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Die Erfindung betrifft ein Gelenkbauteil mit einem ein Gelenkaußenteil und ein beweglich in diesem gelagertes Gelenkinnenteil umfassenden Gelenk, einem das Gelenkaußenteil zumindest teilweise umschließenden Einsatz und einem Gelenkaufnahmebauteil aus Faserverbundwerkstoff, in welches der Einsatz eingebettet ist.
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Das eingangs genannte Gelenkbauteil wird vorzugsweise im Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs eingesetzt, welches z.B. ein Personenkraftwagens (PKW) ist. Beispielsweise bildet das Gelenkbauteil einen Fahrwerklenker (Lenker), der an unterschiedlichen Orten einer Radaufhängung des Kraftfahrzeugs gelenkig angebunden ist, die z.B. auch als kinematische Punkte bezeichnet werden. Der Lenker dient dabei insbesondere zum Übertragen von Bewegungen und/oder Kräften. Das Gelenk ist z.B. ein Kugelgelenk.
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Sowohl das Gelenkaufnahmebauteil als auch das Gelenk werden in der Regel aus metallischen Werkstoffen hergestellt und z.B. als mehrteilige Blechkonstruktion oder als massivumgeformtes oder lasergeschweißtes Bauteil verwirklicht, wobei das Gelenk in einem separaten Montageschritt an das zuvor hergestellte Gelenkaufnahmebauteil angeschraubt, mit diesem verschweißt oder vernietet oder in dieses eingepresst wird.
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In der Automobilbranche, speziell im Fahrwerksbereich, treten Faserkunststoffverbundwerkstoffe (FKV-Werkstoffe) immer mehr in den Vordergrund. Ihre spezifischen Eigenschaften ermöglichen beachtliche Gewichtsersparnisse bei gleichzeitig identischen oder sogar besseren Materialeigenschaften gegenüber konventionellen Werkstoffen. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit der Funktionsintegration während des Herstellungsprozesses. Um äußere Lasten aufnehmen oder Fahrwerksbauteile integrieren zu können, werden in faserverstärkten Kunststoffbauteilen Krafteinleitungselemente eingesetzt. Diese bestehen aufgrund des komplexen Spannungszustandes im Einleitungspunkt oft aus Metall. Im FKV-Bereich wird grundlegend zwischen außen angebrachten Krafteinleitungselementen (Onserts) und eingebetteten Krafteinleitungselementen (Inserts) unterschieden. Speziell die Integration von Inserts in Faserverbundbauteile stellt aktuell eine große Herausforderung dar. Um in ein Faserverbundbauteil eine Gelenkfunktion zu integrieren, werden im Moment überwiegend metallische Inserts/Onserts eingesetzt. Diese erhöhen jedoch das Gesamtgewicht des Bauteils und werden in der Regel im Rahmen eines zusätzlichen Fertigungsschrittes (Kleben, Nieten, Verschrauben etc.) integriert. Zusätzlich besteht ein Problem in der Integration metallischer Elemente im Harzinjektionsverfahren, welches auch als RTM-Verfahren bezeichnet wird, wobei die Abkürzung RTM für den englischen Ausdruck „Resin Transfer Molding“ steht. Um beim Entformen ein Anhaften des Harz-Härter-Gemisches am metallischen Werkzeug zu verhindern, wird dem Gemisch ein additives Trennmittel beigefügt. Durch Einsatz dieses Trennmittels kann die gesamte Prozesszeit verkürzt werden, da der Reinigungsaufwand verringert wird. Dieser Effekt tritt unerwünschter Weise aber auch bei den eingesetzten metallischen Inserts im Bauteil auf. Eine weitere Problematik stellen die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der verschiedenen Materialien dar. Durch diese verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten werden aufgrund der hohen Temperaturen während des RTM-Prozesses Eigenspannungen in das Bauteil eingebracht. Außerdem treten im Feldeinsatz der Fahrwerkskomponente Probleme aufgrund äußerer Einflüsse auf. Durch eine Potentialdifferenz zwischen Kohlenstofffasern und Metall, wie z.B. Aluminium, entsteht Korrosion, welche die mechanischen Eigenschaften negativ beeinflusst. Um dies zu unterbinden, wird bisher entweder die MetallOberfläche des Inserts durch das Auftragen sogenannter Primer nachbehandelt oder der Korrosion mit Hilfe von Zwischenlagen aus Glasfaser entgegengewirkt.
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Die nachträgliche Montage des Gelenks erfordert in der Regel eine lange Prozesskette. Hierbei wird in einem ersten Schritt das Gelenkaufnahmebauteil im RTM-Verfahren gefertigt. Das ausgehärtete Gelenkaufnahmebauteil wird anschließend in einem weiteren Prozess für die Montage des Gelenks vorbereitet. Hierzu wird eine Bohrung in das Gelenkaufnahmebauteil eingebracht, welche die Aufnahme des Gelenks ermöglicht. Die Bohrung wird z.B. mittels Fräsbearbeitung oder Wasserstrahlschneiden in das Gelenkaufnahmebauteil eingebracht. Das Einbringen der Bohrung ist aber mit mehreren Nachteilen verbunden. Durch die mechanische Bearbeitung werden an den Beschnittkanten Fasern freigelegt, die einerseits vor äußeren Einflüssen geschützt werden müssen (z.B. durch eine chemische Beständigkeit gegenüber Öl und Bremsflüssigkeit) und andererseits bei Vorhandensein eines Elektrolyten eine elektrochemische Korrosion zwischen Gelenkgehäuse und Gelenkaufnahmebauteil auslösen können. Ferner wird die Wirtschaftlichkeit der Fertigung durch eine lange Prozesskette verschlechtert.
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Zur Erhöhung der Steifigkeit des Gelenkbauteils, vorzugsweise in Fahrtrichtung, können, insbesondere in der Nähe des Gelenks, sogenannte Eckverstärkungen in einen Randbereich des Gelenkaufnahmebauteils eingebracht werden. Jede Eckverstärkung besteht z.B. aus mehreren Rovings, die zu einem unidirektionalen Strang (UD-Strang) zusammengefügt werden. Die UD-Stränge können dann am Rand des Vorformlings befestigt oder zwischen zwei Lagen des Vorformlings angeordnet werden. Im RTM-Prozess kann durch den auf die UD-Stränge einwirkenden Kompaktierungsdruck aber eine Fließsperre entstehen, die im weiteren Verlauf des RTM-Prozesses eine homogene Harzverteilung im Gelenkaufnahmebauteil verhindert, was zu nicht durchtränkten Bereichen (Trockenstellen) im fertiggestellten Gelenkaufnahmebauteil führt. Nachteilig an solchen Trockenstellen ist, dass sie die mechanischen Eigenschaften des Gelenkbauteils sowie dessen Versagensverhalten negativ beeinflussen.
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Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einem Gelenkbauteil der eingangs genannten Art, das Auftreten von Trockenstellen in der Umgebung des Gelenks vermeiden zu können.
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Diese Aufgabe wird durch ein Gelenkbauteil nach Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen dieses Gelenkbauteils sind in den Unteransprüchen und in der nachfolgenden Beschreibung gegeben.
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Das eingangs genannte Gelenkbauteil mit einem ein Gelenkaußenteil und ein beweglich in diesem gelagertes Gelenkinnenteil umfassenden Gelenk, einem das Gelenkaußenteil zumindest teilweise umschließenden Einsatz und einem Gelenkaufnahmebauteil aus Faserverbundwerkstoff, in welches der Einsatz eingebettet ist, ist insbesondere dadurch weitergebildet, dass der Einsatz mit einem oder mehreren Fließkanälen für das Matrixmaterial des Gelenkaufnahmebauteils versehen ist.
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Durch den oder die Fließkanäle kann das Matrixmaterial während des Harzinjektionsverfahrens hindurch fließen und so das Fasermaterial des Formformlings in der Umgebung des Gelenks vollständig durchtränken. Eine möglicherweise in der Nähe des Gelenks in einem Randbereich des Gelenkaufnahmebauteils vorgesehene Fließsperre, die ein Eindringen von Matrixmaterial durch den Randbereich hindurch bis in einen zwischen dem Gelenk und dem Randbereich liegenden Zwischenbereich des Vorformlings verhindert, kann insbesondere dadurch umgangen werden, dass das Matrixmaterial aus anderen Bereichen des Vorformlings durch die Fließkanäle zu dem Zwischenbereich strömen kann.
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Gemäß einer Weiterbildung ist das Gelenkaufnahmebauteil ein flächiges Bauteil. Vorteilhaft ist das Gelenkaufnahmebauteil eben oder im Wesentlichen eben. Insbesondere ist oder bildet das Gelenkaufnahmebauteil einen formstabilen Körper. Der Faserverbundwerkstoff ist bevorzugt ein Faser-Kunststoff-Verbund. Insbesondere umfasst das Gelenkaufnahmebauteil und/oder der Faserverbundwerkstoff eine Matrix und in diese eingebettete Fasern. Vorteilhaft besteht das Gelenkaufnahmebauteil und/oder der Faserverbundwerkstoff aus einer Matrix und aus in die Matrix eingebettete Fasern. Die Fasern sind oder umfassen vorzugsweise Langfasern und/oder Endlosfasern. Langfasern weisen z.B. eine Länge von 1 mm bis 50 mm auf. Endlosfasern weisen z.B. eine Länge von mehr als 50 mm auf. Beispielsweise sind oder umfassen die Fasern Kohlenstofffasern und/oder Glasfasern und/oder Aramidfasern und/oder Basaltfasern und/oder Naturfasern. Bevorzugt ist die Matrix eine duroplastische oder einer thermoplastische Matrix. Insbesondere besteht die Matrix aus einem duroplastischen Kunststoff oder aus einem thermoplastischen Kunststoff. Vorteilhaft besteht die Matrix aus Harz oder Kunstharz. Das Material der Matrix, welches auch als Matrixmaterial bezeichnet wird, besteht somit insbesondere aus einem duroplastischen Kunststoff oder aus einem thermoplastischen Kunststoff. Insbesondere besteht das Matrixmaterial aus Harz oder Kunstharz. Das Harz ist z.B. ein natürliches Harz oder ein Kunstharz. Die Ausdrücke Matrix und Matrixmaterial werden insbesondere synonym verwendet. Der Ausdruck Matrix kann somit z.B. durch den Ausdruck Matrixmaterial ersetzt werden und umgekehrt.
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Gemäß einer Ausgestaltung umfasst das Gelenkaußenteil eine Gelenkaußenteilöffnung. Bevorzugt erstreckt sich das Gelenkinnenteil durch die Gelenkaußenteilöffnung hindurch aus dem Gelenkaußenteil heraus. Insbesondere ist oder bildet das Gelenkaußenteil einen formstabilen Körper. Das Gelenkaußenteil ist oder umfasst bevorzugt eine Lagerschale. Insbesondere besteht die Lagerschale aus Kunststoff, vorzugsweise aus einem thermoplastischen Kunststoff. Beispielsweise besteht die Lagerschale aus Polyoxymethylen (POM), aus Polyamid (PA) oder Polyetheretherketon (PEEK). Die Lagerschale ist bevorzugt eine Kugelschale. Insbesondere ist oder bildet die Lagerschale einen formstabilen Körper.
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Gemäß einer Weiterbildung umfasst das Gelenkaußenteil ein die Lagerschale zumindest teilweise umschließendes Gelenkgehäuse. Insbesondere ist oder bildet das Gelenkgehäuse einen formstabilen Körper. Das Gelenkgehäuse besteht bevorzugt aus Metall, insbesondere als Aluminium, aus Magnesium oder aus einem Eisenwerkstroff, wie z.B. Stahl.
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Gemäß einer Ausgestaltung umfasst das Gelenkinnenteil einen Lagerbereich. Vorzugsweise ist das Gelenkinnenteil mit seinem Lagerbereich beweglich und/oder gleitfähig in dem Gelenkaußenteil und/oder in der Lagerschale gelagert. Insbesondere ist oder bildet das Gelenkinnenteil einen formstabilen Körper. Das Gelenkinnenteil besteht bevorzugt aus Metall, insbesondere aus einem Eisenwerkstoff, wie z.B. Stahl. Vorzugsweise ist oder bildet der Lagerbereich eine Gelenkkugel. Vorteilhaft ist oder bildet das Gelenkinnenteil einen Kugelzapfen. Insbesondere ist oder bildet das Gelenk ein Kugelgelenk.
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Gemäß einer Weiterbildung besteht der Einsatz aus Kunststoff oder aus faserverstärktem Kunststoff. Vorteilhaft besteht der Einsatz aus einem mit Kurzfasern und/oder oder mit Langfasern verstärkten Kunststoff. Kurzfasern weisen z.B. eine Länge von 0,1 mm bis 1 mm auf. Langfasern weisen z.B. eine Länge von 1 mm bis 50 mm auf. Beispielsweise sind oder umfassen die Fasern des Einsatzes und/oder des faserverstärkten Kunststoffs Kohlenstofffasern und/oder Glasfasern und/oder Aramidfasern und/oder Basaltfasern und/oder Naturfasern. Der Kunststoff des Einsatzes und/oder des faserverstärkten Kunststoffs ist vorzugsweise ein duroplastischer oder ein thermoplastischer Kunststoff. Beispielsweise ist der Kunststoff des Einsatzes und/oder des faserverstärkten Kunststoffs ein Harz oder Kunstharz. Das Harz ist z.B. ein natürliches Harz oder ein Kunstharz. Bevorzugt ist der Kunststoff des Einsatzes und/oder des faserverstärkten Kunststoffs frei von Trennmittel, mittels welchem ein Anhaften dieses Kunststoffes und/oder des Einsatzes an Metall erschwert oder verhindert werden kann. Vorteilhaft ist der Kunststoff des Einsatzes und/oder des faserverstärkten Kunststoffs elektrisch isolierend. Beispielsweise wird der Einsatz und/oder der faserverstärkte Kunststoff aus einem Sheet Molding Compound oder aus einem Bulk Molding Compound hergestellt. Alternativ wird der Einsatz z.B. durch ein generatives Fertigungsverfahren oder additive Fertigung wie z.B. 3D-Druck hergestellt. Insbesondere ist oder bildet der Einsatz einen formstabilen Körper. Der Einsatz bildet insbesondere ein Krafteinleitungselement und kann z.B. auch als Insert bezeichnet werden.
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Der Einsatz umfasst bevorzugt ein oder mehrere von dem Matrixmaterial des Gelenkaufnahmebauteils durchsetze Durchgangslöcher. Hierdurch kann insbesondere die Festigkeit der Verbindung zwischen dem Einsatz und dem Gelenkaufnahmebauteil erhöht werden. Vorteilhaft umfasst der Einsatz eine Zapfenöffnung. Bevorzugt erstreckt sich das Gelenkinnenteil durch die Zapfenöffnung hindurch aus dem Einsatz heraus. Die Durchgangslöcher werden z.B. auch als Befestigungslöcher bezeichnet.
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Gemäß einer Weiterbildung ist der Einsatz ein flächiges Bauteil oder bereichsweise oder zumindest bereichsweise ein flächiges Bauteil. Bevorzugt ist der Einsatz eben oder bereichsweise eben oder zumindest bereichsweise eben ausgebildet. Der oder jeder der Fließkanäle ist z.B. durch eine in den Einsatz eingebrachte und/oder sich durch diesen hindurch erstreckenden Bohrung gebildet. Dies kann in fertigungstechnischer Hinsicht aber aufwändig sein, insbesondere in ebenen und/oder flächigen Bereichen des Einsatzes. Bevorzugt ist der oder jeder der Fließkanäle als eine in die oder eine Oberfläche des Einsatzes einbrachte Vertiefung, beispielsweise in Form einer Nut, ausgebildet. Vorzugsweise ist der Fließkanal oder sind die Fließkanäle in einem oder in wenigstens einem ebenen oder im Wesentlichen ebenen Bereich der Oberfläche des Einsatzes vorgesehen. Vorteilhaft ist der oder jeder der Fließkanäle somit als eine in dem oder dem wenigstens einen ebenen oder im Wesentlichen ebenen Bereich der Oberfläche des Einsatzes einbrachte Vertiefung, beispielsweise in Form einer Nut, ausgebildet.
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Bevorzugt weist der Einsatz, insbesondere in seinem ebenen Bereich oder in seinem wenigstens einen ebenen Bereich oder in einem oder in wenigstens einem oder jedem seiner ebenen Bereiche, einander gegenüberliegende, vorzugsweise ebene, Oberflächenbereiche auf. Vorteilhaft ist oder sind in einem oder in wenigstens einem oder in jedem dieser Oberflächenbereiche einer oder mehrere der Fließkanäle, vorzugsweise in Form einer Vertiefung und/oder Nut oder in Form von Vertiefungen und/oder Nuten, vorgesehen.
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Gemäß einer Ausgestaltung bilden die Fließkanäle eine oder wenigstens eine, insbesondere bezüglich einer Symmetrieebene, spiegelsymmetrische Fließkanalanordnung. Bevorzugt bilden die Fließkanäle zwei oder wenigstens zwei, insbesondere bezüglich der oder einer Symmetrieebene, spiegelsymmetrische Fließkanalanordnungen. Vorteilhaft liegen die zwei oder die wenigstens zwei Fließkanalanordnungen, insbesondere bezüglich einer senkrecht zur Symmetrieebene verlaufenden Einsatzebene, einander gegenüber. Die Symmetrieebene verläuft vorzugsweise senkrecht zu der Ebene des Einsatzes und/oder zu dem oder den ebenen Bereichen des Einsatzes und/oder zu dem oder dem wenigstens einen ebenen Bereich der Oberfläche des Einsatzes und/oder zu einem oder wenigstens einem der oder den einander gegenüberliegenden, vorzugsweise ebenen, Oberflächenbereichen des Einsatzes. Vorteilhaft verläuft die Symmetrieebene mittig durch das Gelenk und/oder durch einen Mittelpunkt des Gelenks. Die Einsatzebene verläuft bevorzugt zwischen den einander gegenüberliegenden Oberflächenbereichen und ist vorzugsweise parallel zu diesen. Die Symmetrie der Fließkanalanordnung und/oder Fließkanalanordnungen befördert insbesondere eine gleichmäßige Verteilung des Matrixmaterials während der Herstellung des Gelenkaufnahmebauteils.
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Gemäß einer Weiterbildung ist oder sind der oder wenigstens einer der oder mehrere der oder die Fließkanäle, vorzugsweise teilweise oder zumindest teilweise, um das Gelenkaußenteil und/oder um das Gelenk herumgeführt und/oder an dem Gelenkau-ßenteil und/oder an dem Gelenk vorbeigeführt. Somit kann insbesondere sichergestellt werden, dass das Matrixmaterial an dem Gelenk vorbei fließen kann.
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Gemäß einer Ausgestaltung verläuft oder verlaufen der oder wenigstens einer der oder mehrere der oder die Fließkanäle, insbesondere vollständig oder abschnittsweise oder zumindest abschnittsweise, gerade oder im Wesentliche gerade. Ergänzend oder alternativ verläuft oder verlaufen z.B. der oder wenigstens einer der oder mehrere der oder die oder ein anderer der oder wenigstens ein anderer der oder mehrere andere der Fließkanäle, insbesondere vollständig oder abschnittsweise oder zumindest abschnittsweise, gekrümmt.
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Gemäß einer Weiterbildung weist jeder der Fließkanäle zwei Kanalenden auf, von denen jedes entweder zu einem anderen der Fließkanäle oder zu einem, insbesondere umfangsseitigen, Außenrand des Einsatzes hin offen ist. Bevorzugt ist zumindest einer der oder sind mehrere der Fließkanäle mit beiden Kanalenden zu dem Außenrand des Einsatzes hin offen und/oder sind zumindest zwei oder mehrere der Fließkanäle mit wenigstens einem ihrer Kanalenden zu dem Außenrand des Einsatzes hin offen. Somit ist insbesondere sichergestellt, dass die Kanäle in Bezug auf den Einsatz wenigstens eine Kanaleintrittsöffnung und wenigstens eine Kanalaustrittsöffnung für das Matrixmaterial aufweisen.
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Gemäß einer Ausgestaltung ist in dem Fließkanal oder in den Fließkanälen oder in wenigstens einem der oder in mehreren der oder in jedem der Fließkanäle Matrixmaterial des Gelenkaufnahmebauteils vorgesehen oder eingebracht. Dies ergibt sich insbesondere daraus, dass nach dem Harzinjektionsverfahren Matrixmaterial oder ein Rest des Matrixmaterials in dem oder den Fließkanälen verbleibt.
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Das Gelenkbauteil ist bevorzugt für ein Fahrzeug oder Kraftfahrzeug vorgesehen und/oder in dieses eingebaut. Vorteilhaft handelt es sich bei dem Gelenkbauteil um ein Fahrzeugteil, insbesondere um ein Fahrwerkbauteil des oder eines Fahrzeugs oder Kraftfahrzeugs. Beispielsweise ist das Gelenkbauteil ein Fahrwerklenker. Bevorzugt ist mit dem Gelenkinnenteil ein Radträger oder Achsschenkel verbunden. Vorzugsweise ist mit dem Gelenkaufnahmebauteil ein Fahrzeugaufbau, ein Hilfsrahmen oder Fahrschemel verbunden. Der Hilfsrahmen oder Fahrschemel wird insbesondere dem Fahrzeugaufbau zugerechnet.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
- 1 eine Schnittansicht eines Gelenkbauteils gemäß einer Ausführungsform,
- 2 eine Draufsicht auf einen Vorformling zur Herstellung eines Gelenkaufnahmebauteils des Gelenkbauteils,
- 3 eine Draufsicht auf einen Einsatz des Gelenkbauteils und
- 4 eine Draufsicht auf einen abgewandelten Einsatz des Gelenkbauteils.
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Aus 1 ist eine Schnittansicht eines Gelenkbauteils 1 gemäß einer Ausführungsform ersichtlich, welches ein Gelenk 2 mit einem Gelenkaußenteil 3 und einem Gelenkinnenteil 4, einen das Gelenkaußenteil 3 teilweise umschließenden Einsatz 5 und ein Gelenkaufnahmebauteil 6 aufweist, in welches der Einsatz 5 eingebettet ist. Das Gelenkinnenteil 4 ist mit einem Lagerbereich 7 versehen, mit welchem das Gelenkinnenteil 4 beweglich in dem Gelenkaußenteil 3 gelagert ist. Gemäß der Ausführungsform ist das Gelenkinnenteil 4 ein Kugelzapfen, dessen Lagerbereich 7 durch eine Gelenkkugel gebildet ist. Das Gelenkaußenteil 3 ist zweiteilig aufgebaut und umfasst eine Lagerschale 8, in welcher das Gelenkinnenteil 4 mit seinem Lagerbereich 7 gleitfähig sitzt. Gemäß der Ausführungsform ist die Lagerschale 8 eine Kugelschale und besteht aus Kunststoff. Ferner umfasst das Gelenkaußenteil 3 ein die Lagerschale 8 teilweise umschließendes Gelenkgehäuse 9 aus Metall. Das Gelenkinnenteil 4 erstreckt sich durch eine in dem Gelenkaußenteil 3 vorgesehene Gelenkaußenteilöffnung 10 hindurch aus dem Gelenkaußenteil 3 heraus. Ferner ist der Einsatz 5 mit einer Zapfenöffnung 11 versehen, durch welche hindurch sich das Gelenkinnenteil 4 aus dem Einsatz 5 heraus erstreckt.
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Der Einsatz 5 besteht aus einem faserverstärkten Kunststoff 12, der schematisch angedeutete Fasern 20 in Form von Kurzfasern oder Langfasern umfasst, die beispielsweise Glasfasern sind. Ferner besteht das Gelenkaufnahmebauteil 6 aus einem Faserverbundwerkstoff, der Fasern 13 und eine Matrix 14 aus Kunstharz umfasst. Bei den Fasern 13 handelt es sich um Endlosfasern oder Langfasern, beispielsweise um Kohlenstofffasern. Der Einsatz 5 umfasst einen ebenen Flansch 15, der in das Gelenkaufnahmebauteil 6 eingreift und stoffschlüssig mit dem Matrixmaterial 14 verbunden ist. Somit ist auch der Einsatz 5 stoffschlüssig mit dem Gelenkaufnahmebauteil 6 verbunden. Ferner ist der Flansch 15 mit mehreren durchgehenden Befestigungslöchern (Durchgangslöchern) 16 versehen, die von dem Matrixmaterial 14 durchsetzt sind. Der Einsatz 5 ist somit zusätzlich formschlüssig mit dem Gelenkaufnahmebauteil 6 verbunden.
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Im Bereich der Zapfenöffnung 11 ist an dem Einsatz 5 eine Anbindungskontur 17 mit einer Ringnut 18 vorgesehen, die zur Anbindung eines Dichtungsbalgs (nicht gezeigt) dient. Ferner ist dem Einsatz 5 eine in einer axialen Richtung x verlaufende Mittelachse 19 zugeordnet, die insbesondere durch einen Mittelpunkt des Gelenks 2 und/oder der Gelenkkugel verläuft. Vorzugsweise ist das Gelenkaußenteil 3 bezüglich der Mittelachse 19 rotationssymmetrisch.
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Der Einsatz 5 wird separat von dem Gelenkaufnahmebauteil 6 hergestellt, wobei insbesondere das Gelenk 2 bei der Herstellung des Einsatzes 5 in den Einsatz 5 integriert wird. Anschließend wird das Gelenkaufnahmebauteil 6 unter Anwendung des Harzinjektionsverfahrens hergestellt, wobei der Einsatz 5 in das Gelenkaufnahmebauteil 6 integriert wird.
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Aus 2 ist eine Draufsicht auf einen Vorformling 21 zur Herstellung des Gelenkaufnahmebauteils 6 ersichtlich, in den der Einsatz 5 integriert ist. Es ist erkennbar, dass der Einsatz 5 in einem Eckbereich des Vorformlings 21 angeordnet ist, wobei dieser Eckbereich nach der Herstellung des Gelenkaufnahmebauteils 6 auch einen Eckbereich des Gelenkaufnahmebauteils 6 bildet. Zur Erhöhung der Steifigkeit des Gelenkbauteils 1 werden im Eckbereich in den Rand des Vorformlings 21 Eckverstärkungen 22 eingebracht, die jeweils aus mehreren Rovings zu einem unidirektionalen Strang zusammengefügt sind. Die Eckverstärkungen 22 sind zwischen Faserlagen des Vorformlings 21 angeordnet und somit in 2 verdeckt, sodass die Eckverstärkungen 22 lediglich schematisch angedeutet sind. Ein Problem besteht nun darin, dass die Eckverstärkungen 22 eine Injektion des Matrixmaterials in den Vorformling 21 durch dessen Rand hindurch, z.B. in Richtung des Pfeils 23, verhindern oder zumindest erschweren, sodass sich im Gelenkaufnahmebauteil 6 matrixfreie Trockenstellen bilden können.
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Um das Bilden matrixfreier Trockenstellen zu verhindern, ist der Einsatz 5 mit Fließkanälen 24 und 25 versehen, was aus 3 ersichtlich ist, die eine Draufsicht auf den Einsatz 5 zeigt, wobei das Gelenk 2 und insbesondere einige das Gelenk 2 umschließende Bereiche des Einsatzes 5 aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen wurden. Ferner wurden die Befestigungslöcher 16 weggelassen. An der Stelle, an der im Gelenkbauteil 1 das Gelenk 2 sitzt, ist in 3 ein Loch 31 dargestellt oder vorgesehen, welches z.B. auch als Gelenkaufnahmeloch bezeichnet werden kann. Insbesondere ist aus 3 somit nur der ebene Flansch 15 des Einsatzes 5 ersichtlich, wobei die Befestigungslöcher 16 weggelassen wurden. Es wird darauf hingewiesen, dass die in 3 gezeigte Teildarstellung des Einsatzes 5 gemäß der Ausführungsform mit dem Einsatz einer anderen Ausführungsform des Gelenkbauteils übereinstimmen kann.
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Die Fließkanäle 24 und 25 bilden zusammen eine Fließkanalanordnung, die bezüglich einer Symmetrieebene 26 spiegelsymmetrisch ist, die im Gelenkbauteil 1 insbesondere durch den Mittelunkt des Gelenks 2 und/oder der Gelenkkugel verläuft. Bevorzugt verläuft die Mittelachse 19 in der Symmetrieebene 26. Ferner ist erkennbar, dass der Einsatz 5, insbesondere im Bereich des Flansches 15, einen ebenen Oberflächenbereich 27 aufweist, in den die Fließkanäle 24 und 25 in Form von Vertiefungen eingebracht sind. Die Fließkanäle 24 verlaufen durchgehend gerade, wohingegen die Fließkanäle 25 gekrümmt verlaufen und jeweils in einen der geraden Fließkanäle 24 übergehen. Die Fließkanäle 24 und 25 sind jeweils zu einem ersten Randbereich 28 des Einsatzes 5 hin offen, wohingegen zu einem dem ersten Randbereich 28 gegenüberliegenden zweiten Randbereich 29 des Einsatzes 5 hin lediglich die geraden Kanäle 24 offen sind. Dabei erstreckt sich der erste Randbereich 28 in Umfangsrichtung 30 des Einsatzes 5 über einen längeren Weg als der zweite Randbereich 29. Im ersten Randbereich 28 sind somit mehr Kanalöffnungen der Fließkanäle vorgesehen als im zweiten Randbereich 29. Im Gelenkbauteil 1 ist der Einsatz 5 insbesondere derart orientiert, dass der erste Randbereich 28 dem Eckbereich und/oder den Eckverstärkungen 22 abgewandt und der zweite Randbereich 29 dem Eckbereich und/oder den Eckverstärkungen 22 zugewandt ist. Da bei der Herstellung des Gelenkaufnahmebauteils 6 das Matrixmaterial 14 nicht nur im Eckbereich, sondern auch an anderen Stellen in den Vorformling 21 injiziert wird, kann Matrixmaterial im ersten Randbereich 28 in die Fließkanäle 24 und 25 eintreten und im zweiten Randbereich 29 aus den Fließkanälen 24 austreten und somit bis zu den Eckverstärkungen 22 gelangen. Somit kann das Bilden von matrixfreien Trockenstellen aufgrund einer von den Eckverstärkungen 22 gebildeten Fließsperre für in Richtung des Pfeils 23 injiziertes Matrixmaterial vermieden werden. Insbesondere kann Matrixmaterial im zweiten Randbereich 29 in die Fließkanäle 24 eintreten und im ersten Randbereich 28 aus den Fließkanälen 24 und 25 austreten und somit bis zu den Eckverstärkungen 22 gelangen. Dabei bilden die Kanalöffnungen der Fließkanäle 24 und 25 im ersten Randbereich 28 insbesondere Austrittsöffnungen und die Kanalöffnungen der Fließkanäle 24 im zweiten Randbereich 29 insbesondere Eintrittsöffnungen für das Matrixmaterial. Um möglichst viel Matrixmaterial den Austritt aus den Fließkanälen 24 und 25 zu ermöglichen, ist es daher sinnvoll, entlang des ersten Randbereichs 28 möglichst viele Kanalöffnungen vorzusehen. Da der zweite Randbereich 29 in Umfangsrichtung aber kürzer als der erste Randbereich 28 ist, können aus Platzmangel nicht alle Fließkanäle vom ersten Randbereich 28 bis zum zweiten Randbereich 29 durchgängig gestaltet werden, sodass die Fließkanäle 25 in die Fließkanäle 24 übergehen und somit die Anzahl der Eintrittsöffnungen geringer ist als die Anzahl der Austrittsöffnungen.
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Aus 4 ist eine Draufsicht auf einen Einsatz 5 gemäß einer Abwandlung ersichtlich, wobei für Merkmale, die zu den in 3 gezeigten Merkmalen identisch oder ähnlich sind, dieselben Bezugszeichen wie in 3 verwendet werden. Ferner ist auch bei dem aus 4 ersichtlichen Einsatz das Gelenk 2 weggelassen. Der Unterschied des Einsatzes 5 gemäß 4 zu dem Einsatz gemäß 3 besteht insbesondere in der Form des Einsatzes und in dem Verlauf der gekrümmten Fließkanäle 25. Abgesehen von diesen Unterschieden stimmt der Einsatz 5 gemäß 4 insbesondere mit dem Einsatz gemäß 3 überein. Bevorzugt kann der Einsatz 5 gemäß 4 den Einsatz gemäß 3 ersetzen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gelenkbauteil
- 2
- Gelenk
- 3
- Gelenkaußenteil
- 4
- Gelenkinnenteil
- 5
- Einsatz
- 6
- Gelenkaufnahmebauteil
- 7
- Lagerbereich des Gelenkinnenteils
- 8
- Lagerschale
- 9
- Gelenkgehäuse
- 10
- Gelenkaußenteilöffnung
- 11
- Zapfenöffnung
- 12
- faserverstärkter Kunststoff des Einsatzes
- 13
- Fasern des Gelenkaufnahmebauteils
- 14
- Matrixmaterial des Gelenkaufnahmebauteils
- 15
- Flansch des Einsatzes
- 16
- Loch im Flansch des Einsatzes
- 17
- Anbindungskontur
- 18
- Ringnut
- 19
- Mittelachse
- 20
- Fasern des faserverstärkten Kunststoffs des Einsatzes
- 21
- Vorformling
- 22
- Eckverstärkung
- 23
- Injektionsrichtung für Matrixmaterial im Eckbereich
- 24
- Fließkanal
- 25
- Fließkanal
- 26
- Symmetrieebene
- 27
- Oberflächenbereich des Einsatzes
- 28
- Randbereich des Einsatzes
- 29
- Randbereich des Einsatzes
- 30
- Umfangsrichtung des Einsatzes
- 31
- Loch
- x
- axiale Richtung
