levers ( 42 . 44 ), the device ( 30 ) is produced with a fiber composite material, characterized in that the torsion section ( 31 ) at least two interconnected torsion profiles ( 34 . 36 ), that the torsion profiles ( 34 . 36 ) under a torsion bias ( 52 . 54 ) standing with the two longitudinal levers ( 42 . 44 ) and that the torsional biases ( 52 . 54 ) in the at least two torsion profiles ( 34 . 36 ) are identical but oppositely directed from the amount, in particular so that they cancel each other out.

Device according to claim 1, characterized in that the at least two torsion profiles ( 34 . 36 ) having substantially helical or rope wound reinforcing fiber strands ( 46 ) are formed, which are surrounded by a matrix material.

Device according to claim 1 or 2, characterized in that the reinforcing fiber strands ( 46 ) in the first torsion profile ( 34 ) substantially right-handed and in the second torsion profile ( 36 ) are wound substantially left-handed.

Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the at least two torsion profiles ( 34 . 36 ) biased with the two longitudinal levers ( 42 . 44 ), that the respective torsion bias ( 52 . 54 ) in the winding direction of the reinforcing fiber strands ( 46 ) of the respective torsion profile ( 34 . 36 ) acts, so that a right-handed twisted torsion profile with a clockwise torsional moment and a left-handed twisted torsion profile is loaded with a left-handed torsional moment.

Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the reinforcing fiber strands ( 46 ) are wound around a coaxial tubular insert which itself is constructed of wound and / or unidirectionally oriented reinforcing fibers.

Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the at least two torsion profiles ( 34 . 36 ) by means of at least one torsionally elastic attachment device ( 62 ) are connected.

Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the at least two torsion profiles ( 34 . 36 ) are arranged parallel to each other.

Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the at least two torsion profiles are arranged coaxially with each other.

Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that ends ( 38 . 38 ' . 40 . 40 ' ) of the at least two torsion profiles ( 34 . 36 ) each by means of a hinge ( 60 ) on the longitudinal levers ( 42 . 44 ) are hinged, wherein the hinge ( 60 ) Is formed pivotable about the vehicle longitudinal axis (x) or flexible.

Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the reinforcing fiber strands ( 46 ) are formed from carbon fibers, glass fibers, basalt fibers, synthetic fibers, natural fibers or a combination of at least two of said reinforcing fibers.

Device according to one of claims 1 to 10, characterized in that the matrix material is a thermosetting plastic material, a thermoplastic material, a ceramic material, a metallic material or a combination of at least two of said materials.