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Die Erfindung betrifft einen Torsionsstab, der als auf Torsion beanspruchtes Federelement als Stabilisatorrohr eines Stabilisators eines Kraftfahrzeugs verwendet werden kann, um beispielweise einem Wanken eines Kraftfahrzeugs bei einer Kurvenfahrt entgegenzuwirken.
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Stabilisatorrohre für Stabilisatoren werden in der Kraftfahrzeugtechnik zur Verringerung der Kurvenneigung der Karosserie und zur Beeinflussung des Eigenlenkverhaltens, beispielsweise zur Verminderung des Übersteuerns, eingesetzt. Dadurch kann bei einer einseitigen Belastung, beispielsweise beim Überfahren einseitiger Hindernisse oder bei einer Kurvenfahrt, eine Federung einer Radaufhängung versteift werden, um einem Wanken des Kraftfahrzeugs entgegenzuwirken. Das Stabilisatorrohr ist hierzu als Torsionsstab ausgeführt, der im Kraftfahrzeug quer zur Fahrtrichtung gelagert ist und über jeweils einen Hebel an den Radaufhängungen angreift. Wenn sich beispielsweise bei einer Kurvenfahrt das Kraftfahrzeug infolge angreifender Fliehkräfte zur Seite neigt, federt das kurveninnere Rad stärker ein als das äußere. Das Stabilisatorrohr des Stabilisators wird dadurch elastisch tordiert und wirkt durch seine Federkraft gegen Torsion der Seitenneigung entgegen.
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Aus
DE 39 10 641 A1 ist ein aus einem faserverstärkten Kunststoff hergestellter Torsionsstab als Stabilisatorrohr eines Stabilisators für ein Kraftfahrzeug bekannt, wobei der faserverstärkte Kunststoff des Torsionsstabs im Bereich von Lagerstellen mit einem größeren Durchmesser verdickt vorgesehen ist.
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Es besteht ein ständiges Bedürfnis Stabilisatoren zur Fahrstabilisierung eines Kraftfahrzeugs leicht und haltbar auszugestalten.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung Maßnahmen aufzuzeigen, die einen leichten und haltbaren Stabilisator zur Fahrstabilisierung eines Kraftfahrzeugs ermöglichen.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch einen Torsionsstab mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
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Erfindungsgemäß ist ein Torsionsstab für einen Stabilisator eines Kraftfahrzeugs vorgesehen mit einem aus einem Faserverbundteil hergestellten Grundkörper und mindestens einer auf dem Grundkörper aufgebrachten nicht-metallischen Lagerschicht zur Ausbildung einer Gleitlagerseite eines Stabilisatorlagers. Der Grundkörper ist dabei vorzugsweise aus einem Kohlenfaserwerkstoff hergestellt.
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Durch den Kohlenstofffaserwerkstoff, insbesondere kohlenfaserverstärkter Kunststoff („CFK“), des Grundkörpers kann bei einem geringen Gesamtgewicht eine hohe gewichtsspezifische Festigkeit und Steifigkeit gegen Torsion erreicht werden. Durch die von dem Kohlenfaserwerkstoff des Grundkörpers verschiedene nicht-metallische Lagerschicht kann eine Beschädigung des Grundkörpers, insbesondere im Bereich von Lagerstellen, vermieden werden. Durch den nicht-metallischen Werkstoff kann die Lagerschicht hinreichend weich ausgestaltet sein, so dass sich das Material der Lagerschicht nicht in Grundkörper hineindrückt und die Kohlenstofffasern beschädigt. Der Grundkörper kann durch die Lagerschicht vor einer beispielsweise abrasiven Beschädigung durch ein Stabilisatorlager geschützt sein, so dass insbesondere ein Eindringen von Feuchtigkeit sowie eine elektrochemische Korrosion des Grundkörpers vermieden werden kann. Insbesondere kann die Werkstoffauswahl der Lagerschicht zu diesem Zweck optimiert sein und kann im Wesentlichen unabhängig von der bereitzustellenden Federcharakteristik des Torsionsstabs erfolgen. Im Vergleich zu einem Torsionsstab aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff oder Metall ist der Torsionsstab bei einer vergleichbaren Steifigkeit und Federkennlinie gegen Torsion zudem deutlich leichter. Durch den durch die Lagerschicht bereitgestellten Schutz des Grundkörpers gegen abrasiven Verschleiß in dem Stabilisatorlager kann der Grundkörper aus dem Kohlenstofffaserwerkstoff hergestellt sein, so dass ein leichter und haltbarer Stabilisator zur Fahrstabilisierung eines Kraftfahrzeugs ermöglicht ist.
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Insbesondere kann der Torsionsstab von zwei oder mehr Stabilisatorlagern gelagert werden, so dass entsprechend viele zueinander beabstandete Lagerschichten vorgesehen sein können, wobei die mehreren Lagerschichten insbesondere aus dem gleichen nicht-metallischen Werkstoff hergestellt sein können. Die jeweiligen Lagerschichten können im Wesentlichen identisch ausgestaltet sein. Der Torsionsstab kann insbesondere zu einem Mittelpunkt symmetrisch ausgestaltet sein. Der Grundkörper ist vorzugsweise rohrförmig, beispielsweise als Hohlzylinder, ausgestaltet, wobei der Grundkörper insbesondere einen abgewinkelten Verlauf in axialer Richtung aufweisen kann, beispielsweise um besser in einen vorhandenen Bauraum an der Unterseite des Kraftfahrzeugs integriert werden zu können. Die Lagerschicht kann im montierten Zustand eine der Gleitlagerseiten des Stabilisatorlagers ausbilden, die an einer anderen Gleitlagerseite des Stabilisatorlagers abgleiten kann. Die Lagerschicht kann die wellenseitige Gleitlagerseite ausbilden, während die nabenseitige Gleitlagerseite von einem Gummikörper des Stabilisatorlagers ausgebildet werden kann. An der Lagerschicht des Torsionsstabs kann eine kontaktierende und verschleißbehaftete Relativbewegung mit dem Stabilisatorlager stattfinden.
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Insbesondere ist die Lagerschicht aus Glasfasern hergestellt. Die Lagerschicht kann insbesondere aus einem glasfaserverstärkter Kunststoff („GFK“) bestehen. Die Lagerschicht kann dadurch leicht mit dem aus dem Kohlenfaserwerkstoff hergestellten Grundkörper befestigt werden. Insbesondere ist das Risiko reduziert, dass die Lagerschicht bei Torsionsbelastungen des Grundkörpers von dem Grundkörper abplatzt. Die Ausrichtung der Glasfasern kann sich insbesondere an der Textur der Kohlenstofffasern des Grundkörpers orientieren, so dass sich für die Lagerschicht eine im Wesentlichen gleiche Textur ergeben kann. Insbesondere können die Glasfasern mehrmals um den Grundkörper gewickelt oder in mehreren übereinanderliegenden Lagen aufgebracht sein, so dass bei einem abrasiven Verschleiß der Lagerschicht innere Wicklungen der Glasfasern verbleiben, die den Kohlenfaserwerkstoff des Grundkörpers immer noch schützen können.
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Vorzugsweise ist die Lagerschicht als Opferschicht zum abrasiven Verschleiß in dem Stabilisatorlager ausgestaltet. Insbesondere ist vorgesehen, dass anstelle des Grundkörpers ausschließlich nur die Lagerschicht durch abrasiven Verschleiß an der Lagerstelle durch das Stabilisatorlager beeinträchtigt wird. Die Funktionalität des Grundkörpers, insbesondere die Federkennlinie des Grundkörpers bei Torsion, bleibt über die Lebensdauer im Wesentlichen konstant. Hierzu ist für die Lagerschicht insbesondere eine in Abhängigkeit von der gewünschten Lebensdauer und dem über die Lebensdauer zu erwartenden abrasiven Verscheiß gewählte hinreichend große Schichtdicke vorgesehen.
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Besonders bevorzugt ist die Lagerschicht durch Umflechten und/oder Laminieren des Grundkörpers hergestellt. Die Lagerschicht kann dadurch leichter den elastischen Verformungen des Grundkörpers bei Torsionsbelastungen folgen ohne abzuplatzen. Insbesondere kann die Lagerschicht, vorzugsweise in einem gemeinsamen Produktionsschritt, auf den Grundkörper aufgebracht werden, wenn der Kohlenstofffaserwerkstoff noch nicht ausgehärtet ist, so dass beispielsweise für den Grundkörper und die Lagerschicht ein gleiches Harz verwendet werden kann.
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Insbesondere ist auf dem Grundkörper in axialer Richtung seitlich neben der Lagerschicht eine Klebeschicht zur Befestigung eines Hebels aufgebracht. Die Klebeschicht kann seitlich direkt an der Lagerschicht anschließen oder zu der Lagerschicht in axialer Richtung beabstandet sein. Die Klebeschicht kann insbesondere in unmittelbarer Nachbarschaft zur Lagerschicht vorgesehen sein, so dass der Hebel benachbart zu dem Stabilisatorlager oder das Stabilisatorlager kontaktierend positioniert werden kann. Insbesondere kann die Klebeschicht nach der Herstellung der Lagerschicht auf den Grundkörper aufgebracht werden, so dass die Lagerschicht für die korrekte Positionierung der Klebeschicht verwendet werden kann. Die Montage des Hebels ist dadurch vereinfacht und beschleunigt.
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Vorzugsweise weist die Klebeschicht einen größeren Außendurchmesser als die Lagerschicht auf. Dadurch kann sichergestellt werden, dass der Hebel nicht an der Lagerschicht anstößt und die Lagerschicht beschädigt. Eine Hülse des Hebels, die mit der Klebeschicht verbunden wird, ist zu der Lagerschicht immer radial beabstandet.
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Die Erfindung betrifft ferner einen Stabilisator zur Fahrstabilisierung eines Kraftfahrzeugs mit einem Torsionsstab, der wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein kann, mindestens einem mit dem Torsionsstab verbundenen Hebel zur Anbindung des Torsionsstabs an eine Radaufhängung und einem an der Lagerschicht des Torsionsstabs angreifenden Stabilisatorlager. Der Stabilisator kann insbesondere wie anhand des Torsionsstabs erläutert aus- und weitergebildet sein. Durch den durch die Lagerschicht bereitgestellten Schutz des Grundkörpers des Torsionsstabs gegen abrasiven Verschleiß in dem Stabilisatorlager kann der Grundkörper aus dem Kohlenstofffaserwerkstoff hergestellt sein, so dass ein leichter und haltbarer Stabilisator zur Fahrstabilisierung eines Kraftfahrzeugs ermöglicht ist.
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Insbesondere steht der Hebel in axialer Richtung über einen Teil der Lagerschicht, insbesondere in radialer Richtung zur Lagerschicht beabstandet, über. Dadurch kann ein Randbereich der Lagerschicht radial innerhalb des Hebels positioniert sein, wodurch das Stabilisatorlager nicht diesen von dem Hebel überdeckten Bereich der Lagerschicht kontaktieren kann. Störende Randeffekte, beispielsweise durch Faser-pull-out abstehende Faserenden der Glasfasern der Lagerschicht, sind vermieden. Der abrasive Verschleiß der Lagerschicht des Torsionsstabs ist dadurch gering gehalten.
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Vorzugsweise weist der Hebel einen Axialanschlag zum axialen Anschlagen an dem Stabilisatorlager auf. Die axiale Positionierung des Torsionsstabs innerhalb des Stabilisators kann durch den Axialanschlag des mindestens einen Hebels, vorzugsweise durch jeweils einen Axialanschlag von zwei verschiedenen Hebeln, sehr genau vorgegeben werden, wodurch die Montage vereinfacht ist.
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Besonders bevorzugt weist das Stabilisatorlager einen die Lagerschicht des Torsionsstabs kontaktierenden Gummikörper aus einem gummielastischen Material auf. Das gummielastische Material des Stabilisatorlagers kann einer Durchmesseränderung des Torsionsstabs bei Torsionsbelastungen leicht folgen, so dass ein Spalt zwischen der Lagerschicht des Torsionsstabs und der Gummikörper des Stabilisatorlagers im Betrieb vermieden ist. Insbesondere können Klappergeräusche vermieden werden und/oder Kräfte in radialer Richtung gedämpft werden.
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Insbesondere kann das Stabilisatorlager aus zwei Schalen zusammengesetzt sein, die in radial Richtung zusammengesetzt und mit Befestigungsmitteln, insbesondere Schrauben, miteinander verbunden werden können.
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:
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1 eine schematische perspektivische Ansicht eines Teils eines Stabilisators und
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2 eine schematische perspektivische Ansicht eines Torsionsstabs des Stabilisators aus 1.
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Der in 1 dargestellte Stabilisator 10 weist einen Torsionsstab 12 mit einem rohrförmigen Grundkörper 14 auf, mit dem ein Hebel 16 aus Aluminium drehfest verbunden ist. Der Hebel 16 kann an der in 1 dargestellten Seite mit einer Radaufhängung eines Kraftfahrzeugs verbunden werden. Der Torsionsstab 12 ist in einem mit einer Kraftfahrzeugkarosserie verbindbaren Stabilisatorlager 18 gelagert.
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Hierzu ist auf der Außenseite des aus einem Faserverbundteil wie CFK hergestellten Grundkörpers 14 eine aus GFK hergestellte Lagerschicht 20 vorgesehen, die mit einer aus einem Gummimaterial hergestellten Gummikörper 22 des Stabilisatorlagers 18 in Kontakt steht. Das Stabilisatorlager 18 ist zusammen mit dem Gummikörper 22 in zwei Schalen unterteilt, die miteinander verschraubt werden können. Die gegenüberliegende Seite des Stabilisators 10 kann entsprechend, insbesondere symmetrisch, ausgestaltet sein, so dass der Stabilisator 10 an zwei Enden jeweils einen Hebel 16 und ein Stabilisatorlager 18 aufweist.
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Wie in 2 dargestellt ist der transparent dargestellte Hebel 16 über eine in axialer Richtung neben der Lagerschicht 20 vorgesehene Klebeschicht 24 mit dem Grundkörper 14 befestigt. Der Hebel 16 überragt die Lagerschicht 20 in axialer Richtung etwas, so dass der Gummikörper 22 des Stabilisatorlagers 18 nicht am Rand sondern im Wesentlichen mittig an der Lagerschicht 20 des Torsionsstabs 12 angreift. Hierzu weist der Hebel 16 einen auf das Stabilisatorlager 18 zu weisenden Axialanschlag 26 auf, der an dem Stabilisatorlager 18 anschlagen kann. Der Axialanschlag 26 kann beispielsweise durch einen nach radial außen abstehenden Kragen am Hebel 16 ausgebildet sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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