DE102018206325A1 - Axle strut and method for producing an axle strut - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Achsstrebe (1) für ein Fahrzeug, umfassend einen Schaft (2) und einen ersten und zweiten Lagerbereich (3a, 3b), wobei die Achsstrebe (1) eine aus einer Vielzahl von Wickelsträngen bestehende Tragwicklung (4), ein Kernprofil (6) sowie ein erstes und zweites Lasteinleitelement (7a, 7b) aufweist. Das Kernprofil (6) ist räumlich zwischen den beiden Lasteinleitelementen (7a, 7b) angeordnet. Die Tragwicklung (4) und das Kernprofil (6) sind aus Faserkunststoffverbundmaterial ausgebildet. Das erste Lasteinleitelement (7a) ist an dem ersten Lagerbereich (3a) und das zweite Lasteinleitelement (7b) an dem zweiten Lagerbereich (3b) angeordnet. Die Tragwicklung (4) umschließt die Lasteinleitelemente (7a, 7b) sowie das Kernprofil (6) um eine Querachse (T) zumindest teilweise radial und verbindet diese entlang einer Längsachse (L) der Achsstrebe (1) miteinander. Die Tragwicklung (4) ist entlang der Längsachse (L) der Achsstrebe (1) zumindest teilweise in Wendelform an den beiden Lasteinleitelementen (7a, 7b) sowie dem Kernprofil (6) angeordnet. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Achsstrebe (1).The invention relates to an axle strut (1) for a vehicle, comprising a shaft (2) and a first and second bearing region (3a, 3b), the axle strut (1) comprising a support winding (4) consisting of a plurality of winding strands, a core profile (6) and a first and second Lasteinleitelement (7a, 7b). The core profile (6) is arranged spatially between the two load introduction elements (7a, 7b). The support winding (4) and the core profile (6) are formed from fiber-reinforced plastic composite material. The first load introduction element (7a) is arranged on the first bearing region (3a) and the second load introduction element (7b) on the second bearing region (3b). The supporting winding (4) surrounds the load-transfer elements (7a, 7b) and the core profile (6) at least partially radially about a transverse axis (T) and connects them together along a longitudinal axis (L) of the axle strut (1). The support winding (4) is arranged along the longitudinal axis (L) of the axle strut (1) at least partially in helical form on the two load-transfer elements (7a, 7b) and the core profile (6). Furthermore, the invention relates to a method for producing an axle strut (1).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Achsstrebe mit den oberbegrifflichen Merkmalen nach Anspruch 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Achsstrebe mit den oberbegrifflichen Merkmalen nach Anspruch 13.The present invention relates to a Achsstrebe with the above-conceptual features according to
Achsstreben für Fahrwerke von Fahrzeugen, beispielsweise NKWs, LKWs oder PKWs werden vorwiegend axial sowohl durch Druck- als auch durch Zugkräfte belastet. Bei Wanklasten wird die Achsstrebe in geringem Maße auf Torsion beansprucht. Eine besondere Herausforderung an die Tragfähigkeit der Achsstrebe ergibt sich aus einem Missbrauchslastfall, z. B. wenn ein Wagenheber an die Achsstrebe angesetzt wird.Axle struts for chassis of vehicles, such as commercial vehicles, trucks or cars are mainly loaded axially by both compressive and tensile forces. With roll loads, the axle strut is subjected to torsion to a slight extent. A particular challenge to the load capacity of the axle strut results from a misuse load case, z. B. when a jack is attached to the axle strut.
Aus der
Der vorliegenden Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zu Grunde, eine verbesserte Achsstrebe vorzuschlagen, welche eine geringe Bauteilmasse aufweist und kostengünstig herzustellen ist. Zudem soll die Achsstrebe ein gutes Belastungsverhalten aufweisen, unter anderem sollen Spannungen innerhalb der Achsstrebe in verbesserter Art und Weise aufgenommen werden können. Die Achsstrebe soll eine hohe laterale Steifigkeit aufweisen.The object of the present invention, based on the prior art, is to propose an improved axle strut which has a low component mass and is inexpensive to produce. In addition, the Achsstrebe should have a good load behavior, inter alia, stresses within the axle strut can be taken in an improved manner. The axle strut should have a high lateral rigidity.
Die vorliegende Erfindung schlägt ausgehend von der vorgenannten Aufgabe eine Achsstrebe mit den Merkmalen nach Anspruch 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Achsstrebe mit den Merkmalen nach Anspruch 13 vor. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.Based on the above object, the present invention proposes an axle strut with the features according to
Eine erfindungsgemäße Achsstrebe für ein Fahrzeug umfasst einen Schaft und einen ersten und zweiten Lagerbereich. Die Achsstrebe weist eine aus einer Vielzahl von Wickelsträngen bestehende Tragwicklung, ein Kernprofil sowie ein erstes und zweites Lasteinleitelement auf. Das Kernprofil ist räumlich zwischen den beiden Lasteinleitelementen angeordnet. Die Tragwicklung und das Kernprofil sind aus Faserkunststoffverbundmaterial ausgebildet. Das erste Lasteinleitelement ist an dem ersten Lagerbereich und das zweite Lasteinleitelement an dem zweiten Lagerbereich angeordnet. Die Tragwicklung umschließt die Lasteinleitelemente sowie das Kernprofil um eine Querachse zumindest teilweise radial, und verbindet diese entlang einer Längsachse der Achsstrebe miteinander. Die Tragwicklung ist entlang der Längsachse der Achsstrebe zumindest teilweise in Wendelform an den beiden Lasteinleitelementen sowie dem Kernprofil angeordnet.An axle strut for a vehicle according to the invention comprises a shaft and a first and second bearing area. The axle strut has a carrier winding consisting of a multiplicity of winding strands, a core profile and a first and second load introduction element. The core profile is spatially arranged between the two load introduction elements. The support winding and the core profile are formed from fiber-reinforced plastic composite material. The first load introduction element is arranged on the first storage area and the second load introduction element on the second storage area. The support winding encloses the load-transfer elements and the core profile about a transverse axis at least partially radially, and connects them together along a longitudinal axis of the axle strut. The support winding is arranged along the longitudinal axis of the axle strut at least partially in helical form on the two load-introducing elements and the core profile.
Die Achsstrebe weist einen Schaft und zwei Lagerbereiche auf. Der Schaft ist hierbei zwischen den beiden Lagerbereichen angeordnet und mit diesen verbunden. Die Achsstrebe erstreckt sich somit von dem ersten Lagerbereich über den Schaft zu dem zweiten Lagerbereich. Der erste Lagerbereich begrenzt die Achsstrebe zu einer ersten Seite hin und der zweite Lagerbereich begrenzt die Achsstrebe zu einer zweiten Seite hin. Der Schaft ist hierbei länger als breit, wobei der Schaft vorzugsweise eine geringere Breite aufweist als die beiden Lagerbereiche an ihrer breitesten Stelle. Die Lagerbereiche können beispielsweise von ihrer Grundfläche her zylindrisch ausgeformt sein. Der erste Lagerbereich geht fließend in den Schaft über. Der zweite Lagerbereich geht ebenfalls fließend in den Schaft über. In anderen Worten weist der Übergang zwischen den Lagerbereichen und dem Schaft keinen Knick oder Kante auf.The axle strut has a shaft and two bearing areas. The shaft is arranged between the two bearing areas and connected thereto. The axle strut thus extends from the first storage area via the shaft to the second storage area. The first storage area limits the axle stay to a first side and the second storage area limits the axle stay to a second side. The shaft here is longer than wide, wherein the shaft preferably has a smaller width than the two bearing areas at its widest point. The storage areas may for example be formed cylindrically from their base. The first storage area flows smoothly into the shaft. The second storage area also flows smoothly into the shaft. In other words, the transition between the bearing areas and the shaft has no kink or edge.
Die Achsstrebe weist an jedem ihrer Lagerbereiche ein Lasteinleitelement auf. Jedes Lasteinleitelement weist eine Aufnahme für ein Lager auf. Jede Aufnahme der Lasteinleitelemente ist geeignet je ein Lager, z. B. ein Gummi-Metall-Lager, aufzunehmen. Mittels dieser Aufnahmen wird eine Wirkverbindung zwischen den Lasteinleitelementen und den Lagern hergestellt. Die Lasteinleitelemente sind ausgehend von einer Lasteinleitung über die jeweilige Aufnahme ausgestaltet.The axle strut has a load introduction element on each of its bearing areas. Each load-introducing element has a receptacle for a bearing. Each recording of Lasteinleitelemente is suitable for each camp, z. As a rubber-metal bearing to record. By means of these recordings, an operative connection between the Lasteinleitelementen and the bearings is made. The load introduction elements are designed starting from a load introduction via the respective receptacle.
Beispielsweise kann jedes Lasteinleitelement an dem Bereich, welcher dem Kernprofil benachbart ist, eine Längsnut aufweisen. Insbesondere kann jedes Lasteinleitelement eine schmal auslaufende Kontur aufweisen, welche aus z. B. zwei schmal auslaufenden Enden ausgebildet ist. Weiterhin kann jedes Lasteinleitelement eine Aussparung aufweisen, die materialfrei ist, wobei die Ausformung der Aussparung sich an dem Spannungsverlauf in dem jeweiligen Lasteinleitelement orientiert.For example, each Lasteinleitelement at the area which is adjacent to the core profile, have a longitudinal groove. In particular, each Lasteinleitelement have a narrow tapered contour, which consists of z. B. is formed two narrow ends expiring. Furthermore, each Lasteinleitelement have a recess which is free of material, wherein the shape of the recess is oriented to the voltage curve in the respective load-introducing element.
Die Achsstrebe kann in einem Fahrwerk eines Fahrzeugs verwendet werden, z. B. in einem NKW, LKW oder PKW. Auf die Achsstrebe wirken in einem Fahrbetrieb Druck- und Zugkräfte, die diese axial belasten. Axial bedeutet hierbei in Längsrichtung der Achsstrebe, wobei die Längsrichtung durch die beiden Lagerbereiche festgelegt ist. In anderen Worten ist die Längsrichtung der Achsstrebe von dem ersten Lagerbereich zu dem zweiten Lagerbereich entlang des Schafts definiert. Des Weiteren wird die Achsstrebe auf Torsion beansprucht, wenn an dem Fahrwerk, in welchem die Achsstrebe Verwendung findet, eine Wanklast auftritt. Wird an der Achsstrebe beispielsweise ein Wagenheber angesetzt, tritt ein sogenannter Missbrauchslastfall auf, das heißt auf die Achsstrebe wirken Biegebeanspruchungen.The axle strut can be used in a chassis of a vehicle, for. B. in a commercial vehicle, truck or car. On the axle strut act in a driving pressure and tensile forces that burden them axially. Axial means in this case in the longitudinal direction of the axle strut, wherein the longitudinal direction is defined by the two storage areas. In other words, the longitudinal direction of the axle strut is defined from the first storage area to the second storage area along the shaft. Furthermore, the axle strut is subjected to torsion when a roll load occurs on the chassis in which the axle strut is used. Will be at the Axle strut, for example, a jack attached, a so-called misuse load case occurs, that is, on the axle strut act bending stresses.
Die Achsstrebe weist die Tragwicklung auf, die zum Teil radial um die Querachse und zum Teil in Wendelform um die Längsachse umlaufend angeordnet ist. Unter einer Wendelform ist zu verstehen, dass die Tragwicklung sich im Wesentlichen mit konstanter Steigung um die Achsstrebe windet und sowohl an das Kernprofil, als auch an die Lasteinleitelemente anschmiegt. Das heißt, dass die Längsachse der Achsstrebe für die zumindest teilweise in Wendelform angeordnete Tragwicklung eine Mittenachse darstellt. Ferner kann unter der Wendelform eine helixförmige oder schraubenlinienförmige Anordnung der Tragwicklung an der Achsstrebe verstanden werden. Mit anderen Worten ist die Tragwicklung ausgehend von der Längsachse in eine parallel zur Längsachse orientierte Umwicklung und in eine schräg zur Längsachse orientierte Umwicklung aufgeteilt, wobei beide Umwicklungen einteilig zur Tragwicklung miteinander verbunden sind.The axle strut has the support winding, which is arranged partially circumferentially around the transverse axis and partly in helical form about the longitudinal axis. Under a helical shape is to be understood that the support winding winds around the axis strut with a constant pitch substantially and conforms both to the core profile, as well as to the Lasteinleitelemente. This means that the longitudinal axis of the axle strut represents a center axis for the support winding arranged at least partially in helical form. Furthermore, the helical form can be understood to mean a helical or helical arrangement of the support winding on the axle strut. In other words, the support winding is divided, starting from the longitudinal axis in a parallel to the longitudinal axis oriented winding and in an obliquely oriented to the longitudinal axis wrapping, both wrappings are integrally connected to the supporting winding.
Die Tragwicklung ist aus Faser-Kunststoff-Verbund (FKV) ausgeformt. Vorzugsweise ist die Tragwicklung aus einem carbonfaserverstärkten Kunststoff (CFK) ausgeformt. The carrying winding is formed from fiber-plastic composite (FKV). Preferably, the support winding of a carbon fiber reinforced plastic (CFRP) is formed.
Die Tragwicklung kann alternativ dazu aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff (GFK) oder aus einem aramidverstärkten Kunststoff (AFK) oder aus einem anderen geeigneten FKV ausgeformt sein. Die Tragwicklung ist endlosfaserverstärkt und besteht aus einer Vielzahl von Wickelsträngen. Eine radiale Wicklung ist hierbei eine Wicklung, welche zumindest teilweise um die Querachse und zumindest teilweise um die Längsachse der Achstrebe herum verläuft. In anderen Worten wird durch die Tragwicklung eine zumindest teilweise dreidimensionale Mantelfläche der Achsstrebe ausgeformt. Die Achsstrebe ist anders gesagt ein geometrischer Extrusionskörper.The support winding may alternatively be formed from a glass fiber reinforced plastic (GRP) or from an aramid reinforced plastic (AFK) or from another suitable FRP. The support winding is endless fiber reinforced and consists of a variety of winding strands. In this case, a radial winding is a winding which extends at least partially around the transverse axis and at least partially around the longitudinal axis of the axial strut. In other words, an at least partially three-dimensional lateral surface of the axle strut is formed by the support winding. In other words, the axle strut is a geometric extrusion body.
Die Achsstrebe weist weiterhin das Kernprofil auf. Dieses Kernprofil ist bevorzugt ebenfalls aus einem FKV ausgeformt, vorzugsweise aus GFK. Alternativ dazu kann das Kernprofil auch aus einem anderen geeigneten FKV, z. B. CFK oder AFK, ausgeformt sein. Das Kernprofil ist vorzugsweise ein Pultrusionsprofil, kann aber alternativ dazu als ein Pulwindingprofil oder als ein Wickelprofil oder als ein Flechtprofil oder als ein anderes geeignetes Profil ausgeformt sein. Dadurch ist das Kernprofil kostengünstig herzustellen. Das Kernprofil kann kontinuierlich gefertigt werden, wodurch sich eine Modularisierbarkeit realisieren lässt. Das Kernprofil kann in anderen Worten bei der kontinuierlichen Fertigung auf eine für einen spezifischen Fahrzeugtyp benötigte Länge des Schafts abgelängt werden. Das Kernprofil weist bei einer bevorzugten Verwendung eines FKV mit einem deutlich von 0° abweichenden Faserwinkel, beispielsweise um 45° eine gewisse axiale Weichheit auf. Dies ist bei dem Auftreten eines Missbrauchslastfalls notwendig, um die dort auftretenden Kräfte in die Tragwicklung umzulenken. Axiale Kräfte werden somit nicht oder nur zu einem sehr geringen Maße in das Kernprofil geleitet.The axle strut also has the core profile. This core profile is preferably also formed from a FKV, preferably made of GRP. Alternatively, the core profile may also be derived from another suitable FKV, e.g. As CFK or AFK, be formed. The core profile is preferably a pultrusion profile, but may alternatively be formed as a pultring profile or as a winding profile or as a braided profile or other suitable profile. As a result, the core profile is inexpensive to manufacture. The core profile can be manufactured continuously, whereby a modularization can be realized. In other words, in continuous production, the core profile may be cut to a length of shaft required for a specific vehicle type. The core profile has a certain axial softness in a preferred use of a FKV with a fiber angle that deviates significantly from 0 °, for example by 45 °. This is necessary in the event of an abuse load case in order to redirect the forces occurring there in the supporting winding. Axial forces are thus not or only to a very limited extent directed into the core profile.
Vorzugsweise ist die zumindest teilweise in Wendelform angeordnete Tragwicklung im Bereich des Schaftes der Achsstrebe ausgebildet. Somit umschließt die zumindest teilweise in Wendelform angeordnete Tragwicklung zum einen das Kernprofil und zum anderen Übergangsbereiche zwischen dem jeweiligen Lasteinleitelement und dem Kernprofil. Mithin erhöht die zumindest teilweise in Wendelform angeordnete Tragwicklung die Tragfähigkeit der Achsstrebe und stützt die Tragwicklung in den Übergangsbereichen zwischen dem jeweiligen Lasteinleitelement und dem Kernprofil, insbesondere wenn Zuglasten in der Fügezone zwischen den Lasteinleitelementen und der Tragwicklung auftreten.Preferably, the at least partially arranged in helical support winding is formed in the region of the shaft of the axle strut. Thus, the support winding, which is arranged at least partially in helical form, encloses, for one, the core profile and, on the other hand, transition regions between the respective load-transfer element and the core profile. Consequently, the support winding, which is arranged at least partially in helical form, increases the carrying capacity of the axle strut and supports the support winding in the transition areas between the respective load introduction element and the core profile, in particular when tensile loads occur in the joining zone between the load introduction elements and the support winding.
Bevorzugt umschließt die zumindest teilweise in Wendelform angeordnete Tragwicklung die Achsstrebe im Bereich des Schaftes zumindest um 180°. Mithin liegt dann eine halbe Umwicklung der Achsstrebe durch die zumindest teilweise in Wendelform angeordnete Tragwicklung vor. Eine ganze Umwicklung liegt vor, wenn die zumindest teilweise in Wendelform angeordnete Tragwicklung die Achsstrebe im Bereich des Schaftes um 360° umschließt. Mit anderen Worten erfolgt dann bei einer Rotation der Achsstrebe um die Querachse um 180° eine Rotation der Achsstrebe um die Längsachse um mindestens 360°. Ferner kann die Achsstrebe mehrfach von der Tragwicklung umschlossen sein. Wird die Achsstrebe um mehr als 360° um die Längsachse rotiert, während eine Rotation um die Querachse der Achsstrebe um lediglich 180° erfolgt, kann die zumindest teilweise in Wendelform angeordnete Tragwicklung besonders kompakt ausgestaltet werden. Für eine vorteilhafte Ausgestaltung der Achsstrebe erfolgen die Rotationen der Achsstrebe sowohl um die Querachse als auch um die Längsachse stets in 180°-Schritten.The support winding, which is arranged at least partially in helical form, preferably surrounds the axle strut in the region of the shaft by at least 180 °. Thus, there is then a half wrap of the axle strut by the at least partially arranged in helical support winding. A complete wrapping is when the at least partially arranged in helical support winding surrounds the axle strut in the region of the shaft by 360 °. In other words, when the axle strut rotates about the transverse axis by 180 °, the axle strut rotates about the longitudinal axis by at least 360 °. Furthermore, the axle strut can be surrounded several times by the support winding. If the axle strut is rotated by more than 360 ° about the longitudinal axis, while a rotation about the transverse axis of the axle strut takes place by only 180 °, the support winding arranged at least partially in helical form can be made particularly compact. For an advantageous embodiment of the axle strut, the rotations of the axle strut always take place in 180 ° steps both about the transverse axis and about the longitudinal axis.
Räumlich zwischen den beiden Lasteinleitelementen ist das Kernprofil angeordnet. Der Schaft der Achsstrebe weist somit das Kernprofil auf. Das Kernprofil weist einen gewissen Abstand auf zu dem ersten und zu dem zweiten Lasteinleitelement. In anderen Worten ist zwischen dem Kernprofil und dem ersten Lasteinleitelement sowie zwischen dem Kernprofil und dem zweiten Lasteinleitelement ein jeweiliger materialfreier Spalt. Das Kernprofil und die beiden Lasteinleitelemente sind somit voneinander entkoppelt. Diese Entkopplung bleibt ebenfalls bei jedem Belastungsfall bestehen. Dies heißt zu keinem Zeitpunkt entsteht eine direkte Wirkverbindung zwischen den Lasteinleitelementen und dem Kernprofil.Spatially between the two Lasteinleitelementen the core profile is arranged. The shaft of the axle strut thus has the core profile. The core profile has a certain distance to the first and the second load introduction element. In other words, between the core profile and the first Lasteinleitelement and between the core profile and the second Lasteinleitelement a respective material-free gap. The core profile and the two load introduction elements are thus decoupled from each other. This decoupling also remains with each load case. This means no Time creates a direct operative connection between the Lasteinleitelementen and the core profile.
Wird bei der Verwendung der Achsstrebe in einem Fahrzeug eine axiale Last über die Lasteinleitelemente in die Achsstrebe eingeleitet, z. B. Druck- oder Zugkräfte, wird diese Last von den Lasteinleitelementen flächig mittels Schub (im Falle von Drucklasten) oder über Formschluss (im Falle von Zuglasten) an die Tragwicklung weitergeleitet. Die Tragwicklung nimmt diese axiale Last auf. Das Kernprofil ist somit vorzugsweise nicht oder nur in äußerst geringem Maße an der Aufnahme der axialen Last beteiligt. Somit werden lokale Spannungsspitzen in dem Kernprofil vermieden. Die Achsstrebe ist aufgrund der Ausformung der Tragwicklung und des Kernprofils aus FKV leichter als herkömmliche metallische Achsstreben.When using the Achsstrebe in a vehicle, an axial load on the Lasteinleitelemente introduced into the Achsstrebe, z. As compressive or tensile forces, this load is forwarded by the Lasteinleitelementen surface by means of thrust (in the case of pressure loads) or positive engagement (in the case of tensile loads) to the support winding. The carrying coil absorbs this axial load. The core profile is thus preferably not or only to a very limited extent involved in the absorption of the axial load. Thus, local stress peaks in the core profile are avoided. The axle strut is lighter than conventional metallic axle struts due to the shape of the support coil and core profile made of FRP.
Vorzugsweise weist das Kernprofil zumindest teilweise eine konvexe Außengeometrie auf, wobei die Tragwicklung eine zur zumindest teilweise konvexen Außengeometrie des Kernprofils korrespondierende konvexe Form aufweist. Das Kernprofil weist einen im Wesentlichen Vierkantrohrquerschnitt, vorzugsweise einen Quadratrohrquerschnitt auf, wobei zumindest eine der vier Seiten des Kernprofils, und bevorzugt alle vier Seiten des Kernprofils eine konvexe Außengeometrie aufweisen. Mit anderen Worten weisen die vier Außenseiten des Kernprofils eine nach außen hin gewölbte Mantelfläche auf. Der Scheitelpunkt der jeweiligen Seite des Kernprofils verläuft somit achsparallel zur Längsachse der Achsstrebe beziehungsweise des Kernprofils. Durch die konvexe Außengeometrie des Kernprofils wird erreicht, dass ein definiertes Ablegen der Wickelstränge möglich ist und damit ein genaues Positionieren der Tragwicklung an der Achsstrebe erfolgen kann.Preferably, the core profile has at least partially a convex outer geometry, wherein the supporting winding has a convex shape corresponding to the at least partially convex outer geometry of the core profile. The core profile has a substantially square tube cross section, preferably a square tube cross section, wherein at least one of the four sides of the core profile, and preferably all four sides of the core profile having a convex outer geometry. In other words, the four outer sides of the core profile on an outwardly curved lateral surface. The vertex of the respective side of the core profile thus extends axially parallel to the longitudinal axis of the axle strut or the core profile. Due to the convex outer geometry of the core profile is achieved that a defined depositing of the winding strands is possible and thus an accurate positioning of the supporting winding can be done on the axle strut.
Bevorzugt weist das Kernprofil zumindest eine Versteifungsstrebe auf. Mithin können eine oder mehrere Versteifungsstreben innerhalb des Kernprofils angeordnet sein und sich durch den Vierkantrohrquerschnitt erstrecken. Dadurch erfolgt eine Vergrößerung der Steifigkeit des Kernprofils, sodass die laterale Tragfähigkeit verbessert wird. Alternativ oder ergänzend weist das Kernprofil eine Schaumfüllung zur Vergrößerung der Steifigkeit auf. Ein Einfallen des Kernprofils unter dem hohen Druck, der beim Aushärten der Achsstrebe mit einer Tragwicklung aus FKV, vorzugsweise aus CFK, in einer Presse oder in einem Autoklav vorherrscht, wird durch den Querschnitt des Kernprofils, sowie den Versteifungsstreben und/oder der Schaumfüllung verhindert. Das Kernprofil ist also derart ausgestaltet, dass dieses hohen Außendrücken standhalten kann.The core profile preferably has at least one stiffening strut. Thus, one or more stiffening struts may be disposed within the core profile and extend through the square tube section. As a result, the rigidity of the core profile increases, so that the lateral load capacity is improved. Alternatively or additionally, the core profile has a foam filling to increase the rigidity. A collapse of the core profile under the high pressure, which prevails in a press or in an autoclave when curing the Achsstrebe with a supporting winding of FKV, preferably made of CFRP, is prevented by the cross section of the core profile, and the stiffening struts and / or foam filling. The core profile is thus designed such that this high external pressures can withstand.
Nach einer weiteren Ausführungsform koppelt das Kernprofil die Wickelstränge der Tragwicklung miteinander. In anderen Worten umschließt die Tragwicklung die Mantelfläche des Kernprofils in einem Teilbereich, vorzugsweise an zumindest zwei der vier Seiten des quadratischen Querschnitts. Durch diese Kopplung wird ein höheres Flächenträgheitsmoment erzeugt. Die Knicktragfähigkeit der Achsstrebe ist somit ebenfalls erhöht, da bei einer Knickbelastung die Tragwicklung mit dem Kernprofil gemeinsam als ein Querschnitt wirkt. Die Biegesteifigkeit und die Beulsteifigkeit der Achsstrebe sind ebenfalls erhöht. Da das Kernprofil nicht mit den Lasteinleitelementen verbunden ist, sondern beabstandet zu diesen ist, ist die Kopplung der Wickelstränge der Tragwicklung in dem Spaltbereich unterbrochen. Dies beeinträchtigt die Knicktragfähigkeit und/ oder die Beulsteifigkeit nicht signifikant.According to a further embodiment, the core profile couples the winding strands of the supporting winding together. In other words, the supporting winding encloses the lateral surface of the core profile in a partial region, preferably on at least two of the four sides of the square cross section. This coupling generates a higher area moment of inertia. The buckling capacity of the axle strut is thus also increased, since at a buckling load the support winding with the core profile acts together as a cross section. The bending stiffness and the buckling stiffness of the axle strut are also increased. Since the core profile is not connected to the Lasteinleitelementen, but spaced therefrom, the coupling of the winding strands of the supporting winding is interrupted in the gap region. This does not significantly affect buckling capacity and / or dent resistance.
Nach einer weiteren Ausführungsform sind die Lasteinleitelemente aus einem Metall, vorzugsweise aus Aluminium ausgeformt. Die Lasteinleitelemente können kostengünstig im Strangpressverfahren hergestellt werden.According to a further embodiment, the load-introducing elements are formed from a metal, preferably from aluminum. The load-introducing elements can be produced inexpensively by extrusion.
Nach einer weiteren Ausführungsform sind beide Aufnahmen der Lasteinleitelemente als Bohrung ausgeformt, deren Mittelachse senkrecht ist zu der Längsachse der Achsstrebe. Das heißt, dass die Mittelachsen beider Aufnahmen parallel zueinander angeordnet sind. Da beide Mittelachsen senkrecht sind zu der Längsachse der Achsstrebe, weist die Achsstrebe keinen sogenannten lateralen Offset auf, sondern ist eben, wenn die Achsstrebe in einem Fahrzeug verwendet wird. Dies heißt, dass die beiden Lagerbereiche der Achsstrebe in derselben horizontalen Ebene angeordnet sind. Die Tragwicklung der Achsstrebe kann während der Fertigung in einer Ebene ohne Knick oder Abschrägung aufgetragen werden. Die Fasern des FKV-Laminats werden nicht umgelenkt, wodurch Störungen des FKV-Laminats vermieden werden und ein unidirektionales FKV-Laminat ausgebildet wird. Dadurch ist eine lastgerechte Kraftaufnahme ermöglicht.According to a further embodiment, both receptacles of Lasteinleitelemente are formed as a bore whose central axis is perpendicular to the longitudinal axis of the axle strut. This means that the central axes of both images are arranged parallel to one another. Since both central axes are perpendicular to the longitudinal axis of the axle strut, the axle strut has no so-called lateral offset, but is flat when the axle strut is used in a vehicle. This means that the two bearing areas of the axle strut are arranged in the same horizontal plane. The support winding of the axle strut can be applied during production in a plane without kink or bevel. The fibers of the FRP laminate are not deflected, thereby avoiding FRP laminate failure and forming a unidirectional FRP laminate. As a result, a load-based power absorption is possible.
Alternativ kann wenigstens eine der Aufnahmen der Lasteinleitelemente als Bohrung ausgeformt, deren Mittelachse einen Winkel aufweist zu einer Achse, die senkrecht ist zu der Längsachse der Achsstrebe. Dieser Winkel ist vorzugsweise ein spitzer Winkel. Diese senkrechte Achse schneidet die Mittelachse der Aufnahme des wenigstens eins Lasteinleitelements in einem Punkt. Dadurch kann ein lateraler Offset der beiden Lagerbereiche ausgebildet werden, wenn die Achsstrebe in einem Fahrzeug verwendet wird. In anderen Worten kann die Aufnahme des wenigstens einen Lasteinleitelements oder beider Lasteinleitelemente als schräge Bohrung ausgeformt sein. Vorteilhaft daran ist, dass durch diese schräge Bohrung bzw. durch diese schrägen Bohrungen ein lateraler Offset der beiden Lagerbereiche der Achsstrebe realisiert wird. Ein lateraler Offset ist dabei ein Abweichen der Erstreckung der Achsstrebe von einer horizontalen Ebene, in welcher die Längsachse der Achsstrebe angeordnet ist. In anderen Worten liegt der erste Lagerbereich der Achsstrebe in einer anderen horizontalen Ebene als der zweite Lagerbereich der Achsstrebe, wenn die Achsstrebe in einem Fahrzeug verwendet wird. Die beiden Ebenen sind hierbei parallel zueinander und voneinander beabstandet. Durch die schräge Bohrung bzw. die schrägen Bohrungen muss die Tragwicklung der Achsstrebe während der Fertigung nicht schräg gewickelt werden, sondern kann in einer Ebene ohne Knick oder Abschrägung aufgetragen werden. Die Fasern des FKV-Laminats müssen nicht umgelenkt werden, wodurch Störungen des FKV-Laminats vermieden werden und ein unidirektionales FKV-Laminat ausgebildet wird. Dadurch ist eine lastgerechte Kraftaufnahme ermöglicht.Alternatively, at least one of the receptacles of the Lasteinleitelemente formed as a bore whose central axis has an angle to an axis which is perpendicular to the longitudinal axis of the axle strut. This angle is preferably an acute angle. This vertical axis intersects the central axis of the reception of the at least one load introduction element in one point. As a result, a lateral offset of the two bearing areas can be formed when the axle strut is used in a vehicle. In other words, the receptacle of the at least one Lasteinleitelements or both Lasteinleitelemente be formed as an oblique bore. The advantage of this is that a lateral offset of the two bearing areas of the axle strut is realized by this oblique bore or by these oblique holes. A lateral offset is a deviation of the extent of the Axle strut from a horizontal plane in which the longitudinal axis of the axle strut is arranged. In other words, the first bearing area of the axle strut lies in a different horizontal plane than the second bearing area of the axle strut when the axle strut is used in a vehicle. The two planes are parallel to each other and spaced apart. Due to the oblique bore or the oblique bores, the support winding of the axle strut does not have to be wound obliquely during production, but can be applied in a plane without kink or bevel. The fibers of the FRP laminate do not need to be deflected, thereby avoiding FRP laminate failure and forming a unidirectional FRP laminate. As a result, a load-based power absorption is possible.
Zudem ist es durch eine Veränderung des Bohrungswinkels möglich, auf einfache und kostengünstige Art und Weise unterschiedliche laterale Offsets darzustellen, beispielsweise für die Anforderungen verschiedener Fahrzeuge oder Fahrzeugtypen, ohne dass der Herstellungsprozess der Achsstrebe vollständig umgestellt werden muss. Lediglich der Bohrungswinkel der Aufnahme des Lasteinleitelements bzw. der Aufnahmen der Lasteinleitelemente muss angepasst werden.In addition, it is possible by a change in the bore angle to represent different lateral offsets in a simple and cost-effective manner, for example, for the requirements of different vehicles or vehicle types, without the production process of the axle strut must be completely converted. Only the bore angle of the recording of Lasteinleitelements or the recordings of Lasteinleitelemente must be adjusted.
Nach einer weiteren Ausführungsform sind beide Lasteinleitelemente spannungsoptimiert ausgeformt. Dies heißt, dass bei Belastungen, die auf das Lasteinleitelement einwirken, ein homogener Spanungsverlauf vorliegt.According to a further embodiment, both load-introducing elements are formed voltage-optimized. This means that with loads that act on the load-introducing element, there is a homogeneous course of the stress.
Nach einer weiteren Ausführungsform ist das Kernprofil aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff (GFK) ausgeformt.According to a further embodiment, the core profile is formed from a glass fiber reinforced plastic (GRP).
Nach einer weiteren Ausführungsform ist die Tragwicklung aus einem carbonfaserverstärkten Kunststoff (CFK) ausgeformt.According to a further embodiment, the support winding of a carbon fiber reinforced plastic (CFRP) is formed.
Gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Achsstrebe werden zunächst ein Kernprofil sowie ein erstes und zweites Lasteinleitelement in ein Montagewerkzeug eingelegt, wobei das Kernprofil räumlich zwischen den beiden Lasteinleitelementen angeordnet wird. Anschließend wird ein Längswickelvorgang durchgeführt, wobei die vormontierte Achsstrebe um eine Querachse rotiert wird, sodass eine Tragwicklung entlang einer Längsachse der vormontierten Achsstrebe um die Lasteinleitelemente und das Kernprofil herum abgelegt wird. Dadurch umschließt die Tragwicklung die Lasteinleitelemente sowie das Kernprofil um die Querachse zumindest teilweise radial und verbindet diese entlang einer Längsachse der Achsstrebe miteinander. Nachfolgend wir der Längswickelvorgang durch einen Drehwickelvorgang ergänzt, wobei die vormontierte Achsstrebe zusätzlich um die Längsachse der Achsstrebe rotiert wird, sodass die Tragwicklung zumindest teilweise in Wendelform um die Längsachse der vormontierten Achsstrebe abgelegt wird. Abschließend wird die Achsstrebe aus dem Montagewerkzeug entnommen.According to a method according to the invention for producing an axle strut, first a core profile and a first and second load introduction element are inserted into an assembly tool, wherein the core profile is arranged spatially between the two load introduction elements. Subsequently, a longitudinal winding operation is performed, wherein the preassembled Achsstrebe is rotated about a transverse axis, so that a support winding along a longitudinal axis of the preassembled Achsstrebe is stored around the Lasteinleitelemente and the core profile around. As a result, the carrying winding surrounds the load-transfer elements and the core profile about the transverse axis at least partially radially and connects them along a longitudinal axis of the axle strut with each other. Subsequently, we supplemented the longitudinal winding process by a rotary winding process, wherein the preassembled Achsstrebe is additionally rotated about the longitudinal axis of the Achsstrebe, so that the support winding is at least partially deposited in helical form about the longitudinal axis of the preassembled Achsstrebe. Finally, the axle strut is removed from the assembly tool.
Vorzugsweise wird der Längswickelvorgang um die Querachse nur zeitweise durch den Drehwinkelvorgang der vormontierten Achsstrebe zusätzlich ergänzt, sodass die Tragwicklung, welche zumindest teilweise in Wendelform um die Längsachse der vormontierten Achsstrebe angeordnet wird, lediglich im Bereich eines Schaftes der vormontierten Achsstrebe ausgebildet wird.The longitudinal winding process around the transverse axis is preferably supplemented only occasionally by the rotational angle process of the preassembled axle strut, so that the carrying winding, which is arranged at least partially in helical form about the longitudinal axis of the preassembled axle strut, is formed only in the region of a shank of the preassembled axle strut.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigt
-
1 eine schematische Perspektivdarstellung einer Achsstrebe nach einem ersten Ausführungsbeispiel, -
2 eine schematische Perspektivdarstellung der Achsstrebe nach einem zweiten Ausführungsbeispiel, -
3a eine schematische Schnittdarstellung eines Kernprofils der Achsstrebe gemäß1 und2 nach einer ersten Ausführungsform, -
3b eine schematische Schnittdarstellung des Kernprofils gemäß einer zweiten Ausführungsform, -
3c eine schematische Darstellung des Kernprofils gemäß einer dritten Ausführungsform, und -
3d eine schematische Darstellung des Kernprofils gemäß einer vierten Ausführungsform.
-
1 a schematic perspective view of an axle strut according to a first embodiment, -
2 a schematic perspective view of the axle strut according to a second embodiment, -
3a a schematic sectional view of a core profile of the axle strut according to1 and2 according to a first embodiment, -
3b a schematic sectional view of the core profile according to a second embodiment, -
3c a schematic representation of the core profile according to a third embodiment, and -
3d a schematic representation of the core profile according to a fourth embodiment.
Gemäß
Das erste Lasteinleitelement
Das Kernprofil
Die Tragwicklung
Wird bei der Verwendung der Achsstrebe
Die in
Zur Herstellung der Achsstrebe
In einem weiteren Herstellungsschritt wird der Längswickelvorgang durch einen Drehwickelvorgang ergänzt, wobei die vormontierte Achsstrebe
Zur Herstellung einer vorteilhaften Wicklung wird der Längswickelvorgang um die Querachse
Unter einer nur zeitweisen Ergänzung des Längswickelvorgangs mit dem Drehwickelvorgang ist zu verstehen, dass der Drehwinkelvorgang zu einem Zeitpunkt eingesetzt wird, wenn während des Längswickelvorgangs das Ablegen des Wickelstrangs in einem Übergangsbereich
Zu dem Zeitpunkt, wenn während des Längswickelvorgangs, das heißt bei Rotation der vormontierten Achsstrebe
In
Die
Aus
Die hier dargestellten Beispiele sind nur beispielhaft gewählt. Beispielsweise kann über das Verhältnis der Wickelgeschwindigkeit zwischen dem Längswickelvorgang und dem Drehwickelvorgang ein beliebiger Winkel der in Wendelform ausgebildeten Tragwicklung eingestellt werden. Mit anderen Worten kann bei einem Längswickelvorgang um 180° ein gleichzeitiger Drehwinkelvorgang von über 540° erfolgen, sodass je nach Bedarf eine kompakte in Wendelform ausgebildete Tragwicklung
Selbstverständlich ist die Schaftlänge der Achsstränge variabel. Mit anderen Worten kann die Achsstrebe
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- AchsstrebeTorque rod
- 22
- Schaftshaft
- 3a, 3b3a, 3b
- Lagerbereichstorage area
- 44
- Tragwicklungsupporting winding
- 55
- Schaumfüllungfoam filling
- 66
- Kernprofilapex
- 7a, 7b7a, 7b
- LasteinleitelementLasteinleitelement
- 88th
- Verbindungsstrebeconnecting strut
- 99
- Aufnahmeadmission
- 1010
- Abstanddistance
- 1111
- Umwicklungwrapping
- 12a, 12b12a, 12b
- Übergangsbereich Transition area
- LL
- Längsachselongitudinal axis
- MM
- Mittelachsecentral axis
- TT
- Querachsetransverse axis
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102013007284 A1 [0003]DE 102013007284 A1 [0003]
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-
2018
- 2018-04-24 DE DE102018206325.7A patent/DE102018206325A1/en not_active Withdrawn
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