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Die Erfindung betrifft eine Fahrgestellkomponente für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wobei die Fahrgestellkomponente wenigstens teilweise aus einem faserverstärkten Kunststoff gefertigt ist.
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Bei der Fahrt auf einer Straße sind Kraftfahrzeuge Vibrationen ausgesetzt, die durch Unebenheiten der Straßenoberfläche entstehen. Diese Vibrationen werden durch die Reifen auf die Aufhängung übertragen und dabei teilweise sogar verstärkt. Isolatoren zwischen Komponenten des Fahrgestells und zwischen dem Fahrgestell und der Karosserie sind daher dazu ausgelegt, die an die Karosserie übertragende Energie zu minimieren. Auf diese Weise sollen die wahrnehmbaren Vibrationen und die hörbaren Straßengeräusche auf ein Minimum reduziert werden.
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Dabei sind bereits Isolatoren bekannt, die in Fahrgestellkomponenten integriert sind. Die
US 7,347,414 B2 offenbart beispielsweise eine integrierte Einheit aus einem Isolator und einem Federelement. Die
US 5,788,262 beschreibt einen oberen Haltearm aus Kunststoff, in dem ein Isolator eingebaut ist.
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Aus der
US 7,077,390 B3 ist hingegen ein Federbein mit einem höhenverstellbaren Federteller bekannt. Dabei ist ein Zylinder vorgesehen, der Teil eines Schwingungsdämpfers oder einer Gasfeder sein kann. Zylinderseitig ist eine Kammer vorgesehen, die mit einem urformbaren Werkstoff zumindest teilgefüllt ist. Auf dem Zylinder ist ferner eine Isolierhülse angeordnet, die beispielsweise aus einem Kunststoff besteht.
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Die
US 5,009,401 beschreibt eine Luftfedereinheit mit zweiseitiger Isolierung. Dabei ist ein federnder Dämpfer an einer Fahrgestellkomponente angeklebt. Aus der
US 7,108,253 B2 ist eine Montageanordnung zur Verwendung innerhalb einer Radaufhängung offenbart, die einen unteren und einen oberen Isolator aufweist. Beide Isolatoren sind innerhalb der Montageanordnung verbaut, die ihrerseits mit einer Fahrgestellkomponente wie einem Hilfsrahmen verbunden sind.
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Aus der
DE 102 23 517 A1 ist eine Aufhängung für das Antriebsaggregat eines Fahrzeugs bekannt, mit welcher das Antriebsaggregat im Bereich zwischen zwei parallelen Rahmenlängsträgern vibrations- und rollschwingungsisolierend aufgehängt werden soll. Bei dem Antriebsaggregat handelt es sich um den Antriebsmotor und das Getriebe des Fahrzeugs. Dabei wird an hinteren Aufhängungspunkten eine sogenannte „fokussierende Antriebsaggregataufhängung“ eingesetzt, wobei die Aufhängung in jedem von vier Aufhängepunkten aus einer mit einem Vibrationsisolator integrierten Aufhängungseinheit besteht. Dabei werden beispielsweise Gummielemente eingesetzt, die an Fahrgestellkomponenten festvulkanisiert sind.
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Als Isolatoren werden typischerweise Komponenten aus Gummi und Metall verwendet, die als „Chassis-Buchsen“ oder „Chassis-Halter“ bezeichnet werden. Diese Komponenten werden getrennt von Fahrgestellkomponenten wie Hilfsrahmen und Lenkern hergestellt. Sie müssen dabei eine komplexe Sammlung von Zielvorgaben bezüglich Isolation, Haltbarkeit, Korrosion, etc. erfüllen. Die Isolationskomponenten werden in einzelnen Montageschritten in die strukturellen Komponenten des Fahrgestells eingebaut. Dies kann beispielsweise das Einpressen von Buchsen in Lenker und das Kalibrieren der Baugruppe beinhalten.
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Die Möglichkeiten zur Abstimmung der Steifigkeit der Buchsen sind jedoch begrenzt. Dies trifft insbesondere zu für die Steifigkeit in verschiedene Richtungen der Buchsen im Vergleich zu grundsätzlichen Anforderungen wie Haltbarkeit. Ferner ist die Herstellung von Buchsen ein zeitaufwendiger chemischer, thermischer und mechanischer Prozess. Darüber hinaus bringt die Installation der Buchsen oftmals widersprechende Anforderungen bezüglich der Einpresskräfte während des Einbaus, der Grenze für die Auspresssicherheit im Gebrauch und der Rekalibrierung aufgrund von engen Verbindungen mit sich. Insgesamt führt die Verwendung von separaten Buchsen zu Isolationszwecken daher zu komplexen und mit Risiken behafteten Herstellungs- und Montagebedingungen.
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Ferner ist es bekannt, Fahrgestellkomponenten eines Kraftfahrzeugs aus faserverstärktem Kunststoff zu fertigen. Insbesondere kommt hierbei kohlefaserverstärkter Kunststoff zur Anwendung. Beispielsweise offenbart die
DE 10 2011 085 383 A1 einen Achsträger für ein Kraftfahrzeug, bestehend aus einer Oberschale und einer Unterschale aus kohlefaserverstärktem Kunststoff, wobei die beiden Schalen zusammen einen Hohlkörper bilden. Auch vibrationsisolierende Elemente aus faserverstärktem Kunststoff sind bekannt, wie sie beispielsweise die
CN 1915698 A vorschlägt.
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Angesichts des aufgezeigten Standes der Technik bietet der Bereich der Fahrgestellkomponenten mit Vibrationsisolatoren jedoch noch Raum für Verbesserungen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fahrgestellkomponente mit wenigstens einem Isolator bereitzustellen, bei der die Herstellungs- und Montagebedingungen einfacher sind als bei bekannten Lösungen.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Fahrgestellkomponente mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die jeweils abhängigen Unteransprüche.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale sowie Maßnahmen in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen.
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Die erfindungsgemäße Fahrgestellkomponente für ein Kraftfahrzeug ist wenigstens teilweise aus einem faserverstärkten Kunststoff gefertigt. Dabei kann die Fahrgestellkomponente teilweise oder auch vollständig aus einem faserverstärkten Kunststoff bestehen. Als Materialmix kann beispielsweise faserverstärkter Kunststoff und Stahl und/oder Aluminium zur Anwendung kommen.
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Im Bereich dieses faserverstärkten Kunststoffs ist wenigstens ein Vibrationsisolator ausgebildet, indem die Materialstruktur des faserverstärkten Kunststoffs zur Ausbildung des Vibrationsisolators lokal verändert ist. Der Vibrationsisolator ist somit nicht durch ein separates Bauteil gebildet, welches mit der Fahrgestellkomponente verbunden ist, sondern der Vibrationsisolator ist in der Materialstruktur der Fahrgestellkomponente selbst ausgebildet und so in die Fahrgestellkomponente integriert. Das Material der Fahrgestellkomponente ist hierfür im Bereich des Isolators lokal so verändert, dass die Materialeigenschaften in diesem Bereich eine vibrationsreduzierende Wirkung haben. Dabei können mehrere solcher Bereiche mit vibrationsreduzierender Wirkung vorgesehen sein, um so mehrere Isolatoren auszubilden.
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Die erfindungsgemäß vorgesehene lokale Veränderung der Materialstruktur kann auf verschiedene Arten erzeugt werden. Beispielsweise kann die Materialstruktur der Fahrgestellkomponente im Bereich des wenigstens einen Vibrationsisolators weicher sein als in der Umgebung dieses Vibrationsisolators. In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist die Materialstruktur der Fahrgestellkomponente im Bereich des wenigstens einen Vibrationsisolators dünner als in der Umgebung dieses Vibrationsisolators. Beide Ausführungsformen können auch miteinander kombiniert werden, so dass ein Isolator auch durch einen lokalen Bereich gebildet werden kann, der sowohl weicher als auch dünner als der umgebende Bereich ist.
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In die lokale Materialstruktur des Vibrationsisolators können verschiedene Zusatzelemente integriert sein. Hierbei kann es sich beispielsweise um einen Anschlagpuffer und/oder sonstige Füllelemente handeln, mit denen eine gewünschte Ausrichtung von Steifigkeitsunterschieden erreicht werden kann.
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Der für die Fahrgestellkomponente verwendete Kunststoff kann mit einer oder mehreren Arten von Fasern verstärkt sein. Insbesondere kann es sich hierbei um Kohle-, Glas- und/oder Aramidfasern handeln. Als Kunststoffmatrix kann beispielsweise Epoxidharz verwendet werden.
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Bei der Fahrgestellkomponente selbst kann es sich insbesondere um einen Hilfsrahmen oder einen Lenker, also z. B. um einen Längslenker und/oder um einen Querlenker handeln. Bei beiden Arten von Fahrgestellkomponenten kann ein integrierter Vibrationsisolator gemäß der Erfindung vorteilhaft dazu genutzt werden, um die jeweilige Fahrgestellkomponente weniger aufwendig herstellen und montieren zu können.
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Die Integration eines Isolators bzw. seiner Komponenten in die Konstruktion einer Fahrgestellkomponente reduziert die Fertigungstiefe. Bei einem Automobilzulieferer werden beispielsweise für die Vibrationsisolatoren keine Unterlieferanten benötigt und Bauteile verschiedener Lieferanten müssen auch nicht aufeinander abgestimmt werden. Ferner treten die technischen Beschränkungen von klassischen Buchsen nicht auf, so dass die Nachteile bezüglich ihrer Herstellung und Montage an Fahrgestellkomponenten nicht berücksichtigt werden müssen. Dabei entfallen insbesondere alle Probleme im Zusammenhang mit Anschlussstellen, da die erfindungsgemäße Fahrgestellkomponente mit integrierten Vibrationsisolatoren homogen konzipiert ist. Es müssen somit keine Klemmkräfte, Materialkontakte und Alterungsprozesse berücksichtigt werden.
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Darüber hinaus können die Eigenschaften bezüglich der Steifigkeit der Vibrationsisolatoren in einem größeren Umfang angepasst werden als dies bei klassischen Buchsen der Fall ist. Diese Eigenschaften können innerhalb der Entwicklung des realen Fertigungsprozesses festgelegt werden.
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Das zur Herstellung der erfindungsgemäßen Fahrgestellkomponente vorgesehene Verfahren sieht vor, dass die Ausbildung eines Vibrationsisolators durch eine lokale Veränderung der Materialstruktur der Fahrgestellkomponente in den Herstellungsprozess der Fahrgestellkomponente integriert ist. Im Fertigungsprozess zur Herstellung der Fahrgestellkomponente sind dabei auch Schritte zur Erzeugung ein oder mehrerer Isolatoren vorgesehen. Diese Schritte können die genannte Herstellung von lokal weicheren und/oder dünneren Bereichen umfassen. Dabei kann die Herstellung dieser lokalen Bereiche innerhalb eines kontinuierlichen Fertigungsprozesses erfolgen, so dass der Fertigungsprozess hierfür nicht unterbrochen wird. Die Herstellung der lokalen Isolatoren kann jedoch auch lokale und/oder temporäre Veränderungen beispielsweise von Werkzeug, Materialzufuhr und/oder dem Verfahren zur Fertigung der Fahrgestellkomponente beinhalten.
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Von der Erfindung umfasst ist auch ein Kraftfahrzeug, welches wenigstens eine Fahrgestellkomponente gemäß einer Ausführungsform der Erfindung aufweist, wobei die Fahrgestellkomponente über ihren wenigstens einen Vibrationsisolator mit der Fahrzeugkarosserie verbunden ist. So kann die eigentliche Fahrgestellkomponente durch ihren wenigstens einen Vibrationsisolator von der Karosserie eines Kraftfahrzeugs isoliert werden, um so die von der Fahrgestellkomponente auf die Karosserie übertragenen Vibrationen zu reduzieren.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der folgenden Figurenbeschreibung offenbart. Es zeigen
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1A eine schematische Draufsicht auf einen Hilfsrahmen mit einer Isolierbuchse gemäß dem Stand der Technik,
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1B eine schematische Seitenansicht einer Isolierbuchse gemäß 1A,
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2A eine schematische Seitenansicht eines Hilfsrahmens mit einer ersten Ausführungsform eines integrierten Vibrationsisolators gemäß der Erfindung,
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2B eine schematische Draufsicht auf einen Vibrationsisolator gemäß 2A, und
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3 eine schematische Seitenansicht eines Hilfsrahmens mit einer zweiten Ausführungsform eines integrierten Vibrationsisolators.
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In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, weswegen diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.
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Der schematischen Draufsicht der 1A in der x-y-Ebene ist ein rechter Teilbereich eines Hilfsrahmens 10 zu entnehmen, in dem zwei Isolierbuchsen 30 und 31 vorgesehen sind, wie sie so oder in anderen Abwandlungen aus dem Stand der Technik bekannt sind. 1B zeigt eine dieser Isolierbuchsen 30 in einer Seitenansicht (z-y-Ebene). Über diese Isolierbuchse 30 ist ein Hilfsrahmen 10 mit einem Bauteil der Karosserie 20 verbunden, wobei die Isolierbuchse 30 zwischen diesen beiden Bauteilen Vibrationen aufnimmt, um die beiden Bauteile so voneinander zu isolieren. Hierzu kann die Isolierbuchse 30 aus Gummi und Metall beispielsweise in den Hilfsrahmen 10 eingepresst und über eine Schraube 50 mit der Karosserie verbunden sein.
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Der schematischen Draufsicht der 2B in der x-y-Ebene ist demgegenüber ein linker Teilbereich eines Hilfsrahmens 10 zu entnehmen, in den zwei Vibrationsisolatoren 40 und 41 integriert sind, wie es die Erfindung vorsieht. Die Anordnung dieser Vibrationsisolatoren 40, 41 und die Ausgestaltung des Hilfsrahmens 10 sind dabei lediglich beispielhaft zu verstehen und dienen lediglich der Darstellung der Vibrationsisolatoren. Derartige Vibrationsisolatoren können demnach auch an anderen Positionen und an anders ausgeformten Hilfsrahmen vorgesehen werden.
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Auch die Integration der Vibrationsisolatoren in eine Fahrgestellkomponente eines Kraftfahrzeugs kann auf verschiedene Arten erfolgen, wobei eine mögliche Ausführungsform eines Vibrationsisolators 40 in der schematischen Seitenansicht der 1A gezeigt ist (y-z-Ebene). Der Hilfsrahmen 10 ist dabei wenigstens teilweise aus einem faserverstärkten Kunststoff gefertigt, wobei der Kunststoff beispielsweise mit Kohle-, Glas- und/oder Aramidfasern verstärkt sein kann. Als Kunststoffmatrix können insbesondere Duroplaste wie Epoxidharz verwendet werden.
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In der Ausführungsform der 2A und 2B wird ein integrierter Vibrationsisolator 40 dadurch gebildet, dass die Materialstruktur des Hilfsrahmens lokal so verändert wird, dass sich ein Vibrationsisolator ausbildet. Hierzu kann das Material des Hilfsrahmens 10 in diesem definierten Bereich des Vibrationsisolators insbesondere dünner und/oder weicher ausgebildet sein. Ferner können im Vibrationsisolator 40 als Verbindungselemente mehrere Streben ausgebildet sein, wie sie der Draufsicht der 2B zu entnehmen sind. Hierbei sind beispielhaft vier Streben gezeigt, es kann jedoch eine auch andere geeignete Anzahl an Streben gewählt werden. Der 2A ist zu entnehmen, dass äußere und innere Streben vorgesehen sind, so dass insgesamt acht Streben als Verbindungselemente zwischen dem übrigen Bereich des Hilfsrahmens 10 und einer Schraube 50 vorgesehen sind. Diese acht Streben bilden den Vibrationsisolator 40 aus und sind schraffiert dargestellt. Dabei liegen äußere Streben auf der Außenseite des Hilfsrahmens 10, während innere Streben auf der gegenüber liegenden Innenseite des Hilfsrahmens 10 liegen, die der Karosserie 20 zugewandt ist.
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Die Streben sind über eine Schraube 50 mit einem Bauteil der Karosserie 20 verbunden, wobei zwischen den äußeren und inneren Streben bzw. zwischen den inneren Streben und der Karosserie 20 Hülsen 51 und 52 eingefügt sein können. Diese Hülsen 51 und 52 sind gegenüber den Streben des Vibrationsisolators 40 so steif ausgebildet, dass sie die Klemmkräfte der Verschraubung aufnehmen können.
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Dabei können die Streben des Vibrationsisolators 40 gerade und flach ausgebildet sein, sie können jedoch auch jegliche andere Formen annehmen. Beispielsweise ist in der Ausführungsform der 2A vorgesehen, dass die äußeren Streben in Richtung der Karosserie gebogen sind, während die inneren Streben in Richtung des Kopfes der Schraube 50 gebogen sind. Auf beiden Seiten des Hilfsrahmens wird so durch die mehreren Streben eine Art Versenkung ausgebildet, in deren Mitte sich die Schraube 50 befindet. Der Abstand zwischen den äußeren und inneren Streben verringert sich somit zur mittigen Schraubverbindung hin.
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Ein Vibrationsisolator 40 kann jedoch auch andere Formen haben, indem seine Verbindungsstreben anders ausgeformt sind. Beispielsweise können äußere Streben eine Senke ausbilden, während innere Streben flach und gerade ausgebildet sind oder umgekehrt. Ferner müssen keine strebenförmigen Verbindungselemente vorgesehen sein, sondern ein Vibrationsisolator 40 kann auch durch eine durchgehende Fläche mit einer entsprechenden Materialstruktur gebildet werden. 3 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher ein Vibrationsisolator 40‘ als bauchig ausgeformte Fläche ausgebildet ist, die auf der Außenseite eine Art Senke oder Topf bildet. Als Außenseite wird hierbei diejenige Seite des Hilfsrahmens 10 bezeichnet, die von der Karosserie 20 abgewandt ist.
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Dieser Vibrationsisolator 40‘ weist eine Materialstruktur auf, die sich von der Materialstruktur des übrigen Hilfsrahmens 10 unterscheidet und elastisch genug ist, um eine Isolationsfunktion zu gewährleisten. Gleichzeitig ist diese Materialstruktur ausreichend drucksteif für die Klemmkräfte einer Schraube 50‘, mit welcher der Hilfsrahmen 10 mit der Karosserie 20 verbunden ist. Hierzu kann optional ein Einsatzstück (Insert) verwendet werden.
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Die beschriebenen Vibrationsisolatoren können ferner auch an anderen Bauteilen wie beispielsweise Lenkern vorgesehen sein.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Hilfsrahmen
- 20
- Karosserie
- 30, 31
- Isolierbuchse
- 40, 40‘, 41
- Integrierter Vibrationsisolator
- 50, 50‘
- Schraube
- 51, 52
- Hülse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- US 7347414 B2 [0003]
- US 5788262 [0003]
- US 7077390 B3 [0004]
- US 5009401 [0005]
- US 7108253 B2 [0005]
- DE 10223517 A1 [0006]
- DE 102011085383 A1 [0009]
- CN 1915698 A [0009]
