DE102014214827A1

DE102014214827A1 - Lenker sowie Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE102014214827A1
Application number: DE102014214827.8A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Meyer; Ignacio Lobo Casanova; Martin Wachtel
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2014-07-29
Filing date: 2014-07-29
Publication date: 2016-02-04
Also published as: EP3174696A1; US10350951B2; WO2016015933A1; KR20170038041A; US20170210187A1; CN106536146A; CN106536146B

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Lenkers für ein Kraftfahrzeug, insbesondere Mehrpunktlenker, vorzugsweise Querlenker, im Wesentlichen ausgebildet aus einer Faser-Kunststoff-Verbund-Struktur, mit den Schritten Erstellen einer Preform-Struktur mit lastangepasster Faserorientierung, Einbringen der Preform-Struktur in ein formgebendes Werkzeug, Konsolidieren der Preform-Struktur in dem Werkzeug mittels Zuführen von Druck und/oder Temperatur, Entnehmen und Weiterbearbeiten des Lenkers.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Lenkers für ein Kraftfahrzeug, insbesondere Mehrpunktlenker, vorzugsweise Querlenker, der im Wesentlichen aus einer Faser-Kunststoff-Verbund-Struktur ausgebildet ist. Die Erfindung betrifft des Weiteren einen Lenker für ein Kraftfahrzeug, insbesondere Mehrpunktlenker, vorzugsweise Querlenker, der im Wesentlichen aus einer Faser-Kunststoff-Verbund-Struktur ausgebildet ist, wobei die Faser-Kunststoff-Verbund-Struktur mindestens ein Mittel zur Aufnahme mindestens eines weiteren Fahrwerkteils, insbesondere eines Kugelgelenks und/oder Elastomerlagers aufweist.
Aus der DE 10 2011 010 367 A1 ist ein Fahrwerksteil für einen Kraftwagen bekannt, mit einem Grundkörper und mit einer Verstärkungsstruktur aus Kunststoff, durch welche der Grundkörper verstärkt ist, wobei der Grundkörper aus faserverstärktem Kunststoff mit mindestens einem Fasereinleger gebildet ist. Das in dieser Veröffentlichung offenbarte Fahrwerksteil weist aufgrund des für den Grundkörper verwendeten faserverstärkten Kunststoffs ein im Vergleich mit Stahl geringes Gewicht auf. Um jedoch die für ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs benötigten Festigkeits- und Steifigkeitskennwerte bei geringen Verformungs- und Dehnungsverhalten zu erfüllen, ist der Grundkörper mit einer Verstärkungsstruktur aus Kunststoff versehen, die mit einem geeigneten Spritzguss-Werkstoff an den Grundkörper angespritzt ist. Diese spritzgegossene Verstärkungsstruktur bedeutet zusätzliches Gewicht und einen zusätzlichen Arbeitsgang zur Herstellung des Fahrwerksteils.
Bei Fahrwerksbauteilen gemäß der vorgenannten Offenlegungsschrift besteht eine zusätzliche Herausforderung darin, weitere Fahrwerksbauteile in Form von Lagern, wie z. B. Gummilagern oder Kugelgelenke zu integrieren, ohne die Faser-Verbund-Kunststoff-Struktur dabei zu schädigen oder zu schwächen.
Mittels eines Verfahrens zur Herstellung eines Lenkers aus einer Faser-Kunststoff-Verbund-Struktur bzw. eines Lenkers, hergestellt nach einem solchen Verfahren, kann der Zielkonflikt gelöst werden, ein sowohl kostengünstiges als auch verbessert leichtgewichtiges Fahrwerksbauteil bereitzustellen, das den hohen Anforderungen bei Fahrwerken gerecht wird. Vor diesem Hintergrund schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Lenkers für ein Kraftfahrzeug sowie einen Lenker für ein Kraftfahrzeug aus einer Faser-Kunststoff-Verbund-Struktur gemäß den Hauptansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Ein Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Lenkers für ein Kraftfahrzeug, insbesondere Mehrpunktlenker, vorzugsweise Querlenker, im Wesentlichen ausgebildet aus einer Faser-Kunststoff-Verbund-Struktur, mit den Schritten

– Erstellen einer Preform-Struktur mit lastangepasster Faserorientierung,
– Einbringen der Preform-Struktur in ein formgebendes Werkzeug,
– Konsolidieren der Preform-Struktur in dem Werkzeug mittels Zuführen von Druck und/oder Temperatur,
– Entnehmen und Weiterbearbeiten des Lenkers.

Unter einer Preform-Struktur wird ein Rohteil verstanden, welches aus zumindest einem flächigen Textilmaterial besteht und innerhalb des Herstellungsverfahrens mittels eines formgebenden Werkzeugs unter dem Einfluss von Druck und Temperatur in seine Endform gebracht wird. Aufgrund der Bauteilanforderungen wird z. B. mittels Finite-Elemente-Methode (FEM) ermittelt, welchen Belastungen bzw. Beanspruchungen das herzustellende Lenkerbauteil z.B. in einem Pkw-Fahrwerk unterliegt und welche Hauptspannungsrichtungen sich dadurch ergeben. Aufgrund der dann bekannten, später auf das fertige Bauteil wirkenden Lasten (hinsichtlich Intensität und Richtung) wird ein flächiges Textil maschinell erstellt, so dass eine Preform-Struktur mit lastangepasster Faserorientierung vorliegt. Einfach gesagt, wird an Positionen im Bauteil, an denen eine höhere Belastung zu erwarten ist, eine Faserverdichtung vorgesehen. An weniger belasteten Orten verlaufen die Fasern weniger dicht. Da es ungünstig ist, Faser-Kunststoff-Verbund-Strukturen bzw. deren Fasern zu unterbrechen, werden die Fasern des Textils so gelegt, dass diese beispielsweise um spätere beabsichtigte Aussparungen oder Löcher zur Aufnahme von weiteren Fahrwerksbauteilen herumgeführt werden. Die flächigen Textilien können ein- oder mehrschichtig, insbesondere ausgehend von einer einzigen Schicht erstellt werden, wobei Verfahren wie tailored fibre placement (TFP), Jacquard-Verfahren, Faser-Matrix-Misch-Verfahren, Commingling-Verfahren und/oder das Film-Stacking-Verfahren verwendet werden. Mittels dieser bekannten Verfahren kann nahezu jede erdenkliche Struktur und somit auch jede geforderte lastangepasste Faserorientierung erzeugt werden. Die durch diesen Verfahrensschritt erstellte Preform-Struktur lässt bereits die etwaige Form des späteren Bauteils erkennen. Insbesondere lässt sich aber durch die lastangepasste Faserorientierung erkennen, an welcher Stelle das Bauteil im späteren Gebrauch einer erhöhten Belastung ausgesetzt sein wird. Die Preform-Struktur wird in einem nächsten Schritt in ein formgebendes Werkzeug eingelegt. Dieses kann von Hand oder maschinell durch entsprechende Handhabungsmaschinen geschehen. Das formgebende Werkzeug legt die endgültige Form des späteren Lenkers fest. Die zuvor eher flächige und somit eher ebene Textilstruktur kann in dem formgebenden Werkzeug verschiedenste Formen annehmen. Es sind so verschiedenste Geometrien, die aus dem Bereich von herkömmlichen aus Metall gefertigten Lenkern bekannt sind, denkbar (flächig, eben, mit Sicken und/oder Stegen, I-und/oder U- und/oder V-förmig).
Vorzugsweise ist der Lenker als ebenes Bauteil ausgeführt, da hier gezeigte Lenker hinsichtlich der Festigkeit auch ohne verstärkende Sicken oder Stege auskommt. Nach dem Schließen des formgebenden Werkzeuges wird die Preform-Struktur in dem Werkzeug mittels Zuführen von Druck und/oder Temperatur konsolidiert. Beim Konsolidieren oder auch Konsolidierungsprozess wird durch Erhöhen von Druck und Temperatur und Halten dieser Parameter für eine vorbestimmte Zeit, die abhängig vom Grundwerkstoff der Preform-Struktur ist, eine Verfestigung des Ausgangsmaterials bzw. der Faser-Kunststoff-Verbund-Struktur bewerkstelligt. Das Konsolidieren bzw. der Konsolidierungsprozess ist auch unter dem Ausdruck „heißes Verpressen“ bzw. „Verpressen und Aushärten“ bekannt. Hierbei verbindet sich das Ausgangsmaterial der Preform-Struktur mit einem in oder auf der Preform-Struktur vor dem Einbringen in das Werkzeug bereits vorhandenen Matrixmaterial (z.B. in Form von sogenannten Hybridgarnen). Alternativ wird das Matrixmaterial mit hohem Druck in das Werkzeug eingebracht, insbesondere in Form eines Harzes, und anschließend findet im Werkzeug der Konsolidierungsprozess statt. Es entsteht beim Konsolidieren so ein homogener Faser-Kunststoff-Verbund. Zum Zuführen von Matrixmaterialien in Form von Harz, auch „Infiltrieren“ genannt bzw. in Form von Hybridgarnen wird später noch Stellung genommen.
Dem Konsolidieren nachgeschaltet kann eine Abkühlung im Werkzeug erfolgen, die bei geschlossenem oder geöffnetem Werkzeug möglich ist und je nach Material innerhalb einer bestimmten Zeitspanne erfolgen kann. Alternativ kann auch eine gesteuerte aktive Abkühlung innerhalb des Werkzeuges erfolgen, indem in dem Werkzeug über ein Fluid, insbesondere einem Gas oder einer Flüssigkeit eine aktive Abkühlung erfolgt. Hiernach kann das fertige Bauteil dem formgebenden Werkzeug entnommen und einer Weiterbearbeitung zugeführt werden. Das bedeutet nicht, dass der Lenker durch die vorstehend beschriebenen Verfahrensschritte nicht bereits fertig hergestellt ist bzw. sein kann. Wesentlich ist bei dem vorgestellten Verfahren, dass dem Lenker innerhalb des Werkzeugs keine separate, aus dem Stand der Technik bekannte Verstärkungsstruktur, z. B. in Form von Hinterspritzungen oder Anspritzungen beigefügt wird. Der zusätzliche Schritt zum Einbringen einer Verstärkung entfällt ganz. Es ist offensichtlich, dass sich hiermit hinsichtlich Durchlaufzeiten und somit auch bezüglich Kosten ein günstigeres Endprodukt ergibt. Durch das Ausbleiben einer Verstärkungsstruktur ist im Ergebnis zudem ein geringeres Gewicht als bei einem Bauteil mit Verstärkung zu erwarten.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird vor und/oder während und/oder nach dem Einbringen der Preform-Struktur in das formgebende Werkzeug mindestens ein Fahrwerksteil und/oder ein Mittel zum Vorsehen einer Lagerstelle bzw. zur Aufnahme eines Lagers an dem Lenker bzw. zur Aufnahme mindestens eines weiteren Fahrwerkteils in die Preform-Struktur eingebracht. Ein derartiges Fahrwerksteil kann z. B. aus einem Kugelgelenk oder einem Elastomerlager, insbesondere Gummilager, vorzugsweise Buchsenlager, höchst vorzugsweise Hydrolager, bestehen. Über diese Lager ist im Fahrwerk eine Anbindung an weitere Bauteile wie Lenker, Radträger oder Karosseriebauteile möglich. Das Werkzeug weist hierzu geeignete Aufnahmen auf, die der späteren Position der Fahrwerksteile bzw. Lageraufnahmen an dem fertig hergestellten Lenker entsprechen. Dieser Verfahrensschritt ist insbesondere vorteilhaft, da das mindestens eine Fahrwerkteil und/oder Mittel zur Aufnahme von Lagern entweder später nur schwerlich oder mit entsprechend hohem Aufwand nach Fertigstellung des Lenkers mit diesem verbindbar sind. Auch ist mit der vorliegend möglichen Integration eine verbesserte Festigkeit der integrierten Bauteile bzw. des gesamten Lenkers gegeben. Es ergibt sich somit vorteilhafterweise eine Reduzierung der Zeit, die zum Herstellen des fertigen Lenkers benötigt wird.
Vorzugsweise wird während des Konsolidierens die Preform-Struktur mit einem Matrix-Material infiltriert, welches in das Werkzeug eingebracht, insbesondere in Form eines Harzes eingespritzt wird. Bei dem eingebrachten Matrix-Material handelt es sich vorzugsweise um ein Harz, das während des Konsolidierungsprozesses durch die Zuführung von Druck und Temperatur aushärtet. Über das Matrix-Material kann somit die Bauteileigenschaft gezielt beeinflusst werden.
Das Infiltrieren mit Matrix-Material während des Konsolidierens wird vorzugsweise nach dem RTM-Verfahren, insbesondere T-RTM- oder HD-RTM-Verfahren vorgenommen. Beim T-RTM-Verfahren handelt es sich um das Thermoplastische Resin-Transfer-Molding- oder auch Insitu-Verfahren oder reaktives Spritzgießen genannt, wobei der im Werkzeug befindlichen Preform-Struktur die für eine Polymerisation erforderlichen chemischen Ausgangswerkstoffe zugeführt werden. Diese bilden durch chemische Reaktion einen sogenannten thermoplastischen Matrix-Werkstoff. Beim HD-RTM-Verfahren handelt es sich um das Hochdruck-Resin-Transfer-Molding-Verfahren, bei dem ein duroplastischer Matrix-Werkstoff zugeführt wird. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn in das Werkzeug eine gefaltete Preform-Struktur eingelegt wird. Dies ist der Fall, wenn beim Erstellen der Preform-Struktur mit lastangepasster Faserorientierung diese eine Form aufweist, die spiegelsymmetrisch ist und die etwa, vorzugsweise genau, an ihrer Spiegelachse gefaltet wird, bevor diese in das formgebende Werkzeug eingelegt wird. Es entsteht auf diese Weise ein Bauteil mit einem homogenen Querschnitt, das keine Verbindungsfläche zwischen den aufeinander gefalteten Teilen aufweist. Diese ist üblicherweise vorhanden, wenn der Lenker, wie aus dem Stand der Technik bekannt, aus einem Faser-Verbund-Grundkörper mit einer anschließend angespritzten Verstärkungsstruktur aus Kunststoff besteht. Auch bei Verwendung von sogenannten thermoplastischen Hybridgarnen, bei denen ein Zuführen von Matrix-Material in den Konsolidierungsprozess nicht notwendig ist, wird mit der Erfindung ein homogener Querschnitt durch den Konsolidierungsprozess erzeugt. Bei der Verwendung von thermoplastischen Hybridgarnen werden diese bereits bei Erstellung der Preform-Struktur mit lastangepasster Faserorientierung auf die Preform-Struktur aufgebracht, vorzugsweise durch maschinelles Vernähen. Auf diese Weise kann in die Preform-Struktur bei Erstellung dieser auch bereits ein später zur Feststellung der Belastung vorgesehener Sensor und/oder eine Sensorleitung eines Schadenserfassungssystems in die Faser-Kunststoff-Verbund-Struktur eingebracht werden. Die Hybridgarne bestehen aus einem textilen Trägerfaden mit thermoplastischer Matrix, wie z.B. Polyamid (PA), Polyetheretherketon (PEEK), Polypropylen (PP) o.ä. Der textile Trägerfaden kann mit dem Matrixmaterial verdrillt sein. Alternativ kann das Matrixmaterial den Trägerfaden umgeben, z.B. in dem es den Trägerfaden umfasst, wenn dieser insbesondere innerhalb des Matrixmaterials verläuft. Die thermoplastische Matrix ist dabei von der Form und der Beschaffenheit ähnlich wie ein Wollfaden ausgebildet.
In einer weiteren Ausführungsform kann nach dem Konsolidieren innerhalb des Werkzeugs an dem Lenker wenigstens ein weiteres Fahrwerksteil und/oder eine Mittel zur Aufnahme mindestens eines weiteren Fahrwerkteils eingebracht werden, insbesondere durch Montagespritzguss. Gegebenenfalls ist vor dem Montagespritzguss ein Haftvermittler vorzusehen, der auf die konsolidierte/ausgehärtete Preform-Struktur oder auf das Fahrwerksteil bzw. Mittel aufgebracht wird.
Ist es vorgesehen, den Lenker aus einem Materialmix herzustellen, das heißt beispielsweise aus einer Faser-Kunststoff-Verbund-Struktur und zusätzlich einem Leichtmetall, vorzugsweise Aluminium- bzw. Magnesium-Gehäuse für ein Kugelgelenk, so kann dieses innerhalb des Werkzeuges durch kostengünstigen und großserientauglichen Montagespritzguss erfolgen. Soll ein Kugelgelenk in den Lenker integriert werden, kann beispielsweise ein Unterteil der Kugelpfanne aus einer Faser-Kunststoff-Verbund-Struktur gebildet sein, wohingegen der obere Teil des Gehäuses, der die Kugel eines Gelenkzapfens in dem Gehäuse gegen Auszug sichert, durch thermoplastische bzw. duroplastische Umspritzung, durch Durchspritzung, Verklebung oder auch durch eine, insbesondere durch Umspritzen hergestellte, Nietverbindung gehalten werden. Zur möglichen Ausführung wird hier später in der Beschreibung noch Bezug genommen.
In bevorzugter Weise wird das Einbringen eines Fahrwerkteils oder des Mittels zur Aufnahme eines Lagers zeitlich nach dem HD-RTM-Verfahren mittels des BMC- und/oder SMC-Verfahrens, insbesondere DSMC-Verfahrens ergänzend bzw. kombinierend ausgeführt.
Bei SMC (Sheet Molding Compounds) oder BMC (Bulk Molding Compounds) handelt es sich um einer Art von faserverstärkten Kunststoffen, die in einer Vorfertigung aus Harzen, Härtern, Füllstoffen, Additiven, etc. und Glasfaserstücken, z.B. bis 50 mm Länge hergestellt werden, speziell bei SMC in einer sogenannte Harzmatte gefertigt werden. Nach einer Reifezeit (Lagerzeit), z.B. einige Tage bei ca. 30–40 °C, erhöht sich die Viskosität des Harzwerkstoffes (BMC) bzw. der Harzmatte (SMC). Bei dieser definiert festzulegenden Viskosität, abhängig von der Rezeptur kann die Matte bzw. der Harzwerkstoff weiterverarbeitet werden. Die Weiterverarbeitung erfolgt dann in beheizten Werkzeugen im Pressverfahren. Der faserverstärkte Kunststoff (z.B. Harzmatte) wird, je nach Bauteilgröße und -geometrie, in genau definierte Größen gebracht und nach einem definierten Einlegeplan im Werkzeug platziert. Beim Schließen der Presse wird die Harzmatte bzw. der Werkstoff im gesamten Werkzeug verteilt. Hierbei sinkt die vorher während der Reifezeit erreichte Viskositätserhöhung fast wieder auf das Niveau der Halbzeugfertigung. Der Vorteil dieser Werkstoffklasse liegt in der leichten Darstellung dreidimensionaler Geometrien und Wanddickenunterschieden in nur einem Arbeitsschritt. Die endgültige Bauteilform wird durch die Kavität eines mindestens zweiteiligen Werkzeugs gegeben und zeigt üblicherweise beidseitig glatte, optisch ansprechende Oberflächen. BMC/SMC-Bauteile sind aufgrund ihrer großen Faserlänge hoch belastbar. Bei DSMC, einer speziellen Form des SMC, wird vorteilhaft die Lagerzeit effektiv verringert, was sich positiv auf eine Serienherstellung und Kostenreduzierung auswirkt.
Mit dem vorgestellten Verfahren lässt sich somit zeit- und kostengünstig ein Lenker für ein Kraftfahrzeug herstellen, insbesondere ein Mehrpunktlenker, vorzugsweise ein Querlenker, der im Wesentlichen aus einer Faser-Kunststoff-Verbund-Struktur ausgebildet ist, wobei die Faser-Kunststoff-Verbund-Struktur mindestens ein Mittel zur Aufnahme mindestens eines weiteren Fahrwerkteils, insbesondere eines Kugelgelenks und/oder Elastomerlagers aufweist, so dass die Faser-Kunststoff-Verbund-Struktur einstückig und stoffschlüssig und ohne eine Verstärkungsstruktur ausgebildet ist.
Wie zu den grundsätzlichen Verfahrensschritten bereits erwähnt, weist der Lenker keine gesonderte Verstärkungsstruktur auf. Der Lenker kann somit leicht ausgeführt werden, da ein zusätzliches Gewicht durch eine spritzgegossene Verstärkungsstruktur ausgeschlossen ist. Bevorzugt ist die Faser-Kunststoff-Verbund-Struktur aus einer lastangepassten Preform-Struktur hergestellt, wobei die Preform-Struktur als, insbesondere als flächiges, Textil-TFP- und/oder im Jacquard-Verfahren hergestellt und/oder aus Faser-Matrix-Misch- und/oder Commingling- und/oder Film-Stacking-Material ausgebildet ist, insbesondere mehrschichtig ausgebildet ist. Durch die vorgenannten Verfahren ist hinsichtlich Form und Eigenschaften ein nahezu beliebiger Lenker, wie dieser auch aus bisherigen aus Metall hergestellten oder aus einem Faser-Kunststoff-Verbund mit Verstärkungsstruktur gebildeten Form bekannt ist, herstellbar.
Bevorzugt ist die Lastanpassung durch Faserorientierung auf der Preform-Struktur in Form von einfach und/oder mehrfach übereinander und/oder nebeneinander eingebrachten, insbesondere ein- oder aufgenähten Hybridgarnen ausgebildet. Bei der Verwendung von Hybridgarnen handelt es sich um Garne, bei denen eine thermoplastische Matrix integriert ist. Die flächige textile Preform-Struktur kann ganz oder teilweise aus diesen Hybridgarnen bestehen und können mit einer Verstärkungsfaser aus Glasfaser oder Kohlefaser oder ähnlichen bekannten Materialien versehen sein. Als Matrix-Materialien für das zu verwendende Faser-Matrix-System sind sowohl thermoplastische TFP-Konstruktionen auf Basis von Polypropylen (PP), Polyamid (PA), Teilaromatischen PA (PPA) oder anderen thermoplastischen Hybridgarnen denkbar als auch trockene im TFP-Verfahren hergestellte textile Halbzeuge bzw. Konstruktionen, die dann im thermoplastischen RTM- oder T-RTM-Verfahren oder duroplastischen HD-RTM-Verfahren mit Harz getränkt bzw. infiltriert werden. Wenn im Zusammenhang mit der Preform-Struktur von „trocken“ oder von einer trockenen Struktur bzw. einem trockenen Textil bzw. textilem Halbzeug bzw. einer textilen Konstruktion gesprochen wird, so bedeutet dieses, dass in dem Material (noch) kein Matrix-Material eingebracht ist (weder in Form von Hybridgarn noch in Form von Harz o.ä.).
Bevorzugt ist an zumindest einer Lagerstelle ein Lager oder ein Gelenk, insbesondere Elastomerlager, vorzugsweise in Form eines Hülsen- oder Buchsenlagers oder ein Kugelgelenk in den Lenker form- und/oder stoffschlüssig integriert. Durch die form- und/oder stoffschlüssige Integration der genannten Bauteile ist ein sicherer Verbund mit dem Lenker gewährleistet, so dass die Anforderungen an das gesamte Fahrwerksbauteil, insbesondere hinsichtlich der Fahrwerkssicherheit mit Blick auf Auszugskräfte gewährleistet sind.
In einer besondere Ausführungsform ist das Mittel zur Aufnahme des Lagers und/oder Gelenks durch eine in den Lenker integrierte Buchse gebildet, die insbesondere aus Kunststoff, Leichtmetall oder einem Faser-Verbund-Werkstoff besteht, vorzugsweise aus einer Aluminium- oder Magnesium-Legierung und/oder aus einem Glas-Faser-Kunststoff (GFK) oder Kohle-Faser-Kunststoff (CFK) steht. Besonders bevorzugt ist die Buchse an die Faser-Kunststoff-Verbund-Struktur angespritzt oder mit dieser verklebt. Es ergibt sich somit eine dauerhafte und belastbare stoffschlüssige Verbindung der Buchse mit dem Lenker.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Lager oder Gelenk mittels eines teilweise unterbrochenen, insbesondere gelochten Strukturträgers des Lagers oder Gelenks in den Lenker integriert, wobei der Strukturträger aus Metall oder Kunststoff, insbesondere aus Leichtmetall oder einem Faser-Verbund-Werkstoff gebildet ist. Durch die Unterbrechung bzw. Löcher in dem Strukturträger des Lagers oder Gelenks kann dieser durch Umspritzung in vorteilhafter Weise mit dem Lenker verbunden werden. Der beispielsweise in dem Montage-Spritzguss eingebrachte Werkstoff zur Verbindung des Lagers oder Gelenks mit dem Lenker umschließt nicht nur den Strukturträger insgesamt, sondern fließt beim Montage-Spritzguss-Prozess auch in die Unterbrechungen bzw. Löcher und ergibt somit eine hochbelastbare Form einer stoffschlüssigen und formschlüssigen Verbindung.
In besonders bevorzugter Weise bildet das aus der Faser-Kunststoff-Verbund-Struktur gebildete Mittel zur Aufnahme des Lagers oder des Gelenks einen ersten Teil einer Lagerbuchse oder eines Gelenkgehäuses, an den sich zumindest ein weiteres Gehäuseteil, insbesondere formschlüssig, zur Aufnahme des Lagers oder eines Kugelzapfens eines Kugelgelenks anschließt, wobei die Gehäuseteile stoffschlüssig und/oder formschlüssig und/oder kraftschlüssig miteinander verbunden sind.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Verbindung der Gehäuseteile durch Kleben und/oder Vernieten und/oder durch Umspritzen und/oder durch thermoplastisches und/oder duroplastisches Umspritzen gebildet.
In bevorzugter Weise ist das Gehäuseteil aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere einem Leichtmetall, vorzugsweise einer Aluminium-Legierung oder Magnesium-Legierung gebildet, wobei zwischen dem ersten und zweiten Gehäuseteil ein zumindest weiterer Werkstoff, insbesondere mittels thermoplastischer und/oder duroplastischer Umspritzung eingefügt ist.
Bevorzugt ist in die Faser-Verbund-Struktur zumindest ein Sensor integriert, der eine Veränderung der Faser-Verbund-Struktur detektiert, um die Belastung bzw. eine Überlastung und/oder Überbeanspruchung anzuzeigen. Der Sensor ist vorzugsweise mit einer Erfassungseinrichtung und/oder einer Auswerteeinrichtung verbunden. Bevorzugt wird die Belastung dem Fahrer im Cockpit des Fahrzeugs, insbesondere optisch und/oder akustisch, angezeigt. Alternativ ist die Auswerteeinheit, insbesondere über ein Fahrzeug-Bussystem (z.B. CAN-Bus), mit einer Steuereinrichtung im Fahrzeug vernetzt, so dass Belastungswerte in einem Speicher abrufbar gehalten werden können. Bei Überschreiten eines Belastungswertes kann die Steuereinrichtung die Weiterfahrt beeinflussen oder einen Neustart verhindern, so dass eine Fahrt mit einem fehlerhaften Lenker bzw. Fahrwerk wirkungsvoll vermieden werden kann.
Weiter bevorzugt ist in den Lenker eine Stellvorrichtung integriert, so dass der Lenker längenveränderlich ist oder der Lenker eine verschiebbare Spurstange aufweist, die durch die Stellvorrichtung, insbesondere linear, in Relation zu dem Lenker verstellbar ist.
Der zuvor genannte Lenker findet bevorzugt Verwendung in einer Lenkvorrichtung für ein Achssystem, vorzugsweise für ein Achssystem mit einer Hinterradlenkung.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
1 eine perspektivische Darstellung eines Mehrpunktlenkers
1a eine teilgeschnittene Darstellung eines Endbereichs eines Lenkers gemäß 1
1b eine Detailansicht eines anderen Endbereichs eines Lenkers mit einem Kugelgelenk
2 eine Schnittdarstellung durch ein Lenkerende mit einem Kugelgelenk
3 eine perspektivische Darstellung eines Lenkers mit einem Hülsen- oder Buchsenlager
4a eine Darstellung einer Ausführung des Kugelgelenks für einen Lenker
4b eine Darstellung einer alternativen Ausführung des Kugelgelenks für einen Lenker
5 einer schematischen Darstellung des Verfahrens zur Herstellung eines Lenkers
1 zeigt einen Querlenker eines Kraftfahrzeuges in Form eines Dreipunktlenkers, der aus einer Faser-Kunststoff-Verbund-Struktur herstellt ist. Der Querlenker 1 ist aus einer mehrlagigen flächigen Preform-Struktur erstellt, der durch Falten etwa um die in der 1 dargestellte Achse A in seine dargestellte Form gebracht wurde. Zur Aufnahme des Gummilagers 5 ist in dem Bereich der Schlaufe 4 eine Buchse 7 eingebracht worden, die etwa ellipsenartig ausgeformt ist, so dass ein sonst benötigtes Zwickelstück im Schlaufenbereich 4 entfallen kann. Das Gummilager 5 weist einenends einen Kragen 5a auf, der jeweils außen am Lenker 1 anliegt. An dem von den Gummilagern 5 abgewandten Enden des Lenkers 1 ist ein Kugelgelenk 3 eingebracht. Wie zur Verdeutlichung in der 1a bzw. 1b in Schnittdarstellung dargestellt, weist das Kugelgelenk ein Strukturteil 3b auf, welches den Kugelzapfen 3c und die Lagerschale 3d umgreift. Das Strukturteil 3b und die Lagerschale 3d sind von einem Gehäuse 3e umgriffen. Das Kugelgelenk 3, bestehend aus den vorgenannten Bauteilen, ist hier als vormontierte Kugelgelenk-Kartusche 3 eingebracht, wobei das Gehäuse 3e aus Kunststoff bestehen kann, mit dem der Kugelzapfen 3c mit der die Kugel umschließenden Lagerschale 3d und das Strukturteil 3b umspritzt sind. Alternativ kann das Strukturteil aber auch durch die Preform-Struktur bzw. einem Teil davon gebildet sein. Dieses wird zu 4a, b später noch erläutert.
Zum Schutz vor äußeren Einflüssen und Korrosion ist das Kugelgelenk 3 zapfenseitig durch einen Dichtungsbalg 3a geschützt, der sowohl den Kugelzapfen 3c als auch das Gehäuse 3e formschlüssig umgreift. Für den Verbund zwischen Kugelgelenk 3 und Lenker 1 ist das Strukturteil 3b vorgesehen, welches vollständig von der Faser-Kunststoff-Verbund-Struktur umschlossen ist. Wie der 1b zu entnehmen ist, weist das Strukturteil 3b eine etwa flächige Ausbildung auf, die zur von dem Kugelgelenk 3 abgewandten Seite zum Ende des Strukturbauteils hin abflachen kann. Das Strukturbauteil 3b ist zudem mit Löchern 3b ₁ durchsetzt, die in voneinander beabstandet z.B. konzentrisch mit unterschiedlichen Radien um die Längsachse des Kugelgelenks 3 angeordnet sind. Das Strukturteil 3b selbst kann aus einem Metall-Werkstoff oder ebenfalls aus einem Faser-Kunststoff-Verbund-Werkstoff gefertigt sein. Dadurch, dass das Strukturteil 3b vollständig von der Faser-Kunststoff-Verbund-Struktur umschlossen ist, ergibt sich ein homogener Verbund zwischen Kugelgelenk 3 und dem Lenker 1 selbst. Durch die Löcher 3b ₁ wird beim Konsolidierungs- und Infiltrationsprozess ein besonders fester Verbund erreicht, da das Lenkermaterial als auch Matrixmaterial beim Konsolidieren in die Löcher 3b ₁ eindringt und so das Strukturteil 3b zusätzlich formschlüssig gehalten wird. Bei der Fertigung ist je nach Material des Strukturteils bzw. des Gehäuses 3e ein Primer oder dergleichen vorzusehen, so dass je nach Material, welches für das Strukturteil vorgesehen wird, zusätzlich zum Formschluss ebenfalls ein stoffschlüssiger Verbund zwischen der Preform-Struktur bzw. der Faser-Kunststoff-Verbund-Struktur und dem Strukturteil vorgesehen werden kann.
Bei der Herstellung eines Kugelgelenkes 3, bestehend aus zumindest einem Kugelzapfen 3c und einem Gehäuse 3e bzw. eine die Kugel des Kugelzapfens 3c umschließende Lagerschale 3d ist an sich ein während der Herstellung des Kugelgelenks oder des Herstellungsprozesses nachgeschalteter Temperprozess erforderlich. Beim Tempern wird das Kugelgelenk über einen gewissen Zeitraum erwärmt, so dass sich das Lagerschalenmaterial bzw. das Gefüge zwischen Kugelzapfen und Gehäuse setzen kann. Dieses ist erforderlich, um das Losbrechmoment des Kugelzapfens innerhalb des Gehäuses einzustellen. Dieses kann entfallen, da bei der Herstellung des Lenkers in dem Werkzeug Temperaturen anfallen, die für das Tempern des Kugelgelenks ausreichend sind. Somit ergibt sich ein weiteres Einsparpotential, da bei der Herstellung des Kugelgelenks bzw. der Kartusche dieses nicht getempert werden muss, sondern das Tempern in dem formgebenden Werkzeug bei der Herstellung des Lenkers mit bewerkstelligt werden kann.
In der 1 ist eine strichlinierte Linie A eingezeichnet, die andeutet, dass es sich bei dem Lenker von der Preform-Struktur her um ein gefaltetes Bauteil handelt. Nach der Konsolidierung bzw. Herstellung des Lenkers sind die obere und untere Lage im fertigen Bauteil jedoch einstückig stoffschlüssig ausgeführt und diese sind nicht mehr voneinander unterscheidbar. Der Lenker 1 ist als flächiges Bauteil ausgelegt und in der vorliegenden Ausbildung sind keine Stege vorgesehen. Zur Herstellung eines flächigen Bauteils bedarf es eines vereinfachten Werkzeuges, wenn keine Stege vorgesehen sind, was zusätzliche Kosten bei der Herstellung des Werkzeuges einspart. Das schließt jedoch nicht aus, dass aufgrund von besonderen Belastungen ggf. L- oder U- oder T-förmige Stege vorgesehen werden können. Die Form der Stege richtet sich dabei nach der mechanischen Anforderung an den Lenker und kann in allen drei Raumrichtungen lokal angepasst werden. Der vorliegend gezeigte Lenker 1 weist ebenfalls keine sickenförmigen Erhebungen oder Vertiefungen auf, da diese aufgrund der hohen Festigkeit und Steifigkeit des Bauteils nicht notwendig sind. Es schließt jedoch nicht aus, dass je nach Anforderung ggf. Erhebungen oder Vertiefungen in Form von Sicken vorgesehen werden können.
Die bereits weiter oben angesprochenen Buchsen 7 können als metallene oder polymere (Kunststoff-)Buchsen ausgeführt sein. Bei der Herstellung des Lenkers 1 beispielsweise im RTM-Verfahren, ob duroplastisch oder thermoplastisch, werden die Buchsen in das Werkzeug eingelegt, wobei die Gummilager zuvor in die Buchsen eingepresst wurden. In einer Variante können die Buchsen jedoch auch entfallen und die Gummilager direkt in das Werkzeug eingelegt und mit Kunststoff umspritzt werden.
Die bei den aus dem Stand der Technik bekannten Lenkern erforderlichen Zwickel entfallen hierbei ebenfalls, da diese die Zwickelform und -funktion übernehmen.
Eine weitere Variante zur Vermeidung der Zwickelstücke ist durch die Vernähung der trockenen oder vorimprägnierten Preform-Struktur im Bereich der Zusammenführung von oberer und unterer Lage, also in dem gezeigten Schlaufenbereich 4 durch eine Zwischenvernähung im Zwischenbereich 4a möglich. Nach dem Falten der Preform-Struktur würde diese Zwischenvernähung im Bereich 4a vorgesehen, bevor die Buchse 7 in die Preform-Struktur eingebracht wird und somit bevor die Preform-Struktur in das Werkzeug eingelegt wird;
2 zeigt die Integration eines Kugelgelenks 3 in eine vorgeformte Faser-Kunststoff-Verbund-Struktur 8. Diese erfolgt derart, dass ein Gehäuse aus Metall, vorzugsweise ein Gehäuse aus Aluminium 3e einen Kugelzapfen 3c mit vormontierter Lagerschale 3d und die vorgeformte Faser-Kunststoff-Verbund-Struktur 8 (z. B. eine Preform-Struktur erstellt aus TFP) in ein Spritzgusswerkzeug eingelegt werden, und thermoplastisch (RTM) oder duroplastisch (HD-RTM) umspritzt werden. Die Verbindung des Gehäuses 3e kann dabei sowohl stoffschlüssig über eine Verklebung 11 als auch stoff- bzw. formschlüssig über durch Umspritzungen 12, die einen Niet ausbilden oder einer Kombination von beiden Möglichkeiten, erfolgen. Durch die Integration des Aluminium Teilgehäuses in die Faser-Kunststoff-Verbund-Struktur zu einem Multi-Material-Design wird sichergestellt, dass hohe auf den Kugelzapfen wirkende Kräfte, wie die in der 2 gezeigten Kräfte F_A bzw. F_D, bei einem Querlenker aus Faser-Kunststoff-Struktur realisiert werden können, die alternativ durch ggfs. aufwendige, schwer herstellbare Faserorientierung erreichbar wären.
Zur Integration von Gummilagern sind nicht nur Lenker aus Faser-Kunststoff-Verbund-Struktur geeignet, die auf einer Preform-Struktur basieren, die vor Einlegen in das Werkzeug bzw. Voreinbringen von Lagerbuchsen und/oder Gummilagern gefaltet werden.
Die in 3 gezeigte Faser-Kunststoff-Verbund-Struktur bzw. Preform-Struktur 21, hier gezeigt mit zur Verstärkung der Steifigkeit dienenden Stege 30 und 31, ist ebenfalls ohne eine während oder nach dem Konsolidierungsprozess eingebrachte oder angespritzte Verstärkungsstruktur ausgeführt. Die Faser-Kunststoff-Verbund-Struktur ist zur Integration der Gummilager 5 in Richtung der Werkzeug-Öffnungs-Bewegung W_Ö ohne Hinterschnitte gestaltet, derart, dass sie nur halb um die Gummilager 5 bzw. Buchse 7 führt. Eine Faltung der Preform-Faser-Struktur ist somit nicht erforderlich, so dass ein noch weiter vereinfachter Fertigungsprozess für die Integration von Buchsen bzw. Lagern gewährleistet ist. Die Buchse 7 ist mit dem Lenker 21 durch eine Umspritzung 22 gesichert.
Dieses Prinzip eignet sich somit auch für Preform-Strukturen, die durch das TFP-Verfahren hergestellt sind. Dabei können diese aus Hybridgarn mit integrierter thermoplastischer Matrix bestehen. Alternativ können die Preform-Strukturen auch aus Glasfaser oder Kohlefaser bestehen, die dann im thermoplastischen (T-RTM) oder duroplastischen (HD-RTM) Verfahren mit Kunststoff bzw. einer Kunststoff-Matrix infiltriert werden. Die Integration des Gummilagers kann dabei durch Einspritzen mittels der Kunststoff-Matrix gleichartig wie die Integration eines Kugelgelenks in einem Arbeitsgang, also bei der Infiltration der Preform-Struktur mit der Kunststoff-Matrix ausgeführt werden. Ein kostengünstiger Einstufen-Prozess ist somit gewährleistet.
Die 4a und 4b zeigen weitere Varianten von Kugelgelenken, die sich ebenfalls für die Integration in einem Faser-Kunststoff-Verbund-Lenker eignen.
4a zeigt ein Kugelgelenk 31 mit einem Kugelzapfen 31c und einer Lagerschale 31d, wobei der Kugelzapfen mit umschließender Lagerschale in ein Metallgehäuse bzw. Metallkäfig 30 eingebettet ist. Ebenfalls erkennbar ist ein Strukturbauteil 31b, das das Metallgehäuse bzw. den Metallkäfig 30 umschließt. Mit anderen Worten ist das Metallgehäuse bzw. der Metallkäfig in das Strukturbauteil 31b eingesetzt, so dass der umlaufende Rand 30a an dem Loch in dem Strukturbauteil 31b anliegt. Das Gehäuse 31e umschließt die vorgenannten Bauteile in der Weise, dass der Kugelzapfen 31c die bei Kugelgelenken übliche Schwenk- und Drehbeweglichkeit hat. Das Gehäuse 31e ist durch Umspritzen eingebracht bzw. umschließt Strukturbauteil 31b und Metallkäfig 30 zu einem festen Verbund. Das Strukturteil kann aus Metall, aus Organoblech oder ebenfalls durch eine Preform-Struktur, die beispielsweise im TFP-Verfahren hergestellt ist, ausgeführt sein. Unter Organoblech ist ein Halbzeug aus thermoplastischem Kunststoff verstärkt mit Endlosfasern zu verstehen, der zumeist in Plattenform hergestellt ist. Organobleche können untern Temperatureinfluss plastisch verformt werden (z.B. durch den Umformprozess Tiefziehen).
In 4b ist eine im Vergleich zur 4a leicht veränderter Alternative gezeigt. Das Gehäuse wird hierbei zweiteilig ausgeführt. Das Unterteil 41eu des Gehäuses ist ausgeführt wie das Strukturteil gemäß 4a, wobei kein Loch vorgesehen ist, sondern eine kugelförmige Einbuchtung bzw. Sicke 45 vorgesehen ist, die die Lagerschale 41d bzw. die Kugel des Kugelzapfens 41c zumindest teilweise, vorzugsweise zur Hälfte aufnimmt. Der obere Teil 41eo bzw. zapfenseitige Teil des Gehäuses ist durch einen konischen Ring 41 _eo gebildet, der mit dem Gehäuseunterteil 41 _eo form- bzw. stoffschlüssig verbunden ist. Dadurch wird der Kugelzapfen 41c mit der Lagerschale 41d in dem Kugelgelenk 41 gehalten. Die Verbindung zwischen Gehäuseoberteil 41 _eo und Gehäuseunterteil 41 _eu kann, wie schon zu 2 beschrieben, durch eine Verklebung 47 oder wie hier ebenso gezeigt durch eine Umspritzung 42 gegeben sein. Das so vormontierte Bauteil wird zur Herstellung des Lenkers in das formgebende Werkzeug eingelegt, so dass Gehäuseober- und unterteil dann im Konsolidierungsprozess durch den Faserverbund-Werkstoff bzw. die Struktur und der eingespritzten Kunststoff-Matrix umschlossen werden. Für das Kugelgelenk 41 ergibt sich somit hinsichtlich der durch den Kugelzapfen 41c einwirkenden Druckkräfte F_D bzw. Zugkräfte F_A eine hinreichende Festigkeit, so dass der Auszug des Kugelzapfens durch diese Kräfte nicht gegeben ist.
Alternativ ist das Strukturteil 31b, 41b kein separates Bauteil, wie in den Ausführungen zuvor beschrieben, sondern ist durch die Preform-Struktur selbst bzw. eines äußeren Teilbereiches davon, gebildet, wie schon zu 1 gesagt.
In Analogie zu 4a weist die Preform-Struktur 31b dort ein Loch 33 auf, wo später der Kugelzapfen 31c, ggfs. mit Lagerschale 31d und/oder Lagerkäfig 30, nach dem Konsolidieren mit Kunststoff umspritzt wird, um das Gehäuse zu bilden.
Alternativ zu vorgenannten Variante und in Analogie zu 4b ist der Teilbereich der Preform-Struktur mit einer Einbuchtung bzw. Sicke oder Mulde 45 versehen, die bereits bei der Herstellung der Preform-Struktur vorgesehen sein kann. Die Mulde 45 kann aber auch dadurch eingebracht sein, dass diese in dem formgebenden Werkzeug vorhanden ist und nach dem Einlegen ins Werkzeug eingebracht bzw. dem anschließenden Konsolidierungsprozess gefestigt wird. Damit bildet der Teilbereich der Preform-Struktur das Gehäuseunterteil 41 _eu Das Fügen zwischen Gehäuseoberteil 41 _eo und Gehäuseunterteil 41 _eu kann, wie schon zuvor beschrieben, durch eine Verklebung 47 oder wie in 4b ebenso gezeigt durch eine Umspritzung 42 gegeben sein.
5 zeigt einen Ablauf der Verfahrensschritte gemäß der Erfindung. In einem ersten Schritt PS wird eine Preform-Struktur erstellt, z.B. eine flächige Textilkonstruktion (Gelege, Gewebe oder Gewirke o.ä.), die mittels des TFP Verfahrens unter Verwendung von Hybridgarnen, z.B. mittels Aufnähen, dieser hergestellt wird. In einem weiteren Schritt PS->W wird das Werkstück mittels eines Handhabungsroboters in ein formgebendes Werkzeug eingebracht. Weitere Fahrwerks-Bauteile wie ein Buchsenlager und/oder Kugelgelenke werden in diesem Schritt ebenfalls in das Werkzeug eingebracht. Das Werkzeug wird geschlossen. In einem nachfolgenden Schritt wird das Bauteil konsolidiert. Dabei wird eine auf die verwendeten Werkstoffe angepasste Temperatur sowie ein vorbestimmter Druck im bzw. mit dem Werkzeug erzeugt und für eine bestimmte Zeit gehalten. Anschließend ist der Lenker fertiggestellt und kann dem Werkzeug mittels eines Handhabungsroboters entnommen werden.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, eine mechanische Umkehr der Funktionen der einzelnen mechanischen Elemente der Erfindung zu bewirken.
Bezugszeichenliste

1: Lenker
2: Gedachte Verbindungslinie
3, 31, 41: Kugelgelenk, -kartusche
3a, 31a: Dichtungsbalg
3b, 31b, 41b: Strukturteil
3b₁, 31b₁, 41b₁: Löcher
3c, 31c, 41c: Kugelzapfen, Kugel
3d, 31d, 41d: Lagerschale
3e, 31e: Gehäuse
4: Schlaufenbereich
4a: Zwischenbereich
5: Gummilager
5a: Kragen
7: Buchse
8: Preform-Struktur, FKV-Struktur
11: Verklebung
12, 22, 42: Durchspritzung, Umspritzung
21: Lenker
30: Metallgehäuse, Metallkäfig
30a: umlaufender Rand
41eu: Gehäuse Unterteil
41eo: Gehäuse Oberteil, konischer Ring
45: Sicke, Einbuchtung
47: Verklebung
F_A: Auszugskraft
F_D: Druckkraft
W_Ö: Richtung Werkzeugöffnung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011010367 A1 [0002]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Lenkers für ein Kraftfahrzeug, insbesondere Mehrpunktlenker, vorzugsweise Querlenker, im Wesentlichen ausgebildet aus einer Faser-Kunststoff-Verbund-Struktur, mit den Schritten – Erstellen einer Preform-Struktur mit lastangepasster Faserorientierung, – Einbringen der Preform-Struktur in ein formgebendes Werkzeug, – Konsolidieren der Preform-Struktur in dem Werkzeug mittels Zuführen von Druck und/oder Temperatur – Entnehmen und Weiterbearbeiten des Lenkers.
Verfahren zur Herstellung eines Lenkers nach Anspruch 1, wobei vor und/oder während und/oder nach dem Einbringen der Preform-Struktur in das Werkzeug mindestens ein Fahrwerksteil und/oder ein Mittel zur Aufnahme mindestens eines weiteren Fahrwerkteils in die Preform-Struktur eingebracht wird.
Verfahren zur Herstellung eines Lenkers nach Anspruch 1 oder 2, wobei während des Konsolidierens die Preform-Struktur mit einem Matrix-Material infiltriert wird, welches in das Werkzeug eingebracht, insbesondere eingespritzt, wird.
Verfahren zur Herstellung eines Lenkers nach Anspruch 3, wobei das Konsolidieren mit Infiltrieren nach dem RTM-Verfahren, insbesondere T-RTM- oder HD-RTM-Verfahren, vorgenommen wird.
Verfahren zur Herstellung eines Lenkers nach Anspruch 3 oder 4, wobei nach dem Konsolidieren innerhalb des Werkzeugs an dem Lenker wenigstens ein weiteres Fahrwerkteil und/oder ein Mittel zur Aufnahme mindestens eines weiteren Fahrwerkteils, insbesondere eines Lagers, eingebracht wird, insbesondere durch Montagespritzguss, vorzugsweise nach dem T-RTM oder HD-RTM-Verfahren.
Verfahren zur Herstellung eines Lenkers nach Anspruch 5, wobei das Einbringen des Fahrwerkbauteils oder des Mittels zur Aufnahme mindestens eines weiteren Fahrwerkteils, insbesondere eines Lagers, nach dem HD-RTM-Verfahren mit dem SMC und/oder BMC-Verfahren ergänzend und/oder kombinierend ausgeführt wird.
Lenker für ein Kraftfahrzeug, insbesondere Mehrpunktlenker, vorzugsweise Querlenker, im Wesentlichen ausgebildet aus einer Faser-Kunststoff-Verbund-Struktur, wobei die Faser-Kunststoff-Verbund-Struktur mindestens ein Mittel zur Aufnahme mindestens eines weiteren Fahrwerkteils, insbesondere eines Kugelgelenks und/oder Elastomerlagers, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Faser-Kunststoff-Verbund-Struktur, insbesondere einstückig und stoffschlüssig, ohne eine Verstärkungsstruktur ausgebildet ist.
Lenker nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Faser-Kunststoff-Verbund-Struktur aus einer lastangepassten Preform-Struktur hergestellt ist, wobei die Preform-Struktur als, insbesondere flächiges, zumindest einschichtiges Textil im TFP- und/oder Jacquard-Verfahren hergestellt und/oder aus Faser-Matrix-Misch- und/oder Commingling- und/oder Film-Stacking-Material ausgebildet ist, insbesondere mehrschichtig ausgebildet ist.
Lenker nach einem der Ansprüche von 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lastanpassung durch Faserorientierung auf der Preform-Struktur in Form von einfach und/oder mehrfach übereinander und/oder nebeneinander eingebrachten, insbesondere ein- und/oder aufgenähten Hybridgarnen ausgebildet ist.
Lenker nach einem der Ansprüche von 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass an zumindest einer Lagerstelle ein Lager oder ein Gelenk, insbesondere Elastomerlager oder Kugelgelenk in den Lenker form- und/oder stoffschlüssig integriert ist.
Lenker nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerstelle in Form eines Mittels zur Aufnahme des Lagers und/oder Gelenks durch eine in den Lenker integrierte Buchse gebildet ist, die insbesondere aus Kunststoff, Leichtmetall oder einem Faser-Verbundwerkstoff besteht, vorzugsweise aus einer Aluminium- oder Magnesiumlegierung und/oder aus einem GFK- oder CFK-Werkstoff.
Lenker nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Buchse an die Faser-Kunststoff-Verbund-Struktur stoffschlüssig verbunden ist, insbesondere angespritzt oder mit dieser verklebt ist.
Lenker nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager oder Gelenk mittels eines teilweise unterbrochenen, insbesondere gelochten, Struktur-Trägers des Lagers oder Gelenks in den Lenker integriert ist, wobei der Struktur-Träger aus Metall oder Kunststoff, insbesondere aus Leichtmetall oder einem Faser-Verbundwerkstoff gebildet ist.
Lenker nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das aus der Faser-Kunststoff-Verbund-Struktur gebildete Mittel zur Aufnahme für das Lager oder das Gelenk einen ersten Teil einer Lagerbuchse oder eines Gelenkgehäuses bildet, an den sich zumindest ein weiteres Gehäuseteil, insbesondere formschlüssig, zur Aufnahme des Lagers oder eines Kugelzapfens eines Kugelgelenks anschließt, wobei die Gehäuseteile stoffschlüssig und/oder formschlüssig und/oder kraftschlüssig miteinander verbunden sind.
Lenker nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung der Gehäuseteile durch Kleben und/oder durch Vernieten und/oder Durchspritzen und/oder durch thermoplastisches und/oder duroplastisches Umspritzen gebildet ist.
Lenker nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Gehäuseteil aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere einem Leichtmetall, vorzugsweise einer Aluminiumlegierung oder Magnesiumlegierung gebildet ist, wobei zwischen dem ersten und zweiten Gehäuseteil ein zumindest weiterer Werkstoff, insbesondere mittels thermoplastischer und/oder duroplastischer Umspritzung eingefügt ist.
Lenker nach einem der Ansprüche von 7 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass in die Faser-Verbund-Struktur zumindest ein Sensor integriert ist, der eine Veränderung der Faser-Verbund-Struktur detektiert, um eine Überlastung oder Überbeanspruchung anzuzeigen.
Lenker nach einem der Ansprüche von 7 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass in den Lenker eine Stellvorrichtung integriert ist, so dass der Lenker längenveränderlich ist oder der Lenker eine verschiebbare Spurstange aufweist.
Lenker nach Anspruch 18, zur Verwendung in einer Lenkvorrichtung, vorzugsweise einer Hinterradlenkung.