DE102013218539A1 - Component and vehicle comprising a component - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Bauelement umfassend ein erstes Befestigungselement, ein zweites Befestigungselement und ein Zwischenelement, das das erste Befestigungselement und das zweite Befestigungselement verbindet, wobei das Zwischenelement trockene Fasern umfasst, die zum Aufnehmen von Zugkräften zwischen dem ersten Befestigungselement und dem zweiten Befestigungselement ausgebildet sind, und wobei eine aus Faserverbundwerkstoff bestehende Außenhaut das erste Befestigungselement, das zweite Befestigungselement und das Zwischenelement umschließt.The invention relates to a component comprising a first fastening element, a second fastening element and an intermediate element, which connects the first fastening element and the second fastening element, wherein the intermediate element comprises dry fibers, which are designed to absorb tensile forces between the first fastening element and the second fastening element, and wherein a fiber composite outer skin encloses the first fastener, the second fastener and the intermediate member.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bauelement, das vorzugsweise in einem Fahrzeug einsetzbar ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Fahrzeug, das ein Bauelement umfasst.The present invention relates to a component which is preferably usable in a vehicle. Furthermore, the invention relates to a vehicle comprising a component.
In Fahrzeugen werden Bauteile aus Stahl verwendet, um insbesondere Längslenker und/oder Querlenker eines Fahrzeugs zu bilden. Solche Bauteile haben jedoch ein hohes Gewicht und ein oftmals unvorteilhaftes Deformations- bzw. Crashverhalten. Daher besteht der Wunsch, derartige Bauelement aus anderen Materialen, wie insbesondere Verbundwerkstoffen zu fertigen.In vehicles steel components are used to form in particular trailing arms and / or control arm of a vehicle. However, such components have a high weight and often unfavorable deformation or crash behavior. Therefore, there is a desire to manufacture such device from other materials, in particular composite materials.
Es ist bereits ein Faserverbundbauteil, insbesondere eine Zug-Druck-Strebe aus
Ein anderes Bauteil ist aus der
Mit den beschriebenen Bauteilen aus dem Stand der Technik konnten jedoch keine zufriedenstellenden Ergebnisse bei einem Einsatz in Fahrzeugen erzielt werden. Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Bauelement bereitzustellen, das bei einfacher und kostengünstiger Herstellung und bei aufwandsarmer Montage eine sichere und zuverlässige Aufnahme von Kräften ermöglicht.With the described prior art components, however, no satisfactory results could be achieved when used in vehicles. It is therefore an object of the invention to provide a device that enables safe and reliable absorption of forces with simple and cost-effective production and low-effort assembly.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs. Demnach wird die Aufgabe gelöst durch ein Bauelement, das ein erstes Befestigungselement, ein zweites Befestigungselement und ein Zwischenelement umfasst. Das Zwischenelement verbindet das erste Befestigungselement und das zweite Befestigungselement. Dabei ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Zwischenelement trockene Fasern umfasst, die zum Aufnehmen von Zugkräften zwischen dem ersten Befestigungselement und dem zweiten Befestigungselement ausgebildet sind. Unter trockenen Fasern sind hier insbesondere solche Fasern zu verstehen, die nicht von einer Matrix aus einem zusätzlichen Material, insbesondere Kunststoff, umgeben sind. Dabei können trockene Fasern dennoch von Flüssigkeiten getränkt sein, wobei die Flüssigkeiten keine Kräfte aufnehmen. Das Bauelement weißt erfindungsgemäß weiterhin eine aus Faserverbundwerkstoff bestehende Außenhaut auf. Die Außenhaut umschließt das erste Befestigungselement, das zweite Befestigungselement und das dritte Befestigungselement. Aufgrund der Tatsache, dass die Außenhaut aus Faserverbundwerkstoff besteht, nimmt diese Druckkräfte auf. Somit ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass über Parameter der Außenhaut, insbesondre über deren Dicke, eine vordefinierte Druckfestigkeit und somit eine vordefinierte Energieaufnahme bei Druckbelastung des Bauelements einstellbar ist. Dies erlaubt ein gewünschtes Deformationsverhalten und/oder ein Verhalten im Crashfall zuverlässig festzulegen. Da erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass die trockenen Fasern den Großteil der Zugkräfte aufnehmen, bleibt eine Zugfestigkeit des Bauelements auch nach einem Schaden, insbesondere einem Bruch, der Außenhaut bestehen. Dies verhindert insbesondere auch ein Zerreißen des Bauelements. Durch die Realisierung des Bauelements als Faserverbundelement ist eine sehr hohe Gewichtsersparnis im Vergleich zu konventionellen Stahlelementen vorhanden. Dies wird insbesondre dadurch erreicht, dass die trockenen Fasern nicht von einer Matrix aus zusätzlichem Material umgeben sind. Erfindungsgemäß sind die trockenen Fasern durch die Außenhaut dennoch vor äußeren Einflüssen geschützt.This object is solved by the features of the independent claim. Accordingly, the object is achieved by a component which comprises a first fastening element, a second fastening element and an intermediate element. The intermediate element connects the first fastening element and the second fastening element. It is provided according to the invention that the intermediate element comprises dry fibers, which are designed to absorb tensile forces between the first fastening element and the second fastening element. Dry fibers are to be understood here in particular as meaning those fibers which are not surrounded by a matrix of an additional material, in particular plastic. In this case, dry fibers can still be soaked in liquids, the liquids absorb no forces. According to the invention, the component further comprises an outer skin composed of fiber composite material. The outer skin encloses the first fastening element, the second fastening element and the third fastening element. Due to the fact that the outer skin is made of fiber composite material, this pressure forces increases. Thus, the invention provides that via parameters of the outer skin, in particular on the thickness, a predefined compressive strength and thus a predefined energy absorption at pressure load of the device is adjustable. This allows a desired deformation behavior and / or behavior in the event of a crash to be set reliably. Since it is provided according to the invention that the dry fibers absorb most of the tensile forces, a tensile strength of the component also remains after damage, in particular a fracture, of the outer skin. This prevents in particular a tearing of the device. By realizing the component as a fiber composite element a very high weight saving compared to conventional steel elements is present. This is achieved in particular by the fact that the dry fibers are not surrounded by a matrix of additional material. According to the dry fibers are protected by the outer skin yet from external influences.
Die Unteransprüche haben bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.The dependent claims have preferred developments of the invention to the content.
Vorteilhafterweise ist der Faserverbundwerkstoff der Außenhaut ein kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff und/oder ein glasfaserverstärkter Kunststoff und/oder ein aramidfaserverstärkter Kunststoff. Ebenso sind die trockenen Fasern vorteilhafterweise Glasfasern und/oder Kohlenstofffasern und/oder Aramidfasern. Derartige Fasern sind einfach und kostengünstig zu verarbeiten und ermöglichen die Aufnahme hoher Kräfte. Dabei weisen die Fasern ein geringes Gewicht auf, so dass das Bauelement ebenfalls mit sehr geringem Gewicht realisierbar ist.Advantageously, the fiber composite material of the outer skin is a carbon fiber reinforced plastic and / or a glass fiber reinforced plastic and / or a aramid fiber reinforced plastic. Likewise, the dry fibers are advantageously glass fibers and / or carbon fibers and / or aramid fibers. Such fibers are easy and inexpensive to process and allow the absorption of high forces. In this case, the fibers have a low weight, so that the device can also be realized with very low weight.
Bevorzugt umfasst das Zwischenelement eine Schutzschicht, die besonders bevorzugt eine Folie ist. Die Folie ist insbesondere zwischen den trockenen Fasern und der Außenhaut angebracht. Auf diese Weise wird verhindert, dass die trockenen Fasern, insbesondere während des Fertigungsprozesses, mit nicht ausgehärtetem Kunststoff in Verbindung kommen. Daher stellt die Schutzschicht vorteilhafterweise sicher, dass die trockenen Fasern nicht versehentlich getränkt werden, so dass ein versehentliches Bilden einer Matrix um die trockenen Fasern ausgeschlossen ist.Preferably, the intermediate element comprises a protective layer, which is particularly preferably a film. The film is particularly applied between the dry fibers and the outer skin. In this way it is prevented that the dry fibers, in particular during the manufacturing process, come in contact with uncured plastic. Therefore, the protective layer provides advantageously ensuring that the dry fibers are not accidentally soaked so as to preclude accidental formation of a matrix around the dry fibers.
Das erste Befestigungselement und das zweite Befestigungselement dienen bevorzugt zum Anbinden des Bauelements an einem weiteren Bauteil. Dazu umfasst das erste Befestigungselement und/oder das zweite Befestigungselement vorteilhafterweise eine Öse, die mit Rovings umwickelt ist. Rovings sind bevorzugt Bündel von parallel angeordneten Endlosfasern.The first fastening element and the second fastening element are preferably used for connecting the component to a further component. For this purpose, the first fastening element and / or the second fastening element advantageously comprises an eyelet, which is wrapped with rovings. Rovings are preferably bundles of parallel filaments.
Die Rovings sind dabei bevorzugt innerhalb einer Kunststoffmatrix angebracht.The rovings are preferably mounted inside a plastic matrix.
Die Rovings umfassen besonders bevorzugt Glasfasern und/oder Kohlenstofffasern und/oder Aramidfasern. Der Vorteil dieser Fasern wurde oben bereits erläutert.The rovings particularly preferably comprise glass fibers and / or carbon fibers and / or aramid fibers. The advantage of these fibers has already been explained above.
Vorteilhafterweise ist das Bauelement derart ausgebildet, dass die trockenen Fasern mit einer Flüssigkeit benetzt oder getränkt sind. Die Flüssigkeit nimmt bevorzugt keine Kräfte auf, so dass diese auf die Stabilität des Bauelements keine Auswirkungen hat.Advantageously, the device is designed such that the dry fibers are wetted or impregnated with a liquid. The liquid preferably does not absorb any forces, so that it has no effect on the stability of the component.
Besonders bevorzugt ist die Flüssigkeit mit einer vordefinierten Farbe eingefärbt. Dies ermöglicht das Erkennen von beschädigten Bauelementen, da Schadstellen der Außenhaut ein Austreten der Flüssigkeit erlauben und die Farbe der eingefärbten Flüssigkeit erkennbar ist. Somit ist vorteilhafterweise eine Möglichkeit vorhanden, beschädigte Bauelemente insbesondere vor ihrer Verwendung zu erkennen und auszusortieren. Auch ist es vorteilhafterweise möglich, eine Überbelastung des Bauteils im Einsatz festzustellen. Daher eignet sich das Bauelement gemäß der bevorzugten Ausführungsform insbesondere für den Einsatz sicherheitskritischer Komponenten, insbesondere für den Einsatz in Fahrwerken von Fahrzeugen.Particularly preferably, the liquid is colored with a predefined color. This allows the detection of damaged components, since damaging the outer skin allow leakage of the liquid and the color of the inked liquid is recognizable. Thus, there is advantageously a possibility of detecting and sorting out damaged components, in particular before their use. Also, it is advantageously possible to determine an overload of the component in use. Therefore, the device according to the preferred embodiment is particularly suitable for the use of safety-critical components, in particular for use in chassis of vehicles.
Weiterhin ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass die Flüssigkeit ein Tränken der trockenen Fasern mit einem nicht ausgehärteten Kunstsoff, insbesondere mit einem Harz, verhindert. Somit ist sichergestellt, dass die trockenen Fasern, insbesondere während des Herstellungsprozesses des Bauelements, nicht versehentlich mit einem nicht ausgehärteten Kunststoff getränkt werden. Daher ist ein versehentliches Ausbilden einer Matrix um die trockenen Fasern ausgeschlossen.Furthermore, it is particularly preferred that the liquid prevents impregnation of the dry fibers with a non-cured Kunstsoff, in particular with a resin. This ensures that the dry fibers, in particular during the manufacturing process of the component, are not accidentally soaked with a non-hardened plastic. Therefore, accidental formation of a matrix around the dry fibers is precluded.
Außerdem ist bevorzugt vorgesehen, dass die trockenen Fasern eine vordefinierte Vorspannung innerhalb des Zwischenelements aufweisen. Auf diese Weise wird die Steifigkeit des Bauelements vorteilhafterweise erhöht.In addition, it is preferably provided that the dry fibers have a predefined prestress within the intermediate element. In this way, the rigidity of the device is advantageously increased.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Fahrzeug, das ein zuvor beschriebenes Bauelement umfasst. Das Bauelement ist insbesondere ein Längslenker und/oder Querlenker des Fahrzeugs. Somit verfügt das erfindungsgemäße Fahrzeug über ein sicheres und zuverlässiges Fahrgestell, da das erfindungsgemäße Bauelement Kräfte sicher und zuverlässig aufnimmt. Weiterhin ermöglicht das geringe Gewicht des Bauelements eine Gewichtsreduktion des Fahrzeugs im Vergleich zu herkömmlichen Fahrzeugen.The invention further relates to a vehicle comprising a previously described component. The component is in particular a trailing arm and / or wishbone of the vehicle. Thus, the vehicle according to the invention has a safe and reliable chassis, since the device according to the invention receives forces safely and reliably. Furthermore, the low weight of the device allows a weight reduction of the vehicle compared to conventional vehicles.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren. Es zeigen:Further details, features and advantages of the invention will become apparent from the following description and the figures. Show it:
Eine Außenhaut
Die Außenhaut
Ebenfalls ist ein ungewünschtes Tränken der trockenen Fasern
Die Flüssigkeit ist insbesondere eingefärbt. Dies ist insofern vorteilhaft, als dadurch Schadstellen in der Außenhaut
Das erste Befestigungselement
Das Fahrzeug
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Bauelementmodule
- 22
- erstes Verbindungselementfirst connecting element
- 33
- zweites Verbindungselementsecond connecting element
- 44
- Zwischenelementintermediate element
- 55
- Außenhautshell
- 66
- trockene Faserndry fibers
- 77
- Schutzschichtprotective layer
- 88th
- Öseeyelet
- 99
- Rovingsrovings
- 1010
- Fahrzeugvehicle
- 1111
- Radwheel
- 1212
- RadaufhängungArm
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102005059933 B4 [0003] DE 102005059933 B4 [0003]
- DE 4323510 A1 [0004] DE 4323510 A1 [0004]
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