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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Verbindungsstrebe bzw. einen Aufhängungsarm, die bzw. der in einer Aufhängung verwendet wird, die dazu konfiguriert ist, ein Rad an einer Fahrzeugkarosserie aufzuhängen.
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Erläuterung des Stands der Technik
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Eine Verbindungsstrebe für ein Fahrzeug ist ein Element, das dazu aufgebaut ist, ein Fahrzeugkarosserieelement und ein Radlagerelement miteinander mittels Kopplungselementen zu koppeln. Beispielsweise umfasst die Verbindungsstrebe einen Stangenabschnitt und ringförmige Kopplungsabschnitte an beiden Enden des Stangenabschnitts. Jeder der Kopplungsabschnitte weist ein Lagerauge auf, in das eine elastische Hülse oder ein Kugelgelenk eingeführt ist. Einer der Kopplungsabschnitte ist mit einem Aufhängungselement, dem Fahrzeugkarosserieelement, gekoppelt, und der andere der Kopplungsabschnitte ist mit einem Träger, dem Radlagerelement, gekoppelt.
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In den letzten Jahren wurde auch eine Verbindungsstrebe bekannt, die aus einem faserverstärkten Kunststoff anstelle eines bisher genutzten Metalls (Eisen oder Aluminium) hergestellt wurde, um eine Gewichtsverringerung zu erzielen.
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Beispielsweise ist bei einer in der
DE 10 2013 007 284 A1 offenbarten Verbindungsstrebe die Strebe insgesamt durchgängig aus faserverstärktem Kunststoff hergestellt, in dem durchgehende Fasern mit einem Kunstharz imprägniert sind.
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Die Verbindungsstrebe ist zwischen dem Fahrzeugkarosserieelement und dem Radlagerelement angeordnet und somit wirken eine Zuglast und eine Drucklast hauptsächlich in einer Axialrichtung des Stangenabschnitts. Der mit geschlossenen Fasern verstärkte Kunststoff weist eine hohe Festigkeit mit Bezug auf (gegen) die Zuglast in einer Richtung der durchgehenden Fasern auf, weist jedoch eine geringe Festigkeit mit Bezug auf (gegen) die Drucklast auf, die in einer Richtung entgegen jener der Zuglast wirkt. In der Verbindungsstrebe, die in der
DE 10 2013 007 284 A1 vorgeschlagen ist, sind die durchgehenden Fasern des Stangenabschnitts in der Axialrichtung des Stangenabschnitts orientiert. Daher ist diese Verbindungsstrebe stark hinsichtlich der auf den Stangenabschnitt wirkenden Zuglast, aber schwach bezüglich der auf den Stangenabschnitt wirkenden Drucklast.
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In Anbetracht dessen wird ein Aufbau betrachtet, in dem die Verbindungsstrebe insgesamt aus einem mit ungerichteten bzw. beliebig verteilten Fasern verstärkten Kunststoff hergestellt ist, in dem nichtkontinuierliche Fasern als Verstärkungsfasern zufällig ausgerichtet sind. Der mit zufällig ausgerichteten Fasern verstärkte Kunststoff weist eine hohe Druckfestigkeit auf, weist jedoch eine geringe Zugfestigkeit auf. Wie in 4 veranschaulicht wirkt in der Verbindungsstrebe eine größtmögliche Zuglast auf Abschnitte W in Lageraugen bzw. Kopplungsabschnitten Y, die an beiden Enden eines Strebenabschnitts X liegen. Wenn die Verbindungsstrebe aus einem mit zufällig ausgerichteten Fasern verstärkten Kunststoff hergestellt ist, werden die Abschnitte W die schwächsten Abschnitte mit der geringsten Zugfestigkeit, und somit erhält man nicht die nötige Dauerfestigkeit. In 4 sind eine elastische Hülse Z und ein Lagerauge U veranschaulicht, in die die elastische Hülse Z eingeführt ist.
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KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um das vorstehend erläuterte Problem zu lösen, und es ist ihre Aufgabe, eine Verbindungsstrebe zu schaffen, die die benötigte Festigkeit aufweist und gewichtsreduziert ist.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Verbindungsstrebe bzw. ein Aufhängungsarm für ein Fahrzeug geschaffen, die bzw. der Folgendes umfasst: einen Stangenabschnitt (10), der als massive Stange gebildet ist; und zwei Kopplungsabschnitte (20a, 20b), die jeweils eine ringförmige Form bzw. Augenform aufweisen, wobei die zwei Kopplungsabschnitte (20a, 20b) an beiden Enden des Stangenabschnitts angeordnet sind und jeweils ein Einfügeloch bzw. Lagerauge (21) aufweisen, in das ein Kopplungselement (50) einführbar ist, das mit einem Fahrzeugkarosserieelement oder einem Radlagerelement koppelbar ist, wobei die Verbindungsstrebe insgesamt vollständig aus einem faserverstärkten Kunststoff besteht, wobei der faserverstärkte Kunststoff einen mit durchgängigen Fasern verstärkten Kunststoff (A) umfasst, in dem durchgehende Fasern miteinander durch ein Kunstharz verklebt sind, und einen mit zufällig verteilten Fasern verstärkten Kunststoff (B), in dem zufällig verteilte Fasern miteinander durch ein Kunstharz in zufälligen Ausrichtungen verbunden bzw. verklebt sind, wobei der Stangenabschnitt aus dem mit zufällig verteilten Fasern verstärkten Kunststoff hergestellt ist, die beiden Kopplungsabschnitte jeweils aus dem mit durchgängigen Fasern verstärkten Kunststoff hergestellt sind, in dem die durchgängigen Fasern entlang einer Umfangsrichtung des Lagerauges über einen Bereich an einer distalen Endseite der Verbindungsstrebe orientiert sind, der sich kontinuierlich um mindestens eine Hälfte eines Umfangs um eine Mittelachse (L2) des Lagerauges erstreckt, wobei der Bereich eine Position (X) umfasst, die in einer flachen Ebene (Fa, Fb) liegt, die senkrecht zu einer geraden Linie (L1) ist, die Mittelpunkte (Oa, Ob) der Lageraugen verbindet und durch den Mittelpunkt des Lagerauges geht.
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Die Verbindungsstrebe für ein Fahrzeug nach der vorliegenden Erfindung umfasst den Stangenabschnitt, der als massive Stange gestaltet ist, und die zwei an beiden Enden des Stangenabschnitts angeordneten Kopplungsabschnitte, und die Verbindungsstrebe ist vollständig integriert aus dem faserverstärkten Kunststoff hergestellt. Der Kopplungsabschnitt weist das Lagerauge auf, in das das Kopplungselement einführbar ist, das mit einem Fahrzeugkarosserieelement oder einem Radträgerelement zu koppeln ist. Das Kopplungselement ist beispielsweise eine elastische Hülse oder ein Kugelgelenk.
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Der faserverstärkte Kunststoff umfasst den mit durchgängigen Fasern verstärkten Kunststoff, in dem die durchgängigen Fasern über ein Kunstharz miteinander verklebt sind (ein Kunstharz, das die durchgängigen Fasern als Verstärkungsfasern enthält), und den mit zufällig verteilten Fasern verstärkten Kunststoff, in dem die nichtdurchgängigen Fasern aneinander über ein Kunstharz in zufälligen Ausrichtungen verklebt sind (einem Kunstharz, das die zufällig ausgerichteten nichtdurchgängigen Fasern als Verstärkungsfasern enthält), und der mit durchgängigen Fasern verstärkte Kunststoff und der mit zufällig verteilten Fasern verstärkte Kunststoff werden abhängig vom Abschnitt der Verbindungsstrebe geeignet ausgewählt.
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Der Stangenabschnitt ist aus dem mit zufällig verteilten Fasern verstärkten Kunststoff hergestellt. Daher kann der Stangenabschnitt die benötigte Festigkeit sowohl bei Wirken der Zuglast als auch der Drucklast auf den Stangenabschnitt aufrechterhalten. Währenddessen sind die beiden Kopplungsabschnitte jeweils aus dem mit durchgängigen Fasern verstärkten Kunststoff hergestellt, in dem die durchgängigen Fasern in der Umfangsrichtung des Lagerauges über den Bereich auf der distalen Endseite der Verbindungsstrebe orientiert sind, die sich durchgängig um mindestens die Hälfte des Umfangs um die Mittelachse des Lagerauges erstreckt, wobei der Bereich die Position umfasst, die in der ebenen Fläche liegt, die senkrecht zur geraden Linie ist, die die Mittelpunkte der Lageraugen verbindet, und durch den Mittelpunkt des Lagerauges geht. Somit ist ein schwächster Abschnitt mit der kleinsten Festigkeit hinsichtlich (gegenüber) der Zuglast aus dem mit durchgängigen Fasern verstärkten Kunststoff hergestellt, und somit kann die nötige Festigkeit auch im schwächsten Abschnitt beibehalten werden.
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In diesem Fall wird in dem mit durchgängigen Fasern verstärkten Kunststoff, in dem die durchgängigen Fasern so orientiert sind, dass sie in einer Richtung ausgerichtet sind, bevorzugt, dass die durchgängigen Fasern in einer Umfangsrichtung des Lagerauges so angeordnet sind, dass sie parallel zu einer flachen Ebene sind, die senkrecht zur Mittelachse des Lagerauges ist. Zudem ist es in dem mit durchgängigen Fasern verstärkten Kunststoff, in dem die durchgängigen Fasern in einen Gewebezustand verwebt sind, nur nötig, dass die durchgängigen Fasern um die Umfangsrichtung des Lagerauges in der Draufsicht aus der Richtung der Mittelachse des Lagerauges gesehen angeordnet sind.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst mindestens einer der beiden Kopplungsabschnitte den Bereich (R1, R2), der aus dem mit durchgängigen Fasern verstärkten Kunststoff hergestellt ist, wobei der Bereich (R1, R2) als ein Bogen um die Mittelachse des Lagerauges geformt ist, und einen Bereich auf der Seite des Stangenabschnitts gegenüber dem Bereich (R1, R2), der als der Bogen gebildet ist, wobei der Bereich auf der Seite des Stangenabschnitts aus dem mit zufällig verteilten Fasern verstärkten Kunststoff besteht.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird in zumindest einem der Kopplungsabschnitte der mit durchgängigen Fasern verstärkte Kunststoff als ein Bogen um die Mittelachse des Lagerauges geformt, und der Bereich auf der Seite des Stangenabschnitts relativ zum Bereich des mit durchgängigen Fasern verstärkten Kunststoffs, der als Bogen geformt ist, wird aus mit zufällig verteilten Fasern verstärktem Kunststoff hergestellt. Die Kosten des mit durchgängigen Fasern verstärkten Kunststoffs sind höher als die des mit zufällig verteilten Fasern verstärkten Kunststoffs. Daher kann nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die verlangte Festigkeit gegenüber der Zuglast bei geringen Kosten beibehalten werden.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst mindestens einer der beiden Kopplungsabschnitte den Bereich (R3), der aus dem mit durchgängigen Fasern verstärkten Kunststoff hergestellt ist, wobei der Bereich in eine Ringform geformt wird, die die Mittelachse des Lagerauges umrundet.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Bereich, der aus dem mit durchgängigen Fasern verstärkten Kunststoff in zumindest einem der Kopplungsabschnitte hergestellt wird, als Ring rund um die Mittelachse des Lagerauges gestaltet. Somit wird eine Verbundfläche, in der der mit durchgängigen Fasern verstärkte Kunststoff und der mit zufällig verteilten Fasern verstärkte Kunststoff miteinander verbunden werden, nicht in der Umfangsrichtung um die Mittelachse des Lagerauges geformt, und somit kann die Dauerfestigkeit verbessert werden. Zudem kann die Formbarkeit verbessert bzw. Fertigung erleichtert werden.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der mindestens eine der beiden Kopplungsabschnitte aus dem mit durchgängigen Fasern verstärkten Kunststoff in einem Teil der Dicke in einer Radialrichtung hergestellt, und wird aus dem mit zufällig verteilten Fasern verstärkten Kunststoff in einem verbleibenden Teil der Dicke in Radialrichtung hergestellt.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird in mindestens einem aus den Kopplungsabschnitten der Teil der Dicke in Radialrichtung (der Radialrichtung des Lagerauges) aus dem mit durchgängigen Fasern verstärkten Kunststoff hergestellt. Zudem wird das verbleibende Teil der Dicke in Radialrichtung aus dem mit zufällig verteilten Fasern verstärkten Kunststoff hergestellt. Somit kann durch Festlegen der Dicke des mit durchgängigen Fasern verstärkten Kunststoffs im Hinblick auf die benötigte Festigkeit diese in Bezug auf die Zuglast bei geringen Kosten beibehalten werden.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfassen die durchgängigen Fasern und die zufällig angeordneten Fasern Kohlefasern.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erhält man hochwertige mechanische Eigenschaften.
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Zum besseren Verständnis der Erfindung werden die Aufbauten der Erfindung, die in der Ausführungsform verwendet werden, in der Beschreibung der Ausführungsform mit Bezugszeichen versehen. Es ist jedoch nicht beabsichtigt, die Komponenten der Erfindung durch die anhand der Bezugszeichen erörterte Ausführungsform einzuschränken.
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Figurenliste
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- 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Verbindungsstrebe gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 2A, 2B und 2C sind jeweils eine Schnittansicht zum Erläutern der Anordnung eines mit durchgängigen Fasern verstärkten Kunststoffs A und eines mit zufällig verteilten Fasern verstärkten Kunststoffs B in einem Koppelabschnitt der Verbindungsstrebe aus einer Achsrichtung des Kopplungsabschnitts gesehen.
- 3 ist eine Schnittansicht zum Erläutern der Anordnung des mit durchgängigen Fasern verstärkten Kunststoffs A und des mit zufällig verteilten Fasern verstärkten Kunststoffs B im Kopplungsabschnitt der Verbindungsstrebe aus einer Achsrichtung des Kopplungsabschnitts gesehen.
- 4 ist eine Ansicht zum Veranschaulichen der schwächsten Abschnitte hinsichtlich der Zuglast aus der Achsrichtung des Kopplungsabschnitts gesehen.
- 5 ist eine perspektivische Ansicht zum Veranschaulichen eines Verfahrens zum Herstellen der Verbindungsstrebe nach der Ausführungsform.
- 6 ist eine perspektivische Ansicht zum Veranschaulichen des Verfahrens zum Herstellen der Verbindungsstrebe nach der Ausführungsform.
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ERLÄUTERUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nun wird eine Verbindungsstrebe für ein Fahrzeug nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Figuren beschrieben. Die Verbindungsstrebe für ein Fahrzeug ist als Ausführungsform in 1 gezeigt.
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Eine Verbindungsstrebe 1 ist ein Element, das dazu aufgebaut ist, ein Fahrzeugkarosserieelement und ein Radlagerelement miteinander durch Verbindung von Kopplungselementen zu koppeln. Die Verbindungsstrebe 1 ist integriert aus einem Stangenabschnitt 10 und zwei Kopplungsabschnitten 20a und 20b gebildet, die an beiden Enden des Stangenabschnitts 10 geformt sind. Die beiden Kopplungsabschnitte 20a und 20b weisen einen gemeinsamen Grundaufbau auf und werden daher nachstehend als „Kopplungsabschnitt 20“ bezeichnet, falls keine Abgrenzung aus anderen Gründen nötig ist.
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Der Stangenabschnitt 10 ist ein massiver stangenförmiger Körper und ist in eine rechteckige Prismenform mit in dieser Ausführungsform abgerundeten Kanten geformt. Der Stangenabschnitt 10 dieser Ausführungsform ist als gekrümmte Stange geformt, um einen Zusammenstoß bzw. eine wechselseitige Beeinflussung mit anderen Komponenten zu vermeiden, kann jedoch auch als gerade Stange geformt sein.
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Die Kopplungsabschnitte 20 sind jeweils ringförmige Körper. Ein Kopplungsabschnitt 20 (20a) ist mit einem Fahrzeugkarosserieelement (beispielsweise einem Aufhängungselement) gekoppelt, und der andere Kopplungsabschnitt 20 (20b) ist mit einem Radlagerelement (beispielsweise einem Träger) gekoppelt. Jeder der Kopplungsabschnitte 20 weist ein Lagerauge 21 auf, in das eine elastische Hülse oder ein Kugelgelenk, das ein Kopplungselement ist, eingeführt und befestigt wird. Die in 1 veranschaulichte Verbindungsstrebe 1 befindet sich in einem Zustand, in dem eine elastische Hülse 50 im Lagerauge 21 montiert ist. Die elastische Hülse 50 weist einen zylindrischen gummielastischen Körper 52 auf, der fest an einem Außenumfang eines metallzylindrischen Rohrs 51 befestigt ist.
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Der eine Kopplungsabschnitt 20 (20a) ist am Fahrzeugkarosserieelement durch Einführen eines (nicht gezeigten) Befestigungsbolzens bzw. einer Befestigungsschraube in das Zylinderrohr 51 gekoppelt, und der andere Kopplungsabschnitt 20 (20b) ist mit dem Radlagerelement durch Einführen eines (nicht gezeigten) Befestigungsbolzens bzw. einer Befestigungsschraube in das Zylinderrohr 51 gekoppelt.
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Eine Verbindungsstrebe aus dem Stand der Technik besteht aus Metall (Eisen oder Aluminium). Zum Zweck der Gewichtsverringerung wird jedoch die Verbindungsstrebe 1 nach dieser Ausführungsform integriert aus kohlefaserverstärktem Kunststoff (CFRP, Carbon Fibre Reinforced Plastics) hergestellt, in dem als Verstärkungsfasern dienende Kohlefasern mittels Kunstharz miteinander verklebt sind. Die Verbindungsstrebe 1 wird durch Einsatz zweier Arten kohlefaserverstärkter Kunststoffe gebildet, die verschiedene Formen von Kohlefasern enthalten. Einer der kohlefaserverstärkten Kunststoffe ist ein Kunststoff A, der mit durchgängigen Fasern verstärkt ist, in dem Kohlefasern, die aus durchgängigen Fasern geformt sind, über ein Kunstharz (ein Kunstharz, das als Verstärkungsfasern die Kohlefasern umfasst, die aus durchgängigen Fasern geformt sind) miteinander verklebt sind, und der andere ist ein Kunststoff B, der mit zufällig verteilten Fasern verstärkt ist, in dem aus diskontinuierlichen Fasern gebildete Kohlefasern, die in einer beliebigen Richtung orientiert sind, über ein Kunstharz miteinander verklebt sind (ein Kunstharz, das als Verstärkungsfasern die Kohlefasern enthält, die aus zufällig orientierten diskontinuierlichen Fasern gebildet sind).
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Als der mit durchgängigen Fasern verstärkte Kunststoff A ist ein mit durchgängigen Fasern verstärkter Kunststoff bekannt, in dem durchgängige Fasern, die in einer Richtung angeordnet sind, mit einem Kunstharz imprägniert werden, und ein mit durchgängigen Fasern verstärkter Kunststoff, in dem durchgängige Fasern, die in einen Gewebezustand verwebt sind, mit einem Kunstharz imprägniert sind. Ein beliebiger dieser mit durchgängigen Fasern verstärkten Kunststoffe kann verwendet werden. In dieser Ausführungsform werden als die mit durchgängigen Fasern verstärkten Kunststoffe A mit undirektionalen Kohlefasern verstärkte Kunststoffe verwendet, in denen durchgängige Fasern, die in einer Richtung ausgerichtet sind, miteinander durch ein Kunstharz verklebt sind. Zudem werden die Kohlefasern, die in dem mit zufällig verteilten Fasern verstärkten Kunststoff B in dieser Ausführungsform verwendet werden, auf eine Länge von bis zu ungefähr 25 mm geschnitten.
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Als Matrizen (Basismaterialien) in den mit durchgängigen Fasern verstärkten Kunststoffen A und den mit zufällig verteilten Fasern verstärkten Kunststoffen B werden Materialien mit vergleichbarer Wärmecharakteristik verwendet. Die Materialien können thermoplastisches Kunstharz (z.B. Polyamidkunstharz (PA6, PA66) und Polypropylenkunstharz) oder duroplastisches Kunstharz (z.B. Epoxidkunstharz) sein. Wenn die Verbindungsstrebe 1 durch ein Herstellverfahren zur Verarbeitung von faserverstärkten Kunststoffen bzw. SMC (Sheet Molding Compound)-Herstellverfahren erzeugt wird, wird das duroplastische Kunstharz verwendet. Wenn die Verbindungsstrebe 1 durch Spritzgießen erzeugt wird, wird das thermoplastische Kunstharz verwendet.
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Die Verbindungsstrebe 1 ist zwischen dem Fahrzeugkarosserieelement und dem Radlagerelement angeordnet. Dadurch wirken eine Zuglast und eine Drucklast hauptsächlich in einer Axialrichtung des Stangenabschnitts 10, also in einer Richtung einer Achslinie L1, die einen Mittelpunkt Oa des Lagerauges 21 des Kopplungsabschnitts 20a und einen Mittelpunkt Ob des Lagerauges 21 des Kopplungsabschnitts 20b verbindet. Die Mittelpunkte Oa und Ob der Lageraugen 21 sind mit den Mittelpunkten von Öffnungslöchern 51a der zylindrischen Rohre 51 der elastischen Hülsen 50 deckungsgleich.
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In einem aus dem kohlefaserverstärkten Kunststoff (CFRP) hergestellten Produkt gibt es einen Unterschied zwischen der Festigkeit hinsichtlich (gegenüber) einer Zuglast (der Zugfestigkeit) und der Festigkeit hinsichtlich (gegenüber) einer Drucklast (Druckfestigkeit) abhängig vom Anordnungszustand der Kohlefasern (Verstärkungsfasern). Beispielsweise weist der mit zufällig verteilten Fasern verstärkte Kunststoff B eine geringe Zugfestigkeit und eine hohe Druckfestigkeit auf. Dagegen weist der mit durchgängigen Fasern verstärkte Kunststoff A eine signifikant hohe Zugfestigkeit und eine geringe Druckfestigkeit in der Richtung der durchgängigen Fasern auf.
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In der Verbindungsstrebe 1 wirkt durch Einbringen von Spannung in der Richtung der Achslinie L1 eine Last hauptsächlich auf den Kopplungsabschnitt 20. Im Kopplungsabschnitt 20 ist ein (als „schwächster Abschnitt W“ bezeichneter) Abschnitt mit der geringsten Zugfestigkeit ein Abschnitt W der 1. Der schwächste Abschnitt W ist in einem Bereich um eine Position X positioniert, die sich in einer flachen Ebene Fa(Fb) befindet, die senkrecht zur Achslinie L1 ist und durch den Mittelpunkt Oa(Ob) des Lagerauges 21 geht. Währenddessen wirkt bei Auftreten eines Drucks in der Richtung der Achslinie L1 hauptsächlich eine Last auf den gesamten Stangenabschnitt 10.
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In Anbetracht des Vorstehenden wird mit Bezug auf den Stangenabschnitt 10 der mit zufällig verteilten Fasern verstärkte Kunststoff B als faserverstärkter Kunststoff über eine gesamte Längsrichtung der Stange verwendet. Das heißt, dass der gesamte Stangenabschnitt 10 aus dem mit zufällig verteilten Fasern verstärkten Kunststoff B hergestellt ist.
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Währenddessen wird mit Bezug auf den Kopplungsabschnitt 20 der mit durchgängigen Fasern verstärkte Kunststoff A über einen Bereich auf einer distalen Endseite der Verbindungsstrebe 1 verwendet, der sich durchgängig um mindestens eine Hälfte des Umfangs um eine Mittelachse L2 durch den Mittelpunkt Oa(Ob) des Lagerauges 21 erstreckt, wobei der Bereich die Position X umfasst (es gibt zwei einander gegenüberliegende Positionen X), und der mit zufällig verteilten Fasern verstärkte Kunststoff B wird in einem Bereich auf der Seite des Stangenabschnitts 10 relativ zum Bereich eingesetzt, der sich durchgängig um mindestens die Hälfte des Umfangs erstreckt. Das heißt, dass der Kopplungsabschnitt 20 im Bereich auf der distalen Endseite der Verbindungsstrebe 1 aus dem mit durchgängigen Fasern verstärkten Kunststoff A hergestellt ist, der sich durchgängig um mindestens eine Hälfte des Umfangs um die Mittelachse L2 des Lagerauges 21 erstreckt, wobei der Bereich, der die Positionen X umfasst, die ebene Fläche Fa(Fb) kreuzt, die senkrecht zur Achslinie L1 ist, die die Mittelpunkte Oa und Ob der Lageraugen 21 verbindet, und durch den Mittelpunkt Oa(Ob) des Lagerauges 21 geht, und der Bereich des Kopplungsabschnitts 20 auf der Seite des Stangenabschnitts 10 gegenüber dem Bereich, der sich durchgängig um mindestens die Hälfte des Umfangs erstreckt, aus dem mit zufällig verteilten Fasern verstärkten Kunststoff B hergestellt ist.
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Der mit durchgängigen Fasern verstärkte Kunststoff A enthält die durchgängigen Fasern, die in Umfangsrichtung des Lagerauges 21 orientiert sind. In diesem Fall sind in dem mit durchgängigen Fasern verstärkten Kunststoff A, in dem durchgängige Fasern so orientiert sind, dass sie in einer Richtung ausgerichtet sind, die durchgängigen Fasern in Umfangsrichtung des Lagerauges 21 so angeordnet, dass sie parallel zu einer flachen Ebene sind, die senkrecht zur Mittelachse L2 des Lagerauges 21 ist. Ferner ist es in dem mit durchgängigen Fasern verstärkten Kunststoff A, in dem die durchgängigen Fasern in einem Gewebezustand verwoben sind, nur nötig, dass die durchgängigen Fasern in Umfangsrichtung des Lagerauges 21 in der Draufsicht, aus der Richtung der Mittelachse L2 des Lagerauges 21 gesehen, angeordnet sind.
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In dem in 2A gezeigten Kopplungsabschnitt 20 kann ein halbbogenförmiger Umfangsbereich R1, der sich durchgängig zwischen den Positionen X erstreckt, aus dem mit durchgängigen Fasern verstärkten Kunststoff A hergestellt sein, und wie in 2B veranschaulicht kann ein C-förmiger Bogenbereich R2, der in der Umfangsrichtung länger als der halbbogenförmige Umfangsbereich R1 ist, aus dem mit durchgängigen Fasern verstärkten Kunststoff A hergestellt sein.
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Zudem kann im Kopplungsabschnitt 20 wie in 2C gezeigt ein ringförmiger Bereich R3, der in Umfangsrichtung länger als der C-förmige Bogenbereich R2 ist, aus dem mit durchgängigen Fasern verstärkten Kunststoff A hergestellt sein. Der ringförmige Bereich R3 kann sich zur Seite des Stangenabschnitts 10 bis zu einem Grenzbereich erstrecken, in dem der Kopplungsabschnitt 20 und der Stangenabschnitt 10 miteinander verbunden sind. Im Grenzbereich ist es wünschenswert, dass der mit durchgängigen Fasern verstärkte Kunststoff A und der mit zufällig verteilten Fasern verstärkte Kunststoff B so gestaltet sind, dass sie einander in Dickenrichtung der Stange überlappen.
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Zudem kann der Kopplungsabschnitt 20 wie in 3 veranschaulicht aus dem mit durchgängigen Fasern verstärkten Kunststoff A auch nur in einem Teil einer Dicke in einer Radialrichtung (Radialrichtung des Lagerauges 21) hergestellt sein. In diesem Beispiel wird nur ein Teil des C-förmigen Bogenbereichs R2 auf einer radial inneren Seite aus dem mit durchgängigen Fasern verstärkten Kunststoff A hergestellt, aber nur ein Teil des C-förmigen Bogenbereichs R2 auf einer radial äußeren Seite kann aus dem mit durchgängigen Fasern verstärkten Kunststoff A hergestellt sein. Zudem kann nur ein Teil des Bogenbereichs mit halben Umfang R1 auf der radial inneren Seite oder auf der radial äußeren Seite aus dem mit durchgängigen Fasern verstärkten Kunststoff A hergestellt sein. Zudem kann nur ein Teil des ringförmigen Bereichs R3 auf der radial inneren Seite oder auf der radial äußeren Seite aus dem mit durchgängigen Fasern verstärkten Kunststoff A hergestellt sein.
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Die Bereiche des in den 2A bis 2C und 3 gezeigten mit durchgängigen Fasern verstärkten Kunststoffs A weisen an jeder Position in der Achsrichtung des Kopplungsabschnitts 20 (Achsrichtung des Lagerauges 21) einen gemeinsamen Querschnitt auf.
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Zudem ist es in beiden Kopplungsabschnitten 20a und 20b nicht nötig, dass die Bereiche identisch sind, in denen der mit durchgängigen Fasern verstärkte Kunststoff A gebildet ist, und diese Bereiche können unabhängig voneinander festgelegt werden.
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Die vorstehend erläuterte Verbindungsstrebe kann nahtlos beispielsweise durch das SMC-Herstellverfahren oder Spritzgießen hergestellt werden. 5 und 6 sind jeweils eine Veranschaulichung eines Beispiels des SMC-Herstellverfahrens. Die Verbindungsstrebe wird unter Verwendung von Lagen geformt, die Basismaterialien zum Erhalten von mit zufällig verteilten Kohlefasern verstärkten Kunststoffen sind (die allgemein als SMC-Materialien bezeichnet werden und nachstehend „SMC-Materialien“ genannt werden) und Lagen, die Basismaterialien zum Erhalt von in einer Richtung bzw. unidirektional durchgängigen mit Kohlefaser verstärkten Kunststoffen (die allgemein UD-Prepregs genannt werden und nachstehend somit als „UD-Prepregs“ bezeichnet werden). „UD“ ist eine Abkürzung von „unidirektional“.
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Das SMC-Material ist ein lagenförmiges Material in einem teilweise ausgehärteten Zustand, in dem in einer zufälligen Richtung orientierte Kohlefasern (beispielsweise Kohlefasern, die auf eine Länge von ungefähr 25 mm oder weniger geschnitten sind, in ein thermoplastisches Kunstharz gemischt werden. Das UD-Prepreg ist ein lagenförmiges Material in einem teilweise ausgehärteten Zustand, in dem Kohlefasern, die so orientiert sind, dass sie in einer Richtung ausgerichtet sind, mit einem duroplastischen Kunstharz imprägniert sind.
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Wie in 5 gezeigt wird ein ausgesparter Abschnitt 110, der dazu aufgebaut ist, eine Unterseite (eine Seite in der Achsrichtung des Kopplungsabschnitts) der Verbindungsstrebe 1 zu formen, in einer unteren Form (Metallform) 100 gebildet bzw. eingelegt. Der ausgesparte Abschnitt 110 umfasst einen Stangenabschnitterzeugungsbereich 111 und Kopplungsabschnitterzeugungsbereiche 112a und 112b. Der Stangenabschnitterzeugungsbereich 111 ist in der Mitte angeordnet und dazu aufgebaut, die Unterseite des Stangenabschnitts 10 zu erzeugen. Die Kopplungsabschnitterzeugungsbereiche 112a und 112b sind auf beiden Seiten des Stangenabschnitterzeugungsbereichs 111 vom Stangenabschnitterzeugungsbereich 111 durchgängig angeordnet und sind dazu aufgebaut, die unteren Teile der Kopplungsabschnitte 20 zu erzeugen.
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Wie in 6 veranschaulicht werden SMC-Materialien 200 vertikal überlappend im Stangenabschnitterzeugungsbereich 111 so angeordnet, dass sie parallel zu einer Längsrichtung des Stangenabschnitts 10 sind. Die Anzahl der überlappenden SMC-Materialien 200 und die jeweiligen Lagenformen der SMC-Materialien 200 werden passend zur Form des Stangenabschnitts 10 bestimmt. Zudem werden die elastischen Hülsen 50, die jeweils mehrere UD-Prepregs 300 aufweisen, die überlappend um einen Außenumfang (eine zylindrische Fläche) derselben gewickelt sind, in den Kopplungsabschnitterzeugungsbereichen 112a und 112b angeordnet. In diesem Fall wird die Richtung jedes der UD-Prepregs 300 so bestimmt, dass ihre durchgängigen Fasern in Umfangsrichtung der elastischen Hülse 50 ausgerichtet sind (in Umfangsrichtung des Lagerauges 21 so ausgerichtet sind, dass sie parallel zu einer flachen Ebene sind, die senkrecht zur Mittelachse L2 des Lagerauges 21 ist). Dieses Beispiel entspricht dem Fall, in dem der ringförmige Bereich R3 wie in 2C aus dem mit durchgängigen Fasern verstärkten Kunststoff A hergestellt ist, und die UD-Prepregs 300 sind so angebracht, dass sie um den gesamten Umfang der elastischen Hülse 50 gewickelt sind.
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Nachdem die SMC-Materialien 100 und die elastischen Hülsen 50, die jeweils die um sie gewickelten UD-Prepregs 300 aufweisen, wie vorstehend beschrieben in die untere Form 100 eingesetzt sind, wird eine (nicht gezeigte) obere Form (eine metallische Gießform) abgesenkt (eine Form, die einen ausgesparten Abschnitt aufweist, der dazu aufgebaut ist, eine Oberseite der Verbindungsstrebe 1 in derselben Weise wie in der unteren Form 100 zu erzeugen), und die SMC-Materialien 200 und die elastischen Hülsen 50 werden mit den oberen und unteren Formen unter Druck gesetzt und gleichzeitig beheizt. In diesem Fall wird gleichzeitig abgesaugt.
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Folglich sind die SMC-Materialien, die UD-Prepregs 300 und die elastischen Hülsen 50 nahtlos integriert, um die Verbindungsstrebe 1 zu formen.
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Zudem werden die UD-Prepregs 300 beispielsweise provisorisch an einem Umfangsbereich einer Außenumfangsfläche der elastischen Hülse 50 befestigt, die dem Halbbogen am Umfangsbereich R1 oder dem C-förmigen Bogenbereich R2 entspricht, und die SMC-Materialien 200 werden provisorisch an einem anderen Umfangsbereich befestigt, wenn der Halbbogen am Umfangsbereich R1 und der C-förmige Bogen am Bereich R2 wie in den 2A und 2B veranschaulicht aus dem mit durchgängigen Fasern verstärkten Kunststoff A hergestellt sind. Dann ist es nur nötig, dass die elastische Hülse 50 mit den SMC-Materialien 200 und die UD-Prepregs 300, die provisorisch daran befestigt sind, in jedem der Kopplungsabschnitterzeugungsbereiche 112a und 112b angeordnet sind. In ähnlicher Weise werden die UD-Prepregs 300 provisorisch an einem Abschnitt der elastischen Hülse 50 fixiert, an dem der mit durchgängigen Fasern verstärkte Kunststoff A gebildet werden soll, wenn ein Teil der Dicke des Kopplungsabschnitts 20 in der Radialrichtung aus mit durchgängigen Fasern verstärktem Kunststoff A wie in 3 veranschaulicht besteht, und die SMC-Materialien 200 werden provisorisch an einem anderen Abschnitt fixiert. Dann ist es nur nötig, dass die elastische Hülse 50 mit den SMC-Materialien 200 und den UD-Prepregs 300, die provisorisch daran befestigt sind, in jedem der Kopplungsabschnitterzeugungsbereiche 112a und 112b angeordnet ist.
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Zudem werden in dieser Ausführungsform die UD-Prepregs 300 als Basismaterial verwendet, um den mit durchgängigen Fasern verstärkten Kunststoff zu erhalten, aber anstelle der UD-Prepregs 300 kann eine Lage genutzt werden, die man erhält, indem ein aus Kohlefasern gewebtes Tuch mit einem Kunstharz imprägniert wird (was allgemein und nachstehend als „Gewebe-Prepreg“ bezeichnet wird). In diesem Fall ist es nur nötig, dass mehrere Gewebe-Prepregs, die einander in derselben Weise wie in den UD-Prepregs 300 überlappen, in jedem der Kopplungsabschnitterzeugungsbereiche 112a und 112b in einem Zustand angeordnet sind, in dem sie auf der Außenumfangsfläche der elastischen Hülse 50 um mindestens einen halben Umfang aufgewickelt sind. Folglich sind die durchgängigen Kohlefasern in den Gewebe-Prepregs in der Draufsicht aus der Richtung der Mittelachse L2 des Lagerauges 21 gesehen in Umfangsrichtung des Lagerauges 21 angeordnet.
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Mit der Verbindungsstrebe 1 nach der vorstehend beschriebenen Ausführungsform werden die beiden Kopplungsabschnitte 20 jeweils aus dem mit durchgängigen Fasern verstärkten Kunststoff A hergestellt, in dem die durchgängigen Fasern in Umfangsrichtung des Lagerauges 21 über den Bereich auf der distalen Endseite der Verbindungsstrebe 1 ausgerichtet sind, der sich durchgängig um mindestens einen halben Umfang um die Mittelachse des Lagerauges 21 erstreckt, wobei der Bereich die Position umfasst, die die ebene Fläche kreuzt, die senkrecht zur geraden Linie ist, die die Mittelpunkte der Lageraugen 21 verbindet und durch den Mittelpunkt des Lagerauges 21 geht. Somit wird der schwächste Abschnitt mit der geringsten Festigkeit hinsichtlich einer Zugkraft aus dem mit durchgängigen Fasern verstärkten Kunststoff A hergestellt, und folglich kann das Gewicht verringert werden, während die benötigte Festigkeit auch im schwächsten Abschnitt beibehalten wird.
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Zudem sind die Kosten des mit durchgängigen Fasern verstärkten Kunststoffs A höher als die des mit zufällig verteilten Fasern verstärkten Kunststoffs B. Daher kann die benötigte Festigkeit hinsichtlich Zuglast bei geringen Kosten mit der Verbindungsstrebe 1 beibehalten werden, in der der mit durchgängigen Fasern verstärkte Kunststoff A wie in den 2A und 2B veranschaulicht bogenförmig um die Mittelachse des Lagerauges 21 gelegt ist.
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Zudem wird in der Verbindungsstrebe 1, in der der aus mit durchgängigen Fasern verstärkten Kunststoff A hergestellte Bereich eine Ringform aufweist, die die Mittelachse des Lagerauges 21 wie in 2C veranschaulicht umrundet, eine Verbundfläche, auf der der mit durchgängigen Fasern verstärkte Kunststoff A und der mit zufällig verteilten Fasern verstärkte Kunststoff B miteinander verbunden sind, nicht in der Umfangsrichtung um die Mittelachse des Lagerauges 21 gebildet, und folglich kann die Dauerfestigkeit verbessert werden. Zudem kann die Herstellung vereinfacht werden.
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Zudem kann wie in 3 veranschaulicht die benötigte Zugfestigkeit bei geringen Kosten erhalten werden, wenn die Verbindungsstrebe 1, in der ein Teil der Dicke in der Radialrichtung des Kopplungsabschnitts 20 (der Radialrichtung des Lagerauges 21) aus dem mit durchgängigen Fasern verstärkten Kunststoff A hergestellt ist, und der verbleibende Teil der Dicke in der Radialrichtung aus dem mit zufällig verteilten Fasern verstärkten Kunststoff B hergestellt ist, indem die Dicke des mit durchgängigen Fasern verstärkten Kunststoffs A passend zur benötigten Festigkeit festgelegt wird.
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Zudem kann die Verbindungsstrebe 1 nahtlos geformt sein, und folglich ist die Dauerfestigkeit selbst gegen Aufbringen einer zyklischen Ermüdung hoch.
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Vorstehend wurde die Verbindungsstrebe für ein Fahrzeug dieser Ausführungsform beschrieben, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebene Ausführungsform beschränkt, und verschiedene Änderungen sind im Bereich möglich, der nicht vom Gebiet der vorliegenden Erfindung abweicht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013007284 A1 [0004, 0005]
