DE102011079842B4

DE102011079842B4 - Device with a torsion section

Info

Publication number: DE102011079842B4
Application number: DE102011079842.0A
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: 2022-01-20
Anticipated expiration: 2031-07-27
Also published as: DE102011079842A1

Abstract

Vorrichtung (30) mit einem Torsionsabschnitt (31) und zwei an den axialen Enden des Torsionsabschnitts (31) angeordneten Längshebeln (42, 44), wobei die Vorrichtung (30) mit einem Faserverbundmaterial hergestellt ist, und der Torsionsabschnitt (31) mindestens zwei miteinander verbundene Torsionsprofile (34, 36) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Torsionsprofile (34, 36) unter einer Torsions-Vorspannung (52, 54) stehend mit den beiden Längshebeln (42, 44) verbunden sind, und dass die Torsions-Vorspannungen (52, 54) in den mindestens zwei Torsionsprofilen (34, 36) vom Betrag identisch jedoch entgegengesetzt gerichtet sind, so dass sie sich gegenseitig aufheben.Device (30) with a torsion section (31) and two longitudinal levers (42, 44) arranged at the axial ends of the torsion section (31), wherein the device (30) is made with a fiber composite material, and the torsion section (31) at least two with each other connected torsion profiles (34, 36), characterized in that the torsion profiles (34, 36) are connected to the two longitudinal levers (42, 44) under a torsional prestress (52, 54), and that the torsional prestresses ( 52, 54) in the at least two torsion profiles (34, 36) are identical in magnitude but directed in opposite directions, so that they cancel each other out.

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 und der Torsionsabschnitt mindestens zwei miteinander verbundene Torsionsprofile aufweist.The invention relates to a device, for example a stabilizer or a torsion beam for a wheel 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 made of a fiber composite material and the torsion section having at least two torsion profiles connected to one another.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der US 4 625 995 A bekannt.Such a device is from U.S.A. 4,625,995 known.

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 in order to minimize rolling or rolling movements of the body about the longitudinal axis of the vehicle. If the angular position of the motor vehicle body deviates from the central position, the stabilizers build up a torsional moment that counteracts the deflection. The torsional moment is created by a torsion profile, which is usually connected to two points on the motor vehicle body and has a longitudinal lever at each end for articulating and transmitting the forces. In the course of further optimizing the energy consumption of motor vehicles, it makes sense to keep the vehicle weight as low as possible. To minimize weight in the chassis area, stabilizers or torsion bars of the wheel suspension made of light 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.However, changing torsional loads with angles of rotation of up to ±15° per side, i.e. up to 30° total torsion, such as occur in stabilizer applications, require a special structure of the fiber composite material layers in the case of a fiber composite construction of the stabilizers. Here, in relation to a longitudinal axis of a torsion profile, diagonally arranged reinforcement fibers or reinforcement fiber strands are to be provided with an optimum angle of progression of between 30° and 60° for torsional stress. A run angle of the reinforcing fiber strands of approx. 54° has proven 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.The reinforcing fiber strands are usually embedded in a matrix that is created, for example, by impregnating or infiltrating the reinforcing fiber arrangement with a duroplastic or a thermoplastic synthetic material. Due to the alternating torsional load in this application, the reinforcing fiber strands must be aligned with equal spatial proportions in the so-called plus direction and the minus direction of the torsional load. Alternating torsional loading with correspondingly positive or negative angles of rotation of the torsion profile, however, means that forces act on one half of the strands of the reinforcing fibers that try to constrict them, while forces act on the other half of the oppositely oriented strands of the reinforcing fibers that fan out or split them .try to stretch.

Die Verstärkungsfaser werden mit der Matrix zusammen im Weiteren als Verbund bezeichnet.The reinforcing fibers together with the matrix are referred to below as a 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 reinforcement fibers in tension, while fanning out forces stress the reinforcement fibers or the composite in shear and occur between the fiber reinforcements wound in opposite directions.

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 counter-rotating twists described in such a balanced composite layer increase the risk of inter-fiber fractures and interlaminar shear fractures, since the matrix between the fibers is subject to pressure due to the constricting fiber strands, but is also subject to tensile stress due to the fiber strands fanning out. 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 structure of stabilizers or twist-beams made of fiber composite materials and the associated low fatigue strength, such are used in practice only in individual cases. However, this problem can be solved for torsionally stiff components, such as drive shafts, because due to the necessary high torsional stiffness of a shaft, the twisting angles remain small during operation, so that twisting effects between the layers of the fiber composite material have no damaging 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 torsion beam axles or torsion crank axles made of a fiber composite material are known, in which a torsion tube that also acts as a stabilizer in addition to its wheel guidance function 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 is known with a torsion element arranged transversely to the longitudinal axis of the vehicle, which is at least partially made of a fiber-reinforced plastic. In order to prevent the formation of cracks, in particular due to stone chipping and/or due to the ingress of moisture, the stabilizer is provided with a soft plastic covering at least in certain areas.

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 is based on the object of presenting a stabilizer or a torsion beam for a wheel suspension of a motor vehicle, which is made of a fiber composite material, which can absorb the torsion angles that are usual in operation, and which at the same time has a high level of reliability against pulsating stress with torsional forces that change direction , as they occur in normal motor vehicle operation.

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, due to two torsion profiles wound in opposite directions and made of a fiber composite material, which are also each subjected to an equal but opposite pretension, the reinforcing fiber strands are loaded exclusively with forces, even under the influence of alternating torsional loads during operation, which in Constriction direction act so that only load-optimal compressive stresses act on the matrix of the composite material.

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 torsion beam for a wheel 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 manufactured with a fiber composite material. To solve the task, it is provided that the torsion section has at least two torsion profiles connected to one another, that the torsion profiles are connected to the two longitudinal levers while being under a torsional preload, and that the torsion preloads in the at least two torsion profiles are identical but opposite in magnitude 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.This structure avoids the critical load conditions described above within the fiber composite material and at the same time large torsion angles of the stabilizer ends of up to ± 15° per side can be achieved. At the same time, the risk of fiber fractures and interlaminar shear fractures as a result of the increasing and decreasing torsional stress that usually occurs when operating a motor vehicle is significantly reduced. The device can equally be integrated as a stabilizer or as a torsion beam in a given wheel 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 ± γVor 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 solid cylinders or as hollow cylinders using a fiber composite material, with one torsion profile being subjected to, for example, a positive prestress and the other being subjected to an equal but opposite negative prestress. The torsional preloads can be generated, for example, by twisting the finished torsion profiles by a preload angle of ± γVor before the torsion profiles are connected to the longitudinal levers, so that the external effects of the torsional preloads completely cancel each other out. Other cross-sectional geometries deviating from this 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 preload within the torsion profiles is selected so that at a maximum torsion angle γ of the device or the stabilizer, one of the two torsion profiles is loaded, while the torsion profile wound in the opposite direction is relieved accordingly, with a residual preload always remaining in the relieved torsion profile and the loaded torsion profile still has sufficient safety against failure. This ensures that the reinforcing fibers in the matrix material of the torsion profiles only constrict and do not fan out, regardless of the size and direction of the acting torsion angle or 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) which are essentially wound in the form of a screw thread or rope and are surrounded by a matrix material. Due to this arrangement of the reinforcing fiber strands, which is appropriate for the load flow, the device according to the invention allows high twisting angles γ with a low weight at the same time. The reinforcing fiber strands in turn consist of a large number of discrete reinforcing fiber filaments running essentially parallel to one another. The reinforcing fiber strands are preferably stranded or twisted together in the manner of a rope, and are infiltrated with or embedded in a suitable, mechanically sufficiently resilient matrix material to create the torsion profiles. In addition to the spirally wound reinforcing fiber strands, the torsion profile can have unidirectional fibers, i.e. coaxial fibers, in particular parallel to a longitudinal axis of the torsion profile.

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 are wound essentially right-handed in the first torsion profile and essentially left-handed in the second torsion profile. The at least two torsion profiles are connected in such a prestressed manner to the two longitudinal levers that the respective torsional pretension acts in the winding direction of the reinforcing fiber strands of the respective torsion profile, so that a right-hand wound torsion profile has a right rotating torsional moment and a left-hand wound torsion profile is loaded with a left-hand torsional moment.

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 torsion profiles, in conjunction with the likewise opposing torsional prestresses within the torsion profiles, the device or the stabilizer is almost completely insensitive to 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 istThe internal structure of the torsion profiles essentially follows the structure of a conventional steel cable with twisted strands of wire and at least one insert embedded therein, with the strands and the insert being replaced by the twisted or twisted or coaxially running reinforcing fiber strands. However, the reinforcing fiber strands can also be wound around a coaxial, tubular insert which is itself made up of wound and/or unidirectionally aligned reinforcing fibers

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.In a further configuration of the device, it is provided that the at least two torsion profiles are connected by means of at least one torsionally elastic connection device, which is preferably arranged centrally. The torsionally elastic coupling between the torsion profiles by means of the connection device increases the buckling resistance of the torsion profiles in the event of a pressure load. The at least one attachment device can be made of an elastic material, such as rubber or another elastic plastic material. As an alternative to this, a spring-elastic metallic material can also 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 development of the device, the at least two torsion profiles are arranged parallel to one another. It can be provided that the at least two torsion profiles are offset one behind the other in relation to the longitudinal axis of the vehicle. In this way, a structurally simple integration of the device into a given wheel suspension of a motor vehicle is possible. The longitudinal axis of the vehicle runs at an angle of 90° to a longitudinal axis of the device or the torsion profiles. As an alternative to this, 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 within one another. As a result of this development, a space-saving design results, which is particularly suitable for limited installation spaces in motor vehicles. The wall thicknesses of the torsion profiles are selected in such a way that the torsion profiles have approximately the same area moments of inertia.

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 each linked to the longitudinal levers by means of a hinge, the hinge being designed to be pivotable or flexible about the longitudinal axis of the vehicle. This results, among other things, in an articulated connection of the torsion profiles to the longitudinal levers about the longitudinal axis of the vehicle.

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 Aramid^®-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, plastic fibers, natural fibers or a combination of at least two of the mentioned reinforcing fibers. ^{Aramid ®} fibers, other mineral fibers or also recyclable sisal fibers can be considered as further types of reinforcing 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 duroplastic plastic material, a thermoplastic plastic material, a ceramic material, a metallic material or a combination of at least two of the materials mentioned.

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, duroplastic or thermoplastic materials, torsion profiles can be produced that can absorb high torques at torsion angles of up to ± 15°, that are corrosion-resistant and low-maintenance, and at the same time only have a low weight. Epoxy resins or polyester resins, for example, are suitable as duroplastic matrix material.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnung an einer Ausführungsform näher erläutert. Darin zeigt

1 die Anordnung eines Stabilisators in einer bekannten McPherson-Vorderachse,
2 eine vereinfachte Darstellung der wesentlichen Kräfte und Momente an einem Stabilisator gemäß 1,
3 eine schematische Draufsicht auf einen erfindungsgemäß ausgebildeten, gegensinnig vorgespannten Stabilisator mit Stabilisatorprofilen aus einem Faserverbundmaterial,
4 eine prinzipielle Schnittdarstellung entlang der Schnittlinie IV-IV in der 3,
5 ein Diagramm mit einem typischen Momentenverlauf innerhalb des erfindungsgemäßen Stabilisators bei unterschiedlich großen Torsionswinkeln γ,
6 eine Weiterbildung eines erfindungsgemäßen Stabilisators mit einer drehelastischen Anbindung zwischen den beiden Torsionsprofilen sowie einer gelenkigen Anbindung an seine beiden Längshebel,
7 eine schematische Schnittdarstellung entlang der Schnittlinie VII-VII in der 6, und
8 eine vereinfachte Schnittdarstellung durch ein Scharnier zur gelenkigen Ankopplung der Torsionsprofilenden an die Längshebel entlang der Schnittlinie VIII-VIII in der 6.

The invention is explained in more detail below with reference to the attached drawing of an embodiment. In it shows

1 the arrangement of a stabilizer bar in a known McPherson front axle,
2 a simplified representation of the main forces and moments on a stabilizer according to 1 ,
3 a schematic plan view of a stabilizer designed according to the invention and pretensioned in opposite directions, with stabilizer profiles made of a fiber composite material,
4 a basic sectional view along the section line IV-IV in the 3 ,
5 a diagram with a typical moment curve within the erfindungsge dimensions of the stabilizer at different torsion angles γ,
6 a development of a stabilizer according to the invention with a torsionally flexible connection between the two torsion profiles and an articulated connection to its two longitudinal levers,
7 a schematic sectional view along the section line VII-VII in the 6 , and
8th a simplified sectional view through a hinge for the articulated coupling of the torsion profile ends 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 installation position of a conventional anti-roll bar in a McPherson front axle. The McPherson front axle 10 of a motor vehicle, not shown, includes, among other things, two front wheels 14, each connected to a wishbone 12, and two spring struts 16 with spring and damping elements, not designated. A coordinate system 18 illustrates the location of all components in space. The x-axis of the coordinate system 18 runs parallel to the longitudinal axis of the vehicle and is directed in the opposite direction to the normal direction of travel of the motor vehicle. The z-axis runs parallel to the vehicle's vertical axis, while the y-axis runs parallel to the vehicle's transverse axis. A stabilizer 20 has a longitudinal crank 22 for articulation on the spring struts 16 or on the wishbones 12 at the non-designated axial ends of its torsion section. The transfer of force from the stabilizer 20 to the structure of the motor vehicle (not shown) takes place via two connections 24, which can be designed as clamps with a rubber insert. As initially described, the stabilizer 20 counteracts, in particular, undesired rolling movements of the motor vehicle body about the x-axis by twisting its torsion section.

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) = (y/2) × b.the 2 shows the essential forces and moments on such a stabilizer 20. The coordinate system 18 illustrates the position in space. As a result of the roll angle φ between the xy plane (driving plane of the motor vehicle) and a structure (body) of a motor vehicle, not shown, opposing torsional forces F arise on the longitudinal cranks 22 of the stabilizer 20, which are used to twist the undesignated ends of the stabilizer 20 by the Guide the torsion angle ±γ/2 around the y-axis or the transverse axis of the vehicle. As a result, the stabilizer 20 twisted in this way counteracts the undesired rolling movement. The stabilizer bar 20 has a length s (track width) over its torsion section, ie along the y-axis, while its crank arms 22 each have a length b. The equation φ×(s/2)=(y/2)×b then applies for the roll angle φ and the torsion angle γ.

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 30 according to the invention, which is designed here by way of example as a transverse stabilizer 32 for a wheel suspension of a motor vehicle. As an alternative to this, the device 30 can also be used, for example, as a torsion beam within a wheel suspension of a motor vehicle. The coordinate system 18 in turn illustrates the position of the components in space. The stabilizer 32 has a torsion section 31 with two torsion profiles 34, 36 arranged parallel to one another, which are designed here as solid cylindrical rods made of a fiber composite material. The first ends 38, 40 of the two torsion profiles 34, 36 are each rigidly connected to a first longitudinal lever 42. Correspondingly, the second ends 38 ′ and 40 ′ of the two torsion profiles 34 , 36 pointing away from this are each connected to a second longitudinal lever 44 . The longitudinal levers 42, 44 connected to one another by the two torsion profiles 34, 36 are arranged at a non-designated distance parallel to the x-axis (longitudinal vehicle axis), while the two torsion profiles 34, 36 are arranged at a relatively small, non-designated distance from one another parallel to the y-axis. Axis (vehicle transverse axis) are arranged. The small distance between the two torsion profiles 34, 36 results in a comparatively space-saving structure of the stabilizer 32 in the 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, from a fiber composite material that can withstand high mechanical loads. This fiber composite material is formed with a large number of reinforcing fiber strands 46, such as carbon fiber or glass fiber strands, which are stranded or wound together in layers around longitudinal axes 48, 50 of the torsion profiles 34, 36, and which are impregnated or infiltrated with a matrix material. The internal structure of the torsion profiles 34, 36 with the reinforcing fiber strands or reinforcing fiber bundles is comparable to the structure of a conventional steel cable with stranded strands and at least one central insert, with the strands and inserts being replaced by the reinforcing fiber strands. Epoxy resins or polyester resins, for example, can be used as the matrix material. As an alternative to this, thermoplastics or mineral materials can be used as 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°.Deviating from the fully cylindrical shape shown, the two torsion profiles 34, 36 can also be designed as hollow cylinders or with cross-sectional geometries that deviate from this. Essential for the functioning of the Stabili sators 32 is that the reinforcing fiber strands 46 in one torsion profile 34 are essentially completely wound in a right-handed manner, while the reinforcing fiber strands 46 in the other torsion profile 36 are essentially continuously wound in a left-handed manner. Some of the reinforcing fiber strands 46 can also run parallel to their longitudinal axes 48, 50 within the torsion profiles 34, 36. Undesignated winding angles between the reinforcing fiber strands 46 and the longitudinal axes 48, 50 of the torsion profiles 34, 36 are 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 section line IV-IV in FIG 3 . The two torsion profiles 34, 36 of the stabilizer 32, each with a circular cross-sectional geometry, are connected to the first longitudinal lever 42, which is only visible here. For the function of the stabilizer 32 according to the invention, it is also important that the two torsion profiles 34, 36 are each installed under mechanical torsional prestresses 52, 54 of the same magnitude but acting in opposite directions. To illustrate the two torsional preloads 52, 54 are in 3 the opposing torsional forces +F and -F are drawn.

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 torsional preloads 52, 54, which are directed in opposite directions but are of equal magnitude and which lead to corresponding preload torsional moments M ₁ before and M ₂ _before in the torsion profiles, essentially completely cancel each other out when the stabilizer 32 is at rest or in the installed position. The torsion preloads, 54 can be built up and fixed in that the torsion profiles _{34, 36 are twisted or adjusted in opposite directions by a preload angle ±γ in front} of the longitudinal axes 48, 50 of the torsion profiles 34, 36 before assembly with the longitudinal levers 42, 44. be tormented.

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 the e.g. positive torsional prestressing 52 according to definition, the reinforcing fiber strands, which are essentially wound right-handed throughout, are loaded in the first torsion profile 34 with a force acting in the constriction direction. The prestressing 54, which is then to be defined as negative, has the same effect on the essentially left-hand wound reinforcing fiber strands of the second torsion profile 36, which is then also loaded with a force acting in the constriction direction.

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 prestresses 52, 54 is dimensioned in such a way that no tensile stresses occur in the matrix of the torsion profiles 34, 36, regardless of the maximum torsion angle γ to be accommodated by the stabilizer 32. Free from the torsion angle γ set in each case, the matrix in the fiber composite material of the torsion profiles 34, 36 is therefore only exposed to pressure forces that are optimal for loading. During roll compensation, these compressive forces change from a prestress-determined minimum value in the non-deflection position of the vehicle body to a roll-determined maximum value at a maximum roll deflection of the vehicle body relative to the vehicle wheel or the roadway. A mechanical failure of the stabilizer 32, as can occur when operating a motor vehicle under changing torsional loads, is 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_Statulisator 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 statulizer in the stabilizer, each as a function of the applied torsion angle γ. The mathematical relationship given above is decisive 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.

Im Ruhezustand, also im vollständig unbelasteten Zustand des Stabilisators 32 bei einem Torsionswinkel γ von 0°, ist das Gesamtmoment M_Stabilisator 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 -M_2,Min einnimmt. Genau umgekehrt verhält es sich aufgrund des symmetrisch aufgebauten Stabilisators, wenn der Torsionswinkel γ den Wert von -γ_Max erreicht.In the resting state, i.e. in the completely unloaded state of the stabilizer 32 at a torsion angle γ of 0°, the total moment M _{stabilizer is} equal to zero because the opposing moments +M ₁ before and -M ₂ _before in fully compensate each other at this point. For example, if the torsion angle γ reaches the value +γ _Max , the moment M ₁ in the first torsion profile 34 reaches the maximum +M _1,Max , while the moment M ₂ in the second torsion element 36 assumes _{the value -M 2,Min .} Due to the symmetrically constructed anti-roll bar, the exact opposite is the case 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 and the respective torsion preloads 52 and 54 are dimensioned such that in the event that the torsion angle γ reaches the value -γ _Max or +γ _Max , there is still a safety moment 56 up to a critical moment ± M _crit remains, which, if exceeded, could result in mechanical failure of the stabilizer due to fracture. The structure according to the invention ensures that the matrix of the torsion profiles 34, 36 of the stabilizer 32 is always only subjected to compressive stresses _{in the operationally relevant torsion angle interval between −γ Max} and +γ _Max. As a result, the stabilizer 32 can be used with rapidly changing without having to fear the risk of fatigue fractures, delaminations, shear fractures or other effects in the fiber composite material Loads, as they usually occur when operating a motor vehicle, are permanently loaded.

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 until 8th , referred to below, show a modification of the stabilizer bar 32 according to FIG 3 and 4 . 6 shows a plan view of a further development of the stabilizer 32a, in which, in contrast to the embodiment of the stabilizer 32 according to FIGS 3 and 4 the axial ends of the torsion profiles 34, 36 are each linked to the two parallel longitudinal levers 42, 44 by means of a hinge 60 or joint, and the torsion profiles 34, 36 are also coupled together by means of a torsionally flexible connection device 62. The axial ends of the two torsion profiles 34 , 36 , which are not labeled for the sake of a better overview of the drawing, are each connected to one another via a traverse 64 , which in turn is coupled to the hinge 60 .

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 section VII-VII 6 , according to which the torsionally elastic connection device 62 here has an approximately oval cross-sectional geometry, in which two circular recesses 66, 68 for the passage of the torsion profiles 34, 36 are introduced. As an alternative to this, several connecting devices can also be pushed onto the torsion profiles 34 , 36 . In order to prevent the attachment device 62 from slipping on the torsion profiles 34, 36 along the y-axis of the coordinate system 18, there is preferably a slight press fit between the two recesses 66, 68 and the torsion profiles 34, 36. This press fit can be used as in 7 shown by a ring-shaped or cylindrical rubber-elastic sleeve 41a, 41b, which bears against the respective torsion profile 34, 36 radially on the inside and against the respective recesses 66, 68 radially on the outside. As an alternative to this, the cross-sectional geometry of the torsionally elastic connection device 62 can deviate from the oval shape. The at least one torsionally elastic connection device 62 can be glued to the torsion profiles 34, 36 or fixed to them in some other way. For example, the tether 62 may be formed of an elastic material such as rubber. The torsionally elastic connection device 62 advantageously increases, among other things, the buckling resistance of the torsion profiles 34, 36 when the same is subjected to a compressive load.

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 arranged spaced vertically one above the other in the yz plane of the coordinate system 18 in order in particular to minimize the required installation space parallel to the x axis, ie in the direction of the longitudinal axis of the vehicle.

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, which is not shown, the torsion profiles can also be arranged coaxially within one another, resulting in a particularly space-saving construction. However, this arrangement presupposes that at least one outer torsion profile is designed as a hollow profile in order to be able to coaxially accommodate an inner torsion profile with a smaller diameter in comparison thereto. In addition, the wall thicknesses of the torsion profiles must be dimensioned in such a way that the torsional rigidity is approximately the same despite the different diameters.

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 the also in 6 Hinge 60 shown, and with the associated longitudinal lever 42 along the section line VIII-VIII of 6 . The hinge 60 allows the torsion profile 34 and the second torsion profile (not visible here) to be connected to the first longitudinal lever 42 by means of the crossbar 64 so that it can be moved or pivoted about the x-axis (longitudinal vehicle axis) of the coordinate system 18. The articulated connection of the here not shown second longitudinal lever 44 to the torsion profiles. The end-side mechanical coupling of the torsion profiles 34, 36 to one another, of which only the front torsion profile 34 is visible here, takes place with the aid of 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 torsion profiles, which are each constructed with essentially continuous right-hand or left-hand strands of reinforcing fibers stranded or wound with one another, which are infiltrated with a matrix material, and which are also each under an equal but opposite preload, the absorption of torsional loads with changing signs, with the risk of mechanical failure as a result of delamination and/or fractures within the fiber composite material being largely ruled out.

BezugszeichenlisteReference List

1010: McPherson-VorderachseMcPherson front axle
1212: Querlenkerwishbone
1414: Vorderradfront wheel
1616: Federbeinstrut
1818: Koordinatensystemcoordinate system
2020: Querstabilisator, StabilisatorAnti-roll bar, anti-roll bar
2222: Längskurbellongitudinal crank
2424: Anbindungconnection
3030: Vorrichtungcontraption
3131: Torsionsabschnitttorsion section
3232: Quer-Stabilisator, StabilisatorTransverse stabilizer, stabilizer
32a32a: Quer-Stabilisator, StabilisatorTransverse stabilizer, stabilizer
3434: Erstes TorsionsprofilFirst torsion profile
3636: Zweites TorsionsprofilSecond torsion profile
3838: Erstes Ende des ersten Torsionsprofils 34First end of the first torsion bar 34
38'38': Zweites Ende des ersten Torsionsprofils 34Second end of the first torsion bar 34
4040: Erstes Ende des zweiten Torsionsprofils 36First end of the second torsion profile 36
40'40': Zweites Ende des zweiten Torsionsprofils 36Second end of the second torsion profile 36
41a41a: Manschettecuff
41b41b: Manschettecuff
4242: Erster LängshebelFirst longitudinal lever
4444: Zweiter LängshebelSecond longitudinal lever
4646: Verstärkungsfaserstrangreinforcement 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 preload (positive)
5454: Torsions-Vorspannung (negativ)Torsion preload (negative)
5656: Sicherheitsmomentsafety moment
6060: Scharnierhinge
6262: Anbindungsvorrichtungconnection device
6464: Traversetraverse
6666: Ausnehmung, Anbindungrecess, connection
6868: Ausnehmung, Anbindungrecess, connection

Claims

Device (30) with a torsion section (31) and two longitudinal levers (42, 44) arranged at the axial ends of the torsion section (31), wherein the device (30) is made with a fiber composite material, and the torsion section (31) at least two with each other connected torsion profiles (34, 36), characterized in that the torsion profiles (34, 36) are connected to the two longitudinal levers (42, 44) under a torsional prestress (52, 54), and that the torsional prestresses ( 52, 54) in the at least two torsion profiles (34, 36) are identical in magnitude but directed in opposite directions, so that they cancel each other out.

device after claim 1 , characterized in that the at least two torsion profiles (34, 36) are formed with reinforcing fiber strands (46) wound in the form of a screw thread or in the form of a rope, which are surrounded by a matrix material.

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

Device according to one of Claims 1 until 3 , characterized in that the at least two torsion profiles (34, 36) are connected to the two longitudinal levers (42, 44) in such a prestressed manner that the respective torsional prestressing (52, 54) in the direction of winding of the reinforcing fiber strands (46) of the respective torsion profile (34, 36) acts so that a right-hand torsion profile is loaded with a right-hand torsional moment and a left-hand torsion profile is loaded with a left-hand torsion moment.

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

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

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

Device according to one of Claims 1 until 6 , characterized in that the at least two torsion profiles are arranged coaxially in one another.

Device according to one of Claims 1 until 8th , characterized in that the ends (38, 38', 40, 40') of the at least two torsion profiles (34, 36) are articulated in each case by means of a hinge (60) on the longitudinal levers (42, 44), the hinge (60) around the vehicle longitudinal axis (x) is designed to be pivotable or flexible.

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

Device according to one of Claims 1 until 10 , characterized in that the matrix material is a duroplastic plastic material, a thermoplastic plastic material, a ceramic material, a metallic material or a combination of at least two of the materials mentioned.