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Die Erfindung betrifft einen Lenker für eine Radaufhängung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Bei modernen Kraftfahrzeugen sind sämtliche Räder über eine Radaufhängung mit dem Fahrzeugaufbau, d.h. mit der Karosserie bzw. dem Chassis des Fahrzeugs, verbunden. Eine derartige Aufhängung erfüllt vor allem zwei Aufgaben: zum einen die Führung des Radträgers bzw. des Rades, zum anderen die Federung desselben. Die Führung des Radträgers wird vor allen Dingen durch mehr oder weniger waagerecht verlaufende Lenker (z.B. Querlenker oder Längslenker) sichergestellt, über die der Radträger mit dem Fahrzeugaufbau, normalerweise dem Chassis, verbunden ist. Ein oder mehrere Querlenker verbinden hierbei den Radträger mit aufbauseitigen Komponenten, z.B. einem Längsträger, einem Hilfsrahmen o. Ä. Die Hauptfunktion des Querlenkers ist, zusammen mit anderen Aufhängungskomponenten horizontale (d.h. in der X-Y-Ebene liegende) Kräfte aufzunehmen. Typischerweise verfügt ein solcher Querlenker über zwei aufbauseitige Anbindungsstellen sowie ein oder zwei radseitige Anbindungsstellen, wenngleich auch nur jeweils eine Anbindungsstelle gegeben sein kann. Die aufbauseitigen Anbindungsstellen, über die eine gelenkige Verbindung (bspw. durch Metall-Gummi-Verbundlager) gegeben ist, definieren durch ihre Anordnung zueinander eine Schwenkachse. Diese entspricht in eingebautem Zustand normalerweise der X-Achse (also der Längsachse) des Fahrzeugs oder ist im Winkel zu dieser in der X-Y-Ebene angeordnet. Um diese Achse erfolgt beim Einfedern des Rades die Schwenkbewegung des Querlenkers relativ zum Chassis. Die radseitige Anbindungsstelle bzw. die radseitigen Anbindungsstellen sorgen für eine Schwenkbarkeit des Radträgers gegenüber dem Querlenker.
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Neben geschmiedeten Lenkern, insbesondere Querlenkern, die üblicherweise aus Leichtmetall oder Stahl bestehen, sind im Stand der Technik auch solche Lenker bekannt, die ein- oder zweischalig als Blechumformteile gefertigt werden. Um einem derartigen Lenker die notwendige Festigkeit zu verleihen, ist das Blech durch einen geeigneten Umformprozess (bspw. Ziehen) mit einem Profil versehen, das ihm eine schalenartige Struktur verleiht. Des Weiteren sind auch Lenker bekannt, die wenigstens teilweise aus faserverstärktem Kunststoff bestehen.
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Vorteilhaft bei Lenkern aus Metall ist die isotrope Eigenschaft des Werkstoffs, der also materialbedingt in alle Richtungen gleich belastbar ist. Dies ist oftmals wünschenswert, da Lenker entlang unterschiedlicher Richtungen belastet werden. Allerdings sind Metallteile vergleichsweise schwer und vor allem Stahlteile sind durch Korrosion gefährdet, was einen zusätzlichen Korrosionsschutz notwendig macht und/oder die Lebensdauer des Bauteils beschränkt. Bei Aluminiumbauteilen ist Korrosion normalerweise zu vernachlässigen, allerdings werden diese Bauteile üblicherweise gegossen oder geschmiedet, was insbesondere bei einer Massenproduktion zu hohen Werkzeugkosten führt. Bauteile aus faserverstärktem Kunststoff sind leicht, hoch belastbar, dämpfend und haben eine lange Lebensdauer. Allerdings sind diese im Allgemeinen teuer, haben eine lange Herstellungsdauer und das Materialverhalten ist aufgrund der Faserorientierungen zu dem anisotrop, also richtungsabhängig.
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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 die der Grundkörper verstärkt ist. Der Grundkörper ist aus einem faserverstärkten Kunststoff mit wenigstens einem Fasereinleger gebildet. Die Verstärkungsstruktur kann aus kurzfaserverstärktem Kunststoff bestehen, der bspw. in eine schalenartige Struktur des Grundkörpers eingespritzt wird.
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Die
DE 10 2009 014 194 A1 offenbart ein Fahrwerksteil, insbesondere einen Querlenker, für einen Kraftwagen. Dieses weist einen Grundkörper und eine Mehrzahl von Lagerstellen zur Anordnung an einer Karosserie des Kraftwagens oder zur Aufnahme eines weiteren Fahrwerksteils auf. Der Grundkörper, der insbesondere aus Metall bestehen kann, ist durch eine Verstärkungsstruktur aus Kunststoff verstärkt. Bei dem Kunststoff kann es sich insbesondere um einen glasfaserverstärkten Kunststoff handeln. Die Verstärkungsstruktur kann eine Mehrzahl von Rippen aufweisen.
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Aus der WO 2012 / 107 272 A1 ist ein Lenkerelement zur koppelnden Verbindung zweier Baugruppen bekannt, das zumindest zwei Endbereiche mit jeweils einem Lagerungsabschnitt umfasst sowie zumindest einen die Endbereiche verbindenden Strebenbereich. Die Endbereiche und der Strebenbereich sind durch einen aus einem plattenförmigen Kunststoffhalbzeug mit Endlosfaserverstärkung im Wesentlichen kastenförmig tiefgezogenen Profilträger gebildet, in dessen Innenraum ein Füllkörper aus einem spritzgegossenen Kunststoff angeordnet ist, der die Innenoberflächen des Profilkörpers schubfest miteinander verbindet. Der Füllkörper kann seinerseits aus einem kurzfaserverstärkten oder langfaserverstärkten Thermoplastwerkstoff bestehen.
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Die WO 2016 / 015 933 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Lenkers für ein Kraftfahrzeug, insbesondere eines Querlenkers, der im Wesentlichen aus einer Faser-Kunststoff-Verbundstruktur ausgebildet ist. Zunächst wird eine Preform-Struktur mit lastangepasster Faserorientierung erstellt und diese anschließend in ein formgegebenes Werkzeug eingebracht. Danach erfolgt ein Konsolidieren der Preform-Struktur dem Werkzeug mittels Zuführen von Druck und/oder Temperatur. Während des Konsolidierens kann ein Matrix-Material in das Werkzeug eingespritzt werden, welches die Preform-Struktur infiltriert. Nach dem Konsolidieren kann durch Montagespritzguss ein Mittel zur Aufnahme eines weiteren Fahrwerksteils an dem Lenker angebracht werden.
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Die
US 9 168 801 B2 zeigt einen Querlenker aus faserverstärktem Kunststoff für eine Radaufhängung eines Fahrzeuges, der mindestens zwei Lagerelemente aufweist, die durch ein einschaliges, mindestens zwei Verbindungsarme aufweisendes Verbindungselement mit mindestens einem Lagerelement verbunden sind, das ein Kugelgelenklager aufweist. 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, wobei das Kugelgelenklager eine Lagerbuchse oder eine schalenförmige Gleitkapsel aufweist, die aus Kunststoff hergestellt und stoffschlüssig mit dem Verbindungselement verbunden ist.
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Die
US 7 083 199 B2 offenbart ein Fahrwerksteil zur Verbindung und Kraftübertragung zwischen einem Fahrzeugchassis und mindestens einem Rad eines Kraftfahrzeugs. Das Fahrwerksteil besteht aus faserverstärkten Kunststoffen oder Kunststoffverbundsystemen. Bspw. um eine mögliche Materialermüdung frühzeitig zu erkennen, ist vorgesehen, dass mindestens ein Mittel zur Messung von an dem Fahrwerksteil angreifenden Kräften, bspw. ein Dehnungsstreifen, in die Kunststoffanteile des Fahrwerksteils integriert ist.
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Angesichts des aufgezeigten Standes der Technik bietet die Bereitstellung eines Lenkers, insbesondere Querlenkers, der ein geringes Gewicht aufweist, langlebig ist und kostengünstig herzustellen ist, noch Raum für Verbesserungen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen kostengünstig herzustellenden Lenker mit geringem Gewicht und langer Lebensdauer zur Verfügung zu stellen.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen Lenker mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, wobei die Unteransprüche vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung betreffen.
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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. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.
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Durch die Erfindung wird ein Lenker für eine Radaufhängung zur Verfügung gestellt. Die Radaufhängung ist normalerweise Teil eines Straßenfahrzeugs. Es kann sich insbesondere um die Radaufhängung eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines PKWs oder LKWs handeln, allerdings ist auch bspw. eine Verwendung bei einem Anhänger denkbar.
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Der Lenker weist wenigstens eine Aufbau-Anbindungsstelle für einen Fahrzeugaufbau und wenigstens eine Radträger-Anbindungsstelle für einen Radträger auf. An der wenigstens einen Aufbau-Anbindungsstelle ist der Lenker direkt oder indirekt mit dem Fahrzeugaufbau verbunden. Dabei ist „Fahrzeugaufbau“ ein Sammelbegriff für eine Karosserie, ein Chassis sowie ggf. einen Hilfsrahmen des jeweiligen Fahrzeugs, also diejenigen Teile, die normalerweise die gefederten Masse bilden. An der wenigstens einen Radträger-Anbindungsstelle ist der Lenker direkt oder indirekt mit einem Radträger verbunden, an dem wiederum ein Rad des Fahrzeugs drehbar gelagert ist.
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Die Anbindungsstellen sind an einem sich entlang einer Lenkerebene erstreckenden Lenkerkörper angeordnet, der einen Basiskörper, welcher aus diskontinuierlich verstärktem Kunststoff geformt ist, sowie eine hiermit stoffschlüssig verbundene, Endlosfasern enthaltende Verstärkung aufweist. Die Lenkerebene ist normalerweise durch die Lage der Anbindungsstellen zueinander gegeben, d.h. die Anbindungsstellen sind relativ zueinander in der Lenkerebene angeordnet. Der Lenkerkörper als solcher erstreckt sich entlang der Lenkerebene, was allerdings nicht zwangsläufig impliziert, dass er eben ausgebildet ist und somit in der Lenkerebene verläuft. Normalerweise entspricht die Lenkerebene - je nach Einfederungszustand des Fahrzeugrades - zumindest in etwa der X-Y-Ebene des Fahrzeugs. Sämtliche Bezugnahmen auf die X-Achse (Längsachse), Y-Achse (Querachse) sowie die Z-Achse (Hochachse) des Fahrzeugs beziehen sich hier und im Folgenden auf den bestimmungsgemäß eingebauten Zustand des Lenkers.
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Da der Lenker insgesamt zur beweglichen Verbindung des Radträgers mit dem Fahrzeugaufbau dient, ist an den jeweiligen Anbindungsstellen eine schwenkbare Verbindung vorgesehen. Durch die wenigstens eine Aufbau-Anbindungsstelle bzw. durch die wenigstens eine Radträger-Anbindungsstelle kann eine Schwenkachse definiert sein, die parallel zur Lenkerebene verläuft. Es sind allerdings auch Ausgestaltung denkbar, wo bspw. an einer Anbindungsstelle ein Kugelgelenk vorgesehen ist, durch das keine eindeutige Schwenkachse definiert ist. Die Anbindung kann auch elastisch ausgebildet sein, bspw. über ein Gummi-Metall-Verbundlager.
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Der Lenkerkörper bildet den Hauptteil des Lenkers und legt die Position der Anbindungsstellen relativ zueinander fest. Er ist maßgeblich für die mechanische Stabilität des Lenkers verantwortlich. Gleichzeitig hängt die Gesamtmasse des Lenkers maßgeblich von der Masse des Lenkerkörpers ab. Um letztere gering zu halten, weist der Lenkerkörper einen Basiskörper auf, der aus diskontinuierlich verstärktem Kunststoff geformt ist. Dabei sind Fasern in eine Matrix aus Kunststoff bzw. Harz eingelagert. Die Fasern liegen als Faserstücke vor, weisen also eine begrenzte Länge auf. Es kann sich dabei um Kurzfasern handeln, deren Länge bevorzugt bis zu 1 mm beträgt, und/oder um Langfasern, deren Länge bevorzugt zwischen 1 mm und 50 mm beträgt. Allgemein handelt es sich also um einen faserverstärkten Kunststoff mit Fasern bzw. Faserstücken, deren Länge bevorzugt maximal 50 mm beträgt. Es kommen unterschiedlichste Materialien für die Fasern sowie für die Kunststoffmatrix infrage, wobei insbesondere Glasfasern und/oder Carbon- und/oder Aramidfasern in einer Matrix aus bspw. Polyamid verwendet werden können. Bevorzugt ist der Basiskörper durch Urformen hergestellt und kann insbesondere gegossen sein, bspw. durch Spritzgießen oder Pressen. Generell wird das Kunststoffmaterial zusammen mit den darin enthaltenen Faserstücken in eine Form gebracht und erstarrt dort (z.B. bei thermoplastischen Kunststoffen) bzw. härtet dort aus (z.B. bei duroplastischen Kunststoffen). Hierdurch ist eine besonders einfache und kostengünstige Herstellung möglich.
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Um den mechanischen Anforderungen beim Betrieb des Fahrzeugs gerecht zu werden, ist die mechanische Stabilität des Basiskörpers unter Umständen nicht ausreichend. Aus diesem Grund weist der Lenkerkörper des Weiteren eine Verstärkung auf, die Endlosfasern aufweist. Die Endlosfasern können dabei als Gelege oder Gewebe vorliegen. Insbesondere kann die Verstärkung bandförmig ausgebildet sein, bspw. als sogenanntes Tape. Die tatsächliche Länge der jeweiligen Endlosfasern kann im Rahmen der Erfindung unterschiedlich sein, da sie direkt von den Bauteildimensionen abhängt, wobei die Fasern normalerweise ohne Unterbrechung von einem Ende bis zum anderen Ende des Bauteils bzw. des Tapes verlaufen. Es kommen unterschiedliche Materialien für die Endlosfasern infrage, wobei bevorzugt Carbonfasern verwendet werden können, da sie eine hohe Steifigkeit bei einem geringen Gewicht aufweisen. Allerdings sind auch andere Materialien verwendbar. Da die Endlosfasern in Längsrichtung hoch belastbar sind, weist die Verstärkung (und somit der Lenkerkörper) in der entsprechenden Richtung eine hervorragende mechanische Stabilität auf, insbesondere eine hohe Zugfestigkeit und Steifigkeit.
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Die Verstärkung ist mit dem Basiskörper stoffschlüssig verbunden. Dabei ist es möglich, dass die Verstärkung in ein Formwerkzeug, bspw. eine Gussform, eingelegt wird, bevor der Basiskörper gegossen oder gepresst wird. Beim Füllen oder Ausformen des Basiskörpers wird die Verstärkung an diesen angegossen bzw. in diesen eingegossen und somit stoffschlüssig verbunden. Diese einstufige Vorgehensweise ist bevorzugt. Alternativ kann die Verstärkung nachträglich an den Basiskörper angeklebt oder angeschweißt werden, wobei in letzterem Fall die Oberflächen der Kunststoffe durch Hitze aufgeschmolzen und die Kunststoffe hierdurch verbunden werden. Die Endlosfasern der Verstärkung können in einer eigenen Kunststoff- bzw. Harzmatrix eingebunden sein, die in vorgesehener Weise geformt wird, bevor die stoffschlüssige Verbindung mit dem Basiskörper erfolgt. Alternativ ist es auch möglich, dass die Endlosfasern ohne eigene Matrix in ein Formwerkzeug eingelegt werden und dann von der Kunststoffmatrix des Basiskörpers gebunden werden.
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Erfindungsgemäß ist die Verstärkung bezüglich der Lenkerebene auf einen ersten Bereich des Lenkerkörpers beschränkt, während sich der Basiskörper in einen zweiten Bereich erstreckt. D.h., wenn man den Lenkerkörper insgesamt auf die Lenkerebene projiziert, so ist die Verstärkung nur in einem ersten Bereich, man könnte auch sagen in einem ersten Teilbereich, angeordnet. Demgegenüber erstreckt sich der Basiskörper in einen zweiten Bereich des Lenkerkörpers. D.h., der Basiskörper ist nicht entsprechend seiner gesamten Ausdehnung verstärkt, sondern nur selektiv bzw. bereichsweise in dem genannten ersten Bereich. Der erste und zweite Bereich müssen dabei nicht in sich zusammenhängend sein, sondern jeder dieser Bereiche kann innerhalb der Lenkerebene einzelne Teilbereiche bilden. In jedem Fall sind der erste und zweite Bereich voneinander verschieden. Es hat sich gezeigt, dass es zur Sicherstellung einer ausreichenden mechanischen Stabilität genügt, den Lenkerkörper selektiv bereichsweise bzw. lokal gezielt zu verstärken. Dabei können insbesondere aufgrund der hohen Zugfestigkeit der Endlosfasern in X-Richtung und/oder in Y-Richtung wirkende Kräfte gut aufgenommen werden.
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Die Verstärkung kann wenigstens teilweise umlaufend um den zweiten Bereich angeordnet sein. Sie kann bspw. bandförmig den zweiten Bereich (wenigstens teilweise) umgeben. Wenngleich sich der Basiskörper in den zweiten Bereich erstreckt, ist er im Allgemeinen auch teilweise im ersten Bereich angeordnet, wo er, wie oben beschrieben, die Verstärkung stoffschlüssig umschließen kann.
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Dadurch, dass die Verstärkung auf den ersten Bereich beschränkt ist, lässt sich die stoffschlüssige Verbindung zum Basiskörper leichter realisieren bzw. die Verstärkung kann leichter in den Basiskörper integriert werden. Unter Umständen ist die Herstellung bzw. Vorbereitung der Verstärkung weniger aufwendig als bei Ausgestaltungen im Stand der Technik, wo eine entsprechende Verstärkung schalenförmig ausgebildet ist und mit Kunststoff ausgegossen wird. Bei der erfindungsgemäßen Lösung bildet der Basiskörper zumindest überwiegend, ggf. auch vollständig, die äußere Oberfläche des Lenkerkörpers. D.h., die Oberfläche des Lenkerkörpers und dessen geometrische Form werden durch die Formgebung, bspw. durch den Gussprozess, des Basiskörpers definiert. Somit muss die Verstärkung normalerweise nur mit vergleichsweise geringer Präzision gefertigt werden. All diese Vereinfachungen wirken sich positiv auf die Herstellungskosten aus.
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Bevorzugt umfasst der erste Bereich bezüglich der Lenkerebene einen Randbereich des Lenkerkörpers und der zweite Bereich umfasst einen hiervon berandeten Innenbereich des Lenkerkörpers. Insbesondere kann der erste Bereich als Randbereich ausgebildet sein und der zweite Bereich als Innenbereich. D.h., wenn man den Lenkerkörper insgesamt auf die Lenkerebene projiziert, so ist die Verstärkung (ggf. ausschließlich) in einem Randbereich, man könnte auch sagen in einem Außenbereich, angeordnet. Dabei kann sich die Verstärkung über den gesamten Randbereich erstrecken oder auch nur über einen Teil desselben. Demgegenüber erstreckt sich der Basiskörper in einen Innenbereich des Lenkerkörpers, der nach außen von dem genannten Randbereich berandet bzw. begrenzt ist. D.h., der Basiskörper ist gezielt im Randbereich bzw. randseitig verstärkt. Dabei kann die Verstärkung den Innenbereich wenigstens teilweise umgeben. Insbesondere kann es sich bei dem Randbereich um bezüglich der X-Y-Ebene außenliegende Ränder bzw. Kanten oder Seitenflächen des Lenkerkörpers handeln.
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Der Lenker kann als Längslenker oder Schräglenker ausgebildet sein. Bevorzugt ist er als Querlenker ausgebildet. Dabei kann er insbesondere wenigstens drei, ggf. auch vier Anbindungsstellen aufweisen, also zwei Aufbau-Anbindungsstellen und/oder zwei Radträger-Anbindungsstellen. Insbesondere können zwei Aufbau-Anbindungsstellen und eine Radträger-Anbindungsstelle vorgesehen sein. Die Aufbau-Anbindungsstellen können bspw. miteinander fluchtende Schwenklager aufweisen, während die Radträger-Anbindungsstelle ein Lager für ein Kugelgelenk aufweisen kann. Während Ausgestaltungen denkbar sind, bei denen der Querlenker in der X-Y-Ebene eine U-Form oder V-Form aufweist, wobei sich jeweils ein Schenkel von der Radträger-Anbindungsstelle zu einer Aufbau-Anbindungsstelle erstreckt, ist es bevorzugt, dass sich der Lenkerkörper über wenigstens einen überwiegenden Teil eines Innenraums des durch die Anbindungsstellen definierten Dreiecks bzw. Vierecks erstreckt, und somit flächig ausgebildet ist.
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In vielen Fällen sind weder der diskontinuierlich verstärkte Kunststoff des Basiskörpers noch die Endlosfasern aufweisende Verstärkung stabil genug, um den lokalen Belastungen im Bereich der Anbindungsstellen zu widerstehen. Daher ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform an wenigstens einer Anbindungsstelle ein separat gefertigtes Lagerelement formschlüssig und/oder stoffschlüssig mit dem Basiskörper verbunden. Das Lagerelement kann dabei bspw. aus Metall ausgebildet sein oder einem anderen geeigneten, ausreichend stabilen Material. Dieses Lagerelement wird separat vorgefertigt und kann bspw. beim Gießen des Basiskörpers teilweise in diesen eingegossen werden, wodurch die stoffschlüssige und/oder formschlüssige Verbindung entsteht. Alternativ wäre auch ein nachträgliches Ankleben an den Basiskörper denkbar, was allerdings nicht bevorzugt ist. Es versteht sich, dass eine stoffschlüssige Verbindung effektiv durch einen Formschluss ergänzt werden kann bzw. umgekehrt, womit das Lagerelement im Allgemeinen stabiler mit dem Basiskörper verbunden wird. Bevorzugt ist eine formschlüssige Verbindung, welche durch eine stoffschlüssige Verbindung ergänzt werden kann. Ist ein Lagerelement z.B. aus Stahl ausgebildet, ist dieser unter Umständen durch eine Beschichtung gegen Korrosion zu schützen. Dieser Korrosionsschutz kann unter Umständen eine rein stoffschlüssige Verbindung verschlechtern. Unter Umständen kann die stoffschlüssige Verbindung hierdurch aber auch verbessert werden. Zusätzlich kann eine formschlüssige Verbindung mit den Endlosfasern der Verstärkung gegeben sein, bspw. dadurch, dass wenigstens ein Lagerelement wenigstens teilweise mit Endlosfasern der Verstärkung umwickelt ist. Auf diese Weise können seitens des Lagerelements einwirkende Zugkräfte direkt auf die Verstärkung übertragen werden, wodurch der Basiskörper diesbezüglich entlastet wird. Die Verbindung kann dadurch noch verbessert werden, dass das Lagerelement zunächst in gegenüber seiner vorgesehenen Endposition (bspw. um 90°) verdreht angeordnet ist, während es mit denen Endlosfasern umwickelt wird, wonach eine Drehung in die Endposition erfolgt. Dies kann zu einer Umlagerung der Endlosfasern führen, die sich stabilisierend auswirken kann.
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Um die stoffschlüssige sowie ggf. formschlüssige Verbindung optimal zu realisieren, kann bevorzugt wenigstens ein Lagerelement einen Lagerabschnitt sowie wenigstens einen hier von ausgehenden Fortsatz aufweisen, der stoffschlüssig im Basiskörper eingebunden ist. Der Lagerabschnitt ist dabei der Teil des Lagerelements, der dazu dient, direkt oder indirekt die Anbindung an den Fahrzeugaufbau bzw. den Radträger zu realisieren. Er ist normalerweise wenigstens überwiegend außerhalb der Kunststoffmatrix des Basiskörpers angeordnet. Der wenigstens einen Fortsatz ist typischerweise einstückig mit dem Lagerabschnitt ausgebildet, bspw. zusammen mit diesem gegossen oder angeschmiedet. Die Verbindung kann weiter dadurch verbessert werden, dass von einem Lagerabschnitt eine Mehrzahl von Fortsätzen ausgeht, die insbesondere in unterschiedliche Richtungen verlaufen können. Insbesondere dann, wenn eine Verbindung mit den Endlosfasern der Verstärkung vorgesehen ist, kann die Verlaufsrichtung wenigstens eines Fortsatzes der Verlaufsrichtung der Verstärkung entsprechen. Der Fortsatz kann eine Aussparung bzw. Durchgangsöffnung aufweisen, durch welche der Formschluss mit der Kunststoffmatrix des Basiskörpers weiter verbessert wird. Auch wäre es möglich, die Endlosfasern durch die entsprechende Aussparung hindurch zu führen.
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Oftmals setzen am Lenker, insbesondere, wenn dieser als Querlenker ausgebildet ist, noch andere Aufhängungskomponenten an, bspw. ein Federelement und/oder ein Stoßdämpfer bzw. Schwingungsdämpfer, die einerseits mit dem Lenker und andererseits mit dem Fahrzeugaufbau verbunden sind. Die Verbindung mit einem derartigen Bauteil bedeutet oftmals eine hohe lokale Belastung, welche den Basiskörper möglicherweise beschädigen oder zumindest abnutzen könnte. Aus diesem Grund ist es bevorzugt, dass im Innenbereich wenigstens ein separat gefertigtes Einsatzteil stoffschlüssig mit dem Basiskörper verbunden ist, welches Einsatzteil zur Anbindung einer Aufhängungskomponente an den Lenker ausgebildet ist. Die genaue Ausgestaltung des Einsatzteils hängt selbstverständlich von der Aufhängungskomponente ab, die an den Lenker angebunden werden soll. Bspw. kann das Einsatzteil eine Durchgangsöffnung oder Blindöffnung aufweisen, in die ein komplementäres Teil seitens der Aufhängungskomponente eingreift. Eine solche Öffnung kann auch ein Innengewinde aufweisen, das mit einem Außengewinde seitens der Aufhängungskomponente zusammenwirkt. Das Einsatzteil ist stoffschlüssig mit dem Basiskörper verbunden, wobei es bevorzugt beim Gießen des Basiskörpers mit eingegossen wird. Um eine bessere Anbindung des Einsatzteils zu ermöglichen, kann der Basiskörper hieran angrenzend einen Hülsenabschnitt oder Kragenabschnitt bilden, der das Einsatzteil umschließt. Das Einsatzteil kann insbesondere dann, wenn es wie beschrieben eine Öffnung aufweist, durch eine axiale Richtung charakterisiert werden, zu der es symmetrisch sein kann. Es kann sich senkrecht zur Lenkerebene von einer Seite des Basiskörpers zur anderen Seite erstrecken. Dabei kann eine Durchgangsöffnung des Einsatzteils gleichzeitig eine Durchgangsöffnung durch den Basiskörper bilden. Zusätzlich zu einem Stoffschluss mit dem Basiskörper kann das Einsatzteil einen Formschluss mit diesem bilden, bspw. durch Hinterschneidungen, Rillen, Nuten, Rippen oder dergleichen. Dabei kann ein Formschluss quer zur Lenkerebene, also normalerweise in Z-Richtung gegeben sein. Außerdem kann ein Formschluss innerhalb der X-Y Ebene gegeben sein, der ein Verdrehen des Einsatzteils um die Z-Achse verhindert. Die Oberfläche des Einsatzteils kann ein Profil aufweisen, um einen gewissen Formschluss zu ermöglichen. Bezüglich der o.g. axialen Richtung kann das Einsatzteil kontinuierlich rotationssymmetrisch ausgebildet sein, so dass es einen kreisförmigen Querschnitt aufweist. Alternativ kann der Querschnitt aber auch bspw. polygonal, etwa viereckig oder sechseckig sein. Durch einen derartigen Querschnitt wird auch ein Verdrehen gegenüber dem Basiskörper verhindert.
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Von besonderer Bedeutung ist die Aufnahme von Kräften, die entlang der Verbindungslinie zwischen einer Radträger-Anbindungsstelle und einer Aufbau-Anbindungsstelle wirken. Im Falle eines Querlenkers sind dies Kräfte, die überwiegend in Y-Richtung wirken. Bevorzugt erstreckt sich die Verstärkung von jeder Radträger-Anbindungsstelle durchgehend zu wenigstens einer Aufbau-Anbindungsstelle. Dabei kann sie bspw. in dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel eines Querlenkers mit zwei Aufbau-Anbindungsstellen und einer Radträger-Anbindungsstelle von einer ersten Aufbau-Anbindungsstelle zur Radträger-Anbindungsstelle durchgehen und von dort aus weiter zur zweiten Aufbau-Anbindungsstelle geführt sein. In diesem Fall sind alle drei Anbindungsstellen durch die Verstärkung miteinander verbunden. Hierdurch werden insbesondere in der X-Y-Ebene wirkende Kraftkomponenten von der Verstärkung aufgenommen. Ergänzend kann sich die Verstärkung aber auch zwischen zwei Aufbau-Anbindungsstellen bzw. zwei Radträger-Anbindungsstellen erstrecken, soweit vorhanden.
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Insgesamt ist selbstverständlich eine materialsparende, gewichtsoptimierte Gestaltung des Basiskörpers vorteilhaft. Dies kann gemäß einer Ausführungsform dadurch realisiert sein, dass der Basiskörper einen sich entlang der Lenkerebene erstreckenden Flächenabschnitt sowie eine Mehrzahl hieran angeformter Verstärkungsrippen aufweist. Der Flächenabschnitt weist dabei eine vergleichsweise geringe Abmessung quer zur Lenkerebene auf, die insbesondere deutlich kleiner sein kann als jede Abmessung innerhalb der Lenkerebene; er könnte somit als flächig oder dünnwandig bezeichnet werden. Er kann parallel zur Lenkerebene verlaufen oder aber bspw. eine gewisse Wölbung aufweisen, wodurch er strukturell noch stabilisiert wird. Eine besondere Stabilisierung erfährt der Basiskörper (und somit der Lenker insgesamt) dadurch, dass eine Mehrzahl von Verstärkungsrippen an den Flächenabschnitt angeformt sind. Diese können normalerweise beim Urformen des Basiskörpers zusammen mit dem Flächenabschnitt geformt werden. Die Verstärkungsrippen können insbesondere senkrecht zur Lenkerebene vom Flächenabschnitt abragen. Durch die Verstärkungsrippen wird der Lenkerkörper insgesamt stabilisiert, wobei sich insbesondere seine Biegesteifigkeit erhöht.
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Des Weiteren kann im Randbereich am Flächenabschnitt wenigstens ein sich senkrecht zur Lenkerebene erstreckender Flansch ausgebildet sein, der die Verstärkung aufweist. Der Flansch kann ganz oder teilweise umlaufend um den Innenbereich ausgebildet sein. Er kann insgesamt oder auch nur abschnittsweise durch die Verstärkung mechanisch stabilisiert sein. Sofern der Flächenabschnitt wie oben beschrieben gekrümmt ausgebildet ist, kann die Krümmung einen Übergangsbereich zu dem Flansch bilden. Insgesamt dient der Flansch ebenso wie die Verstärkungsrippen auch dazu, die Biegesteifigkeit des Lenkers zu verbessern.
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Hinsichtlich des Verlaufs der Verstärkungsrippen sind unterschiedliche Ausgestaltungen denkbar. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform erstreckt sich eine Verstärkungsrippe von einem Einsatzteil zum Randbereich. Hierdurch kann die Verstärkungsrippe Kräfte optimal aufnehmen, die am Einsatzteil durch die Anbindung der anderen Aufhängungskomponente in den Lenker eingeleitet werden. Durch die Erstreckung der Verstärkungsrippe zum Randbereich kann die Kraft verteilt werden. Sofern am Einsatzteil ein Hülsenabschnitt ausgebildet ist, kann die Verstärkungsrippe in diesen einmünden bzw. von diesem ausgehen. Sofern in dem entsprechenden Teil des Randbereichs ein Flansch angeordnet ist, kann sich die Verstärkungsrippe bis zu dem Flansch erstrecken und in diesen einmünden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung mündet wenigstens eine Verstärkungsrippe beiderseits in wenigstens einen Flansch. Dabei ist auf zwei einander bezüglich des Flächenabschnitts gegenüberliegenden Seiten desselben (jeweils) ein Flansch angeordnet. Die entsprechende Verstärkungsrippe erstreckt sich von einer Seite zur anderen und ist dabei jeweils stoffschlüssig mit dem Flansch verbunden. Hierdurch werden Kräfte von der Verstärkungsrippe in den jeweiligen Flansch eingeleitet und es können auch Kräfte vom Flansch auf der einen Seite zudem auf der anderen Seite übertragen werden. Insgesamt ergibt sich somit eine verbesserte Kopplung, wobei die jeweilige Verstärkungsrippe gewissermaßen eine Querverbindung zwischen den Flanschen darstellt.
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Hinsichtlich der Ausrichtung der Verstärkungsrippe sind unterschiedliche Möglichkeiten gegeben, die an die jeweilige zu erwartende Belastung angepasst sein können. Bevorzugt verläuft bei einem Querlenker wenigstens eine Verstärkungsrippe in einem Winkel von weniger als 45° zur Y-Achse, bevorzugt weniger als 30°. Durch einen derartigen Verlauf wird einerseits die Biegesteifigkeit des Querlenkers um die X-Achse wesentlich verbessert. Gleichzeitig kann die Verstärkungsrippe eventuelle Zugkräfte entlang der Y-Achse besser aufnehmen.
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Weitere vorteilhafte Einzelheiten und Wirkungen der Erfindung sind im Folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Querlenkers gemäß einer ersten Ausführungsform;
- 2 eine Untersicht des Querlenkers aus 1;
- 3 eine perspektivische Darstellung eines Lagerelements des Querlenkers aus 1 und 2
- 4 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Querlenkers gemäß einer zweiten Ausführungsform;
- 5 - 7 perspektivische Darstellungen von Lagerteilen für einen erfindungsgemäßen Querlenker; sowie
- 8 - 9 perspektivische Darstellungen von Einsatzteilen für einen erfindungsgemäßen Querlenker.
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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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1 zeigt in perspektivischer Darstellung einen Querlenker 1 für eine Radaufhängung eines Kraftfahrzeugs, bspw. eines PKW. In der Zeichnung sind die X-, Y- sowie Z-Achse in Einbauposition des Querlenkers 1 dargestellt. Der Querlenker 1 umfasst einen Lenkerkörper 2, der sich entlang einer Lenkerebene erstreckt, die mit der X-Y-Ebene identisch ist. Am Lenkerkörper 2 sind insgesamt drei Anbindungsstellen 5 - 7 angeordnet, die relativ zueinander in der Lenkerebene angeordnet sind. Dabei sind zwei Aufbau-Anbindungsstellen 5, 6 sowie eine Radträger-Anbindungsstelle 7 vorgesehen.
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Der Lenkerkörper 2 ist überwiegend durch einen Basiskörper 3 gebildet, der im Spritzgussverfahren aus diskontinuierlich (Kurzfasern und/oder Langfasern) verstärktem Kunststoff hergestellt ist, bspw. aus mit Glasfasern verstärktem Polyamid. Der Basiskörper 3 weist eine annähernd dreieckige, flächige Form auf. Um die Anbindungsstellen 5 - 7 zu realisieren, sind dort ein erstes und ein zweites Aufbau-Lagerelement 8, 9 sowie einen Radträger-Lagerelement 10 aus Metall jeweils teilweise in die Kunststoffmatrix des Basiskörpers 3 eingegossen. Wie in der isolierten Darstellung von 3 erkennbar ist, weist das erste Aufbau-Lagerelement 8 einen ösenartigen Lagerabschnitt 8.1 auf, in den bspw. ein Gummi-Metall-Lager eingepresst werden kann, sowie einen vom Lagerabschnitt 8.1 ausgehenden Fortsatz 8.2. Letzterer dient vornehmlich zur Anbindung an den Basiskörper 3 und ist mit diesem form- und stoffschlüssig verbunden. Das zweite Aufbau-Lagerelement 9 kann identisch bzw. spiegelsymmetrisch zu dem ersten Aufbau-Lagerelement 8 ausgebildet sein. Das Radträger-Lagerelement 10 ist zur Aufnahme eines Kugelgelenks vorgesehen und weist daher eine andere Ausbildung auf. Allerdings können auch bei diesem ein Lagerabschnitt sowie wenigstens ein von diesem ausgehenden Fortsatz vorgesehen sein.
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Man kann bei dem in 2 in Untersicht dargestellten Querlenker 1 bezüglich der Lenkerebene einen Randbereich 2.1 des Lenkerkörpers 2 sowie einen Innenbereich 2.2 unterscheiden, wobei der Randbereich 2.1 in der Lenkerebene (X-Y-Ebene) nur eine relativ kleine Fläche einnimmt. Der Basiskörper 3 erstreckt sich sowohl über den Randbereich 2.1 als auch den Innenbereich 2.2. Dagegen ist eine Verstärkung 4 (in 1 und 2 durch die gestrichelte Linie angedeutet), die Endlosfasern aus Carbon aufweist, nur im Randbereich in den Basiskörper 3 eingegossen. Diese bandförmige Verstärkung 4 ist in einen ersten Flansch 3.2 eingearbeitet, der im Randbereich 2.1 ausgebildet ist und sich in etwa von der ersten Aufbau-Anbindungsstelle 5 über die Radträger-Anbindungsstelle 7 zur zweiten Aufbau-Anbindungsstelle 6 erstreckt. Dieser erste Flansch 3.2 schließt sich an einen Flächenabschnitt 3.1 des Basiskörpers 3 an, der sich flächig in etwa parallel zur Lenkerebene erstreckt und vergleichsweise dünnwandig ausgebildet ist. D.h. eine Ausdehnung des Flächenabschnitts 3.1 in Z-Richtung ist deutlich kleiner als eine Ausdehnung in X-Richtung oder Y-Richtung.
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Der erste Flansch 3.2 sowie ein zweiter Flansch 3.3, welcher sich von der ersten Aufbau-Anbindungsstelle 5 zur zweiten Aufbau-Anbindungsstelle 6 erstreckt, tragen wesentlich zur Verbesserung der Biegesteifigkeit des Lenkerkörpers 2 bei. Außerdem wird die Zugfestigkeit des ersten Flanschs 3.2 in Y-Richtung sowie in X-Richtung durch die formschlüssig eingebundene Verstärkung 4 deutlich erhöht. Beim Gießen des Basiskörpers 3 kann die Verstärkung 4 vorab im Formwerkzeug platziert werden, wonach sie von der Kunststoffmatrix des Basiskörpers 3 eingeschlossen wird.
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Um eine Anbindung von (nicht dargestellten) Aufhängungskomponenten wie bspw. einem Federbein und/oder einem Dämpferbein zu realisieren, weist der Querlenker 1 mehrere aus Metall hergestellte Einsatzteile 11 auf, die form- und stoffschlüssig mit dem Basiskörper 3 verbunden sind. Diese Einsatzteile 11 weisen eine grob zylinderähnliche Form auf und sind jeweils wenigstens teilweise in einen Hülsenabschnitt 3.7 des Basiskörpers 3 eingegossen. Die genaue Form der Einsatzteile 11 kann variieren und bspw. den in 8 und 9 dargestellten Ausgestaltungen ähneln.
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Um die Stabilität des Querlenkers 1 weiter zu verbessern, sind eine Reihe von Verstärkungsrippen 3.4 - 3.6 vorgesehen, die senkrecht zur Lenkerebene vom Flächenabschnitt abragen und überwiegend, aber nicht ausschließlich, in einem Winkel von weniger als 30° zur Y-Achse verlaufen. Eine Gruppe von ersten Verstärkungsrippen 3.4 verläuft von jeweils einem Einsatzteil 11 bzw. einem Hülsenabschnitt 3.7 zum Randbereich 2.1 des Lenkerkörpers 2 und kann dort in einen Flansch 3.2, 3.3 einmünden. Durch diese Verstärkungsrippen 3.4 wird die Kraft, die seitens einer angebundenen Aufhängungskomponente auf das jeweilige Einsatzteil 11 einwirkt, besser aufgenommen und über den Lenkerkörper 2 verteilt. Eine Gruppe von zweiten Verstärkungsrippen 3.5 mündet beiderseits in einen Flansch 3.2, 3.3 ein und dient somit dazu, den Flächenabschnitt 3.1 gegen die Flansche 3.2, 3.3 sowie diese gegeneinander zu stabilisieren. Eine Gruppe von dritten Verstärkungsrippen 3.6 wiederum verbindet mit einer ähnlichen Funktion erste Verstärkungsrippen 3.4 mit dem ersten Flansch 3.2.
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4 zeigt eine perspektivische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Querlenkers 1, die im grundsätzlichen Aufbau der in 1 und 2 dargestellten Ausführungsform ähnelt und insoweit nicht nochmals besprochen wird. In diesem Fall ist die bandförmige Verstärkung 4 nicht vollständig in die Kunststoffmatrix des Basiskörpers 3 eingegossen, sondern liegt außenseitig im Randbereich 2.1 offen, wobei der Basiskörper 3 gewissermaßen an die Verstärkung 4 angegossen sein kann. Alternativ wäre es auch möglich, die Verstärkung 4 nach dem Gießen des Basiskörpers 3 an diesen anzukleben oder anzuvulkanisieren. Der hier gezeigte Querlenker 1 weist u.a. eine andere Anzahl und Konfiguration von Verstärkungsrippen 3.4, 3.6 auf, wobei keine Verstärkungsrippen vorgesehen sind, welche die beiden Flansche 3.2, 3.3 direkt miteinander verbindet. Selbstverständlich könnten diese aber auch bei der gezeigten Ausführungsform ergänzt werden.
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5 und 6 zeigen isolierte Darstellungen von Ausführungsformen eines ersten Aufbau-Lagerelements 8, das bei dem in 4 dargestellten Querlenker 1 verwendet werden kann. An einem Lagerabschnitt 8.1, der zur Aufnahme eines Gummi-Metall-Lagers dienen kann, sind ein bzw. zwei Fortsätze 8.2 angeformt, die jeweils eine durchgehende Ausnehmung 8.3 aufweisen. Die jeweiligen Fortsätze 8.2 sind stoffschlüssig in der Kunststoffmatrix des Basiskörpers 3 aufgenommen, wobei der diskontinuierlich verstärkte Kunststoff auch die jeweilige Ausnehmung 8.3 durchdringt, wodurch zusätzlich ein Formschluss erzeugt wird. Insbesondere können die Langfasern der Verstärkung 4 um die Fortsätze 8.2 gewickelt bzw. durch die Ausnehmungen 8.3 geführt sein. Die in 5 und 6 gezeigten Aufbau-Lagerelemente 8 können in identischer bzw. gespiegelter Form auch für die zweite Aufbau-Anbindungsstelle 6 verwendet werden.
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7 zeigt ein Radträger-Lagerelement 10, das einen Lagerabschnitt 10.1 zur Aufnahme eines Kugelgelenks aufweist. Von diesem Lagerabschnitt 10.1 gehen drei Fortsätze 10.2 aus, die jeweils durchgehende Ausnehmungen 10.3 aufweisen. Auch hier besteht die Funktion wiederum in einer stoff- und formschlüssigen Verbindung mit dem Kunststoff des Basiskörpers. Das hier gezeigte Radträger-Lagerelement 10 kann in identischer oder leicht abgewandelter Form auch für den in 1 und 2 dargestellten Querlenker 1 verwendet werden.
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8 zeigt eine erste Ausführungsform eines Einsatzteils 11, das für den in 4 dargestellten Querlenker 1 ebenso wie (ggf. leicht abgewandelt) für den in 1 und 2 dargestellten Querlenker 1 verwendet werden kann. Das Einsatzteil 11 weist eine insgesamt in etwa zylindrische Form mit einer Durchgangsöffnung 11.1 auf, die glatt sein kann oder ein Innengewinde tragen kann. Durch diese Durchgangsöffnung 11.1 ist eine axiale Richtung definiert, die zumindest ungefähr in Z-Richtung bzw. senkrecht zur Lenkerebene verläuft. Um die stoffschlüssige Verbindung mit dem Basiskörper 3 durch einen Formschluss zu ergänzen, sind zum einen tangential umlaufende Nuten 11.2 vorgesehen, die eine axiale Verschiebung des Einsatzteils 11 gegenüber dem Basiskörper 3 verhindern. Zum anderen weist die Mantelfläche des Einsatzteils 11 ein Profil 11.3 auf, das vor allem einen Formschluss in tangentialer Richtung herstellt und somit ein Verdrehen gegenüber dem Basiskörper 3 verhindert oder zumindest erschwert.
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9 zeigt eine zweite Ausführungsform eines Einsatzteils 11, das im Groben eine sechseckig-prismatische Form aufweist. Auch dieses weist wiederum eine axiale Durchgangsöffnung 11.1 sowie tangential umlaufenden Nuten 11.2 auf. Durch die sechseckige Form ist ohnehin ein Formschluss in tangentialer Richtung gegeben, der allerdings noch durch axiale Nuten 11.4 verbessert wird. Diese axialen Nuten 11.4 dienen außerdem zur Verbesserung des Formschlusses in axialer Richtung.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Querlenker
- 2
- Lenkerkörper
- 2.1
- Randbereich
- 2.2
- Innenbereich
- 3
- Basiskörper
- 3.1
- Flächenabschnitt
- 3.2, 3.3
- Flansch
- 3.4, 3.5, 3.6
- Verstärkungsrippe
- 3.7
- Hülsenabschnitt
- 4
- Verstärkung
- 5, 6
- Aufbau-Anbindungsstelle
- 7
- Radträger-Anbindungsstelle
- 8, 9
- Aufbau-Lagerelement
- 8.1, 10.1
- Lagerabschnitt
- 8.2, 10.2
- Fortsatz
- 8.3, 10.3
- Ausnehmung
- 10
- Radträger-Lagerelement
- 11
- Einsatzteil
- 11.1
- Durchgangsöffnung
- 11.2, 11.4
- Nut
- 11.3
- Profil
- X
- X-Achse
- Y
- Y-Achse
- Z
- Z-Achse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011010367 A1 [0005]
- DE 102009014194 A1 [0006]
- US 9168801 B2 [0009]
- US 7083199 B2 [0010]
