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Die Erfindung betrifft einen Querlenker aus Faserverbundkunststoff für eine Radaufhängung eines Fahrzeuges. Ferner betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung des Querlenkers.
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Es sind zahlreiche Radaufhängungen für Kraftfahrzeuge bekannt, die verschieden ausgeführte Lenker, insbesondere Querlenker aufweisen. Bei der Auslegung solcher Lenker sind unterschiedliche Ziele zu berücksichtigen, die sich jedoch einander zum Teil entgegenstehen. So soll der Lenker einer Radaufhängung vorzugsweise ein möglichst geringes Gewicht aufweisen, um das Fahrzeuggewicht und damit den Kraftstoffverbrauch zu reduzieren. Andererseits muss der Lenker aber eine ausreichend hohe Stabilität, insbesondere Biegesteifigkeit aufweisen, so dass er den dynamischen Belastungen während des Fahrbetriebes zuverlässig standhält. Außerdem sind in der Regel auch wirtschaftliche Aspekte zu berücksichtigen, die insbesondere bei einer Massenfertigung eine möglichst einfache und kostengünstige Herstellung des Lenkers verlangen.
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Beispielsweise geht aus der
EP 2 759 423 A1 ein Querlenker aus faserverstärktem Kunststoff für eine Radaufhängung eines Fahrzeuges hervor. Der Querlenker ist an mindestens zwei seiner Lagerelemente um eine gemeinsame Schwenkachse oder um im Wesentlichen koaxial zueinander verlaufende Schwenkachsen schwenkbar. Diese mindestens zwei Lagerelemente sind durch ein einschaliges, mindestens zwei Verbindungsarme aufweisendes Verbindungselement mit mindestens einem ein Kugelgelenklager aufweisenden Lagerelement verbunden. Die Lagerelemente und das Verbindungselement sind Elemente eines einstückigen Kunststoffformteils das durch Fließpressen von Fasern enthaltendem Kunststoff hergestellt ist. Die Lagerelemente weisen durch Fließpressen des Kunststoffs stoffschlüssig eingefasste Lagerbuchsen oder Lagerschalen auf.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Querlenker der zuvor genannten Art weiterzuentwickeln.
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Der erfindungsgemäße Querlenker für eine Radaufhängung eines Fahrzeuges umfasst eine erste, zweite und dritte Lagerstelle zur Aufnahme eines jeweiligen Lagers, wobei die erste und zweite Lagerstelle in einem jeweiligen Verbindungsarm des Querlenkers ausgebildet und auf einer gemeinsamen Schwenkachse angeordnet sind, wobei ferner die dritte Lagerstelle in einem Scheitel der beiden Verbindungsarme angeordnet und im Wesentlichen quer zur Schwenkachse ausgebildet ist, und wobei der Querlenker aus einem ersten und einem zweiten Schalenbauteil ausgebildet ist, wobei die beiden Schalenbauteile aus einem Faserverbundkunststoff ausgebildet sind und zumindest mittels Verbindungsmittel aus Faserverbundkunststoff gefügt sind.
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Die Schalenbauteile und die Verbindungsmittel sind vorzugsweise aus einem carbonfaserverstärkten Kunststoff ausgeformt. Alternativ können die Schalenbauteile und die Verbindungsmittel auch aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff oder aus einem aramidfaserverstärkten Kunststoff oder aus einem anderen geeigneten Faserverbundkunststoff ausgeformt sein. Insbesondere sind die Verbindungsmittel folienförmig ausgebildet. Dadurch weist der Querlenker ein besonders geringes Eigengewicht bei einer gleichzeitig hohen Steifigkeit auf.
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Vorzugsweise ist in der jeweiligen Lagerstelle eine jeweilige Halteeinrichtung angeordnet, wobei die Halteeinrichtung eine jeweilige Distanzhülse und eine jeweilige koaxial zur Distanzhülse angeordnete Haltebuchse umfasst. Die jeweilige Distanzhülse ist dazu vorgesehen, die beiden Schalenbauteile zu stützen und die jeweilige Haltebuchse aufzunehmen. Mithin ist die jeweilige Haltebuchse durch die jeweilige Distanzhülse geführt. Vorzugsweise ist stirnseitig zwischen dem jeweiligen Schalenbauteil und der jeweiligen Haltebuchse eine jeweilige Ringscheibe angeordnet, die dazu vorgesehen ist, durch die Befestigung der Haltebuchse generierte Spannungen über ihren Umfang gleichmäßig in das jeweilige Schalenbauteil einzuleiten. Alle Elemente der Halteeinrichtung sind vorzugsweise aus einem metallischen Werkstoff ausgebildet. Insbesondere wird eine Innenumfangsfläche der jeweiligen Haltebuchse zur Reduzierung einer Reibung mechanisch bearbeitet, vorzugsweise geschliffen und/oder gehont.
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Bevorzugt sind die Verbindungsmittel innerhalb der beiden Schalenbauteile angeordnet und verbinden die beiden Schalenbauteile stoffschlüssig miteinander. Mit anderen Worten kommen die beiden Schalenbauteile derart aneinander zur Anlage, dass eine umlaufende Stoßfuge gebildet wird, wobei der Querlenker einen hohlen Innenraum aufweist. In dem Innenraum sind die Verbindungsmittel entlang der Stoßfuge angeordnet. Insbesondere werden die Verbindungsmittel mit einem Klebemittel am ersten und zweiten Bauteil verklebt, um die beiden Bauteile miteinander zu verbinden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des Querlenkers aus dem ersten und zweiten Schalenbauteil umfasst die nachfolgenden Verfahrensschritte. Zunächst erfolgt das Erstellen einer mehrlagigen Faserverbundkunststoffplatte. Dazu werden mehrere Lagen aus einem Faserverbundkunststoff mit lastangepasster Faserorientierung zusammengefügt. Danach erfolgt das Zuschneiden der Faserverbundkunststoffplatte. Die Faserverbundkunststoffplatte wird in ein formgebendes Werkzeug eingebracht. Es erfolgt ein Umformen der Faserverbundkunststoffplatte im formgebenden Werkzeug durch Zuführen von Druck und Temperatur. Insbesondere wird die Faserverbundkunststoffplatte durch Thermoformen umgeformt. Dabei wird die vorzugsweise aus einem thermoplastischen Werkstoff ausgebildete Matrix erwärmt und plastisch verformt. Danach wird das Schalenbauteil aus dem formgebenden Werkzeug entnommen. Insbesondere werden mehrere Schalenbauteile gleichzeitig hergestellt. Das erste und zweite Schalenbauteil sind identisch ausgebildet. Vorzugsweise mittels Wasserschneiden werden Ausnehmungen im Schalenbauteil zur Ausbildung von Lagerstellen eingebracht. Abschließend erfolgt das Einlegen einer jeweiligen Halteeinrichtung in die jeweilige Lagerstelle des Schalenbauteils und das Verbinden des ersten Schalenbauteils mit dem zweiten, identisch dazu ausgebildeten Schalenbauteil mittels Verbindungsmittel aus Faserverbundkunststoff zur Ausbildung des Querlenkers. Dabei werden zunächst die Distanzhülsen in den Lagerstellen platziert und die Verbindungsmittel an dem ersten Schalenbauteil angeklebt, wobei nachfolgen das zweite Schalenbauteil auf das erste Schalenbauteil gelegt wird und die Haltebuchse axial durch die jeweilige Distanzhülse geführt wird. Zur Fixierung der jeweiligen Haltebuchse in der jeweiligen Distanzhülse wird ein distales Ende der jeweiligen Distanzhülse umgeformt.
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Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der acht Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigt
- 1 eine schematische Perspektivdarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus eines erfindungsgemäßen Querlenkers,
- 2 eine schematische Explosionsdarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus des erfindungsgemäßen Querlenkers gemäß 1,
- 3 eine schematische Schnittdarstellung entlang einer dritten Lagerstelle des erfindungsgemäßen Querlenkers gemäß 1,
- 4 eine schematische Schnittdarstellung entlang einer ersten Lagerstelle des erfindungsgemäßen Querlenkers gemäß 1,
- 5 eine schematische Schnittdarstellung entlang eines Verbindungsarms des erfindungsgemäßen Querlenkers gemäß 1,
- 6 eine schematische Perspektivdarstellung zur Veranschaulichung eines Verfahrensschrittes zur Herstellung des erfindungsgemäßen Querlenkers gemäß 1,
- 7 eine schematische Perspektivdarstellung zur Veranschaulichung eines weiteren Verfahrensschrittes zur Herstellung des erfindungsgemäßen Querlenkers gemäß 1, und
- 8 eine schematische Perspektivdarstellung zur Veranschaulichung eines weiteren Verfahrensschrittes zur Herstellung des erfindungsgemäßen Querlenkers gemäß 1.
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Gemäß 1 weist ein erfindungsgemäßer Querlenker 1 für eine - hier nicht dargestellte - Radaufhängung eines Fahrzeuges eine erste, zweite und dritte Lagerstelle 2a, 2b, 2c zur Aufnahme eines jeweiligen - hier nicht dargestellten - Lagers auf. Die erste und zweite Lagerstelle 2a, 2b sind in einem jeweiligen Verbindungsarm 3a, 3b des Querlenkers 1 ausgebildet und auf einer gemeinsamen Schwenkachse 4 angeordnet. Ferner ist die dritte Lagerstelle 2c in einem Scheitel der beiden Verbindungsarme 3a, 3b angeordnet und im Wesentlichen quer zur Schwenkachse 4 ausgebildet.
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Aus 2 geht hervor, dass der Querlenker 1 aus einem ersten und einem zweiten Schalenbauteil 5a, 5b ausgebildet ist. Die beiden Schalenbauteile 5a, 5b sind aus einem Faserverbundkunststoff ausgebildet und mittels Verbindungsmittel 6 aus Faserverbundkunststoff gefügt. Die Verbindungsmittel 6 sind innerhalb der beiden Schalenbauteile 5a, 5b angeordnet und kommen entlang einer Stoßfuge zwischen den beiden Schalenbauteilen 5a, 5b zur Anlage. Die an den Schalenbauteilen 5a, 5b zur Anlage kommenden Flächen der Verbindungsmittel 6 weisen ein adhäsives Mittel, insbesondere Klebstoff auf, um die beiden Schalenbauteile 5a, 5b stoffschlüssig miteinander zu verbinden. Ferner ist in der jeweiligen Lagerstelle 2a, 2b, 2c des Querlenkers 1 eine jeweilige Halteeinrichtung 7a, 7b, 7c zur Aufnahme eines jeweiligen Lagers angeordnet. Die jeweilige Halteeinrichtung 7a, 7b, 7c umfasst eine jeweilige Distanzhülse 8a, 8b, 8c und eine jeweilige koaxial zur Distanzhülse 8a, 8b, 8c angeordnete Haltebuchse 9a, 9b, 9c. Des Weiteren umfasst die jeweilige Halteeinrichtung 7a, 7b, 7c eine jeweilige erste Ringscheibe 12a, 12b, 12c und eine jeweilige zweite Ringscheibe 13a, 13b, 13c zur axialen Aufnahme der jeweiligen Haltebuchse 9a, 9b, 9c.
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Gemäß den 3 und 4, die eine Schnittdarstellung durch eine dritte und erste Lagerstelle 2c, 2a zeigen, ist im montierten Zustand der beiden Schalenbauteile 5a, 5b ein distales Ende der Haltebuchsen 9c, 9a umgeformt. Da die erste und zweite Lagerstelle 2a, 2b identisch ausgebildet sind, wurde zur Vereinfachung auf die Schnittdarstellung der zweiten Lagerstelle 2b verzichtet. Somit kommt gemäß 3 die dritte Haltebuchse 9c radial an der dritten Distanzhülse 8c zur Anlage. Ferner ist axial zwischen der dritten Haltebuchse 9c und dem ersten Schalenbauteil 5a eine erste Ringscheibe 12c und axial zwischen der dritten Haltebuchse 9c und dem zweiten Schalenbauteil 5b eine zweite Ringscheibe 13c angeordnet. Die zweite Ringscheibe 13c ist dazu vorgesehen ein umgebogenes distales Ende der dritten Haltebuchse 9c aufzunehmen. Nach 4 kommt die erste Haltebuchse 9a radial an der ersten Distanzhülse 8a zur Anlage. Ferner ist axial zwischen der ersten Haltebuchse 9a und dem ersten Schalenbauteil 5a eine erste Ringscheibe 12a und axial zwischen der ersten Haltebuchse 9a und dem zweiten Schalenbauteil 5b eine zweite Ringscheibe 13a angeordnet. Die zweite Ringscheibe 13a ist dazu vorgesehen ein umgebogenes distales Ende der ersten Haltebuchse 9a aufzunehmen.
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In 5 ist einer der beiden identisch ausgebildeten Verbindungsarme 3a, 3b gemäß einer Schnittdarstellung abgebildet. Innerhalb der beiden Schalenbauteile 5a, 5b sind Verbindungsmittel 6 angeordnet und stoffschlüssig mit den beiden Schalenbauteilen 5a, 5b verbunden.
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Die 6 und 7 zeigen ein formgebendes Werkzeug 11 zur Herstellung der Schalenbauteile 5a, 5b. Gemäß 6 wird eine zugeschnittene Faserverbundkunststoffplatte 10 zwischen eine erste und zweite Werkzeughälfte 11a, 11b des formgebenden Werkzeugs 11 platziert. Die erste Werkzeughälfte 11a weist eine Positivkontur 12 mit daran ausgebildeten Positionierungsmitteln 13 zur Positionierung der Faserverbundkunststoffplatte 10 auf. Demgegenüber weist die zweite Werkzeughälfte 11 b eine komplementär zur Positivkontur 12 ausgebildeten - aufgrund der perspektivischen Darstellung nicht dargestellten - Negativkontur auf. Zum Umformen der Faserverbundkunststoffplatte 10 im formgebenden Werkzeug 11 wird das formgebende Werkzeug 11 geschlossen und Druck sowie Temperatur zugeführt, um die Faserverbundkunststoffplatte 10 durch Thermoumformen zu bearbeiten. Gemäß 7 wird das Schalenbauteil 5a, 5b nach dem Thermoumformen aus dem formgebenden Werkzeug 11 entnommen.
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Nach 8 wird das Schalenbauteil 5a, 5b vor der Montage mechanisch bearbeitet. Dabei werden die Ausnehmungen für die Lagerstellen 2a, 2b, 2c durch Schneiden mit Wasser in dem Schalenbauteil 5a, 5b eingearbeitet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Querlenker
- 2a, 2b, 2c
- Lagerstelle
- 3a, 3b
- Verbindungsarm
- 4
- Schwenkachse
- 5a, 5b
- Schalenbauteil
- 6
- Verbindungsmittel
- 7a, 7b, 7c
- Halteeinrichtung
- 8a, 8b, 8c
- Federelement
- 9a, 9b, 9c
- Haltebuchse
- 10
- Faserverbundkunststoffplatte
- 11
- Werkzeug
- 11a, 11b
- Werkzeughälfte
- 12
- Positivkontur
- 13
- Positionierungsmittel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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