DE102018213322A1

DE102018213322A1 - Mehrpunktlenker für ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102018213322A1
Application number: DE102018213322.0A
Authority: DE
Inventors: Andre Stieglitz; Ingolf Müller
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2018-08-08
Filing date: 2018-08-08
Publication date: 2020-02-13
Also published as: US11485185B2; CN112533780A; US20210316584A1; EP3833557A1; WO2020030369A1; CN112533780B

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Mehrpunktlenker (20) für ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs. Der Mehrpunktlenker (20) weist zumindest einen Hohlprofilabschnitt (21) aus einem faserverstärkten Kunststoff und zumindest ein Lasteinleitungselement (22) aus einem metallischen Werkstoff auf, wobei der Hohlprofilabschnitt (21), bei Betrachtung im Querschnitt, zumindest einen Hohlraum aufweist, der als eine umfänglich geschlossene Kammer (23) ausgebildet ist. Der Hohlprofilabschnitt (21) und das Lasteinleitungselement (22) sind in einem gemeinsamen Verbindungsabschnitt (24) über eine unlösbare, geklebte Steckverbindung (25) miteinander verbunden.Der Mehrpunktlenker (20) zeichnet sich dadurch aus, dass in der Kammer (23) zumindest ein fest mit dem Hohlprofilabschnitt (21) verbundenes Versteifungselement (26) angeordnet ist, um die Steifigkeit des Mehrpunktlenkers (20) zu erhöhen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Mehrpunktlenker für ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs, aufweisend zumindest einen Hohlprofilabschnitt aus einem faserverstärkten Kunststoff und zumindest ein Lasteinleitungselement aus einem metallischen Werkstoff, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Mehrpunktlenker für Fahrwerke von Kraftfahrzeugen, aufweisend einen Hohlprofilabschnitt aus einem faserverstärkten Kunststoff und zumindest ein Lasteinleitungselement aus einem metallischen Werkstoff, sind aus dem Stand der Technik bekannt. In der DE 10 2010 053 843 A1 ist ein Zweipunktlenker offenbart, der als eine Strebe ausgebildet ist. Der Zweipunktlenker weist einen Hohlprofilabschnitt auf, der über eine unlösbare, geklebte Steckverbindung an ein Lasteinleitungselement angebunden ist, das als Zwischenstück bezeichnet wird. Der Hohlprofilabschnitt besteht aus einem faserverstärkten Kunststoff und ist in einem Pultrusionsverfahren hergestellt. Das Lasteinleitungselement ist aus einem metallischen Werkstoff gebildet. Eine konstruktive Auslegung derartiger Profile, die über ihre Längserstreckung einen gleichbleibenden Querschnitt aufweisen, ist an Maximalbeanspruchungen ausgerichtet, die in einem Fahrbetrieb allerdings nicht über die gesamte Längserstreckung, sondern nur lokal auftreten. Daher weisen Profile allgemein den Nachteil auf, dass sie in der Regel in weiten Teilen ihrer Längserstreckung überdimensioniert sind und demzufolge eine höhere Masse aufweisen als dies für die Lasten erforderlich ist, die der konstruktiven Auslegung zugrunde liegen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Bauteil für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, das als ein zumindest teilweise aus faserverstärktem Kunststoff bestehendes Leichtbauteil ausgebildet ist und mit dem zugleich relativ hohe Lasten übertragen werden können.
Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung gelöst durch ein Bauteil mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1.
Bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und aus den Zeichnungsfiguren.
Die Erfindung sieht demnach einen Mehrpunktlenker für ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs vor, der zumindest einen Hohlprofilabschnitt aus einem faserverstärkten Kunststoff und zumindest ein Lasteinleitungselement aus einem metallischen Werkstoff aufweist. Der Hohlprofilabschnitt weist, bei Betrachtung im Querschnitt, zumindest einen Hohlraum auf, der als eine umfänglich geschlossene Kammer ausgebildet ist. In einem gemeinsamen Verbindungsabschnitt sind der Hohlprofilabschnitt und das Lasteinleitungselement über eine unlösbare, geklebte Steckverbindung miteinander verbunden. Erfindungsgemäß ist in der Kammer zumindest ein fest mit dem Hohlprofilabschnitt verbundenes Versteifungselement angeordnet, um die Steifigkeit des Mehrpunktlenkers zu erhöhen.
Durch das Versteifungselement kann der Hohlprofilabschnitt an den Stellen, an denen im Fahrbetrieb erhöhte Beanspruchungen auftreten können, belastungsorientiert versteift werden. Es ist somit nicht erforderlich, den Querschnitt des Hohlprofilabschnitts über seine gesamte Längserstreckung auf eine Maximalbeanspruchung auszulegen, die nur an einer oder mehreren Stellen des Hohlprofilabschnitts auftritt. Auf diese Weise kann eine Überdimensionierung des Hohlprofilabschnitts vermieden und zugleich der Materialeinsatz für den Mehrpunktlenker minimiert werden. Unter der Steifigkeit ist im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung der Widerstand des Mehrpunktlenkers gegen elastische oder plastische Verformung oder gegen Bruch zu verstehen, insbesondere hervorgerufen durch eine Druckkraft oder ein Biegemoment oder ein Torsionsmoment. Die Steifigkeitserhöhung des Mehrpunktlenkers wird dabei insbesondere durch eine Steifigkeitserhöhung des Hohlprofilabschnitts erreicht. Durch das zumindest eine Versteifungselement wird das Flächenträgheitsmoment bzw. das Widerstandsmoment des Hohlprofilabschnitts in dem Bereich erhöht, in dem das Versteifungselement fest mit dem Hohlprofilabschnitt verbunden ist. Auf diese Weise kann der Hohlprofilabschnitt in Abhängigkeit von den im Verlauf seiner Längserstreckung an verschiedenen Stellen jeweils vorliegenden Beanspruchungsarten und Beanspruchungshöhen versteift werden.
Der Hohlprofilabschnitt kann über seine Längserstreckung gerade oder gekrümmt ausgebildet sein. Wenn der Hohlprofilabschnitt als ein gerader Hohlprofilabschnitt ausgebildet ist, weist dieser vorzugsweise über seine gesamte Längserstreckung eine konstante, sich säulenartig erstreckende Querschnittsgeometrie auf. Wenn der Hohlprofilabschnitt gekrümmt ausgebildet ist, weist dieser vorzugsweise einen konstanten Krümmungsradius auf. Insbesondere ist der Hohlprofilabschnitt als ein offener Profilabschnitt ausgebildet. Unter einem offenen Profilabschnitt im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein Profilabschnitt zu verstehen, der, bei Betrachtung im Querschnitt, nach profilaußen weisende Rippen, Flansche oder dergleichen aufweist. Alternativ kann der Profilabschnitt auch als ein geschlossener Profilabschnitt, ohne nach profilaußen weisende Rippen, Flansche oder dergleichen, ausgebildet sein und beispielsweise einen Rechteck- oder Quadratrohrquerschnitt aufweisen. Der Hohlprofilabschnitt und das zumindest eine Versteifungselement können aus dem gleichen Material oder aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen.
Der Hohlprofilabschnitt ist insbesondere ein Abschnitt eines geraden Endlosprofils. Wandstärken des Hohlprofilabschnitts sind gegenüber seinem Querschnitt deutlich geringer dimensioniert. Bevorzugt betragen die Wandstärken des Hohlprofilabschnitts 10 bis 20 Prozent, besonders bevorzugt 10 bis 15 Prozent, der Außenabmessungen des Hohlprofilabschnitts, wenn dieser eine Querschnittsgeometrie aufweist, die sich durch ein zumindest im Wesentlichen an Außenflächen anliegendes Quadrat umschreiben lässt. Bevorzugt ist der Hohlprofilabschnitt als ein pultrudierter Hohlprofilabschnitt aus einem endlosfaserverstärkten Kunststoff ausgebildet. Auf diese Weise ist ein besonders leichter Mehrpunktlenker darstellbar. Unter einem pultrudierten Hohlprofilabschnitt ist vorliegend ein in einem Pultrusionsverfahren hergestellter Hohlprofilabschnitt zu verstehen. Bei dem Pultrusionsverfahren handelt es sich um ein Verfahren zur kostengünstigen Herstellung faserverstärkter Kunststoffprofile in einem kontinuierlichen Ablauf. Insbesondere weist der Hohlprofilabschnitt Verstärkungsfasern auf, die über den gesamten Profilquerschnitt verteilt sind und die sich in der Längsrichtung des Profilabschnitts erstrecken, wodurch eine hohe Steifigkeit und Festigkeit in dieser Richtung bewirkt wird. Vorteilhaft sind zur Auslegung des Hohlprofilabschnitts gegenüber Knicken und/oder Beulen relativ hohe Anteile gestreckter Fasern in Randbereichen des Profilquerschnitts und zugleich ebenfalls in Längsrichtung des Hohlprofilabschnitts verlaufend angeordnet. Insbesondere sind sämtliche Fasern in Längsrichtung des Profilabschnitts orientiert.
In einer bevorzugten Ausführungsform verfügt der pultrudierte Hohlprofilabschnitt über einen Faservolumengehalt von circa 65 Prozent. Allgemein ist ein Faservolumengehalt zwischen 50 Prozent und 75 Prozent möglich. In dem Hohlprofilabschnitt können sowohl Kohlenstofffasern, Glasfasern, Aramidfasern oder Naturfasern verwendet werden, die jeweils in eine Kunststoffmatrix eingebettet sind. Das Matrixsystem besteht vorteilhaft aus einem Vinylesterharz, da sich dieses bei sehr guten chemischen und mechanischen Eigenschaften gut im Pultrusionsverfahren verarbeiten lässt. Zudem verfügt Vinylesterharz über eine gute Haftung in Kombination mit Klebstoffen. Alternativ kann ein Epoxidharz, ein Polyesterharz, Phenolharz oder Polyurethanharz als Matrixmaterial verwendet werden. Bei dem endlosfaserverstärkten Kunststoff handelt es sich insbesondere um einen Faser-Kunststoff-Verbund (FKV), der aus einer Kunststoffmatrix mit darin eingebetteten Verstärkungsfasern gebildet ist, wobei die Verstärkungsfasern als Endlosfasern ausgebildet sind. Dabei kann der Faser-Kunststoff-Verbund beispielsweise als ein glasfaserverstärkter Kunststoffverbund (GFK) oder carbonfaserverstärkter Kunststoffverbund (CFK) oder als ein aramidfaserverstärkter Kunststoffverbund (AFK) ausgebildet sein. Insbesondere bestehen der Hohlprofilabschnitt und das zumindest eine Versteifungselement aus unterschiedlichen Werkstoffen, wobei das Lasteinleitungselement insbesondere aus einer Aluminiumlegierung gebildet ist.
Das zumindest eine Lasteinleitungselement ist wirktechnisch, insbesondere starr, mit dem Hohlprofilabschnitt verbunden und kann Betriebslasten wie Kräfte und/oder Momente in den Hohlprofilabschnitt einleiten. Insbesondere weist das Lasteinleitungselement eine Gelenkaufnahme auf. Insbesondere weist das Lasteinleitungselement eine sich senkrecht zu einer Längsrichtung des Hohlprofilabschnitts ausgerichtete Öffnung auf. Die Öffnung kann topfartig ausgebildet sein; beispielsweise zur Aufnahme einer Gelenkkugel eines Kugelzapfens eines Kugelgelenks. Alternativ kann die Öffnung auch als eine Durchgangsöffnung ausgebildet sein; beispielsweise mit einer zylindrischen Durchgangsöffnung zur Aufnahme eines Molekulargelenks, das auch als Pratzengelenk bezeichnet wird. Insbesondere weist die Öffnung im Einbauzustand eine unbearbeitete Innenumfangsfläche auf.
Das Versteifungselement kann sich in einer Längsrichtung des Hohlprofilabschnitts über die gesamte Länge des Hohlprofilabschnitts erstrecken oder über einen Teil der gesamten Länge. Das Versteifungselement ist vorzugsweise mit konstantem Querschnitt über seine Längserstreckung ausgebildet. Dabei kann das Versteifungselement als ein Strangpressprofil, insbesondere ein Aluminium- Strangpressprofil, ausgebildet sein. Alternativ kann das Versteifungselement auch aus einem Faserverbundkunststoff mit Verstärkungsfasern bestehen, die in Form von Geweben, Gelegen oder Gewirken und/oder als Endlosfasern vorliegen können. Gemäß einer weiteren Alternative kann das Versteifungselement in dessen Längsrichtung auch konturiert, beispielsweise bombiert, aufgeführt sein. Neben einem Leichtmetall, insbesondere Aluminium, kann das Versteifungselement auch aus Stahl bestehen. Eine Gestaltung des Versteifungselements aus einem Kunststoffschaum oder aus einem faserverstärkten Profil ist ebenfalls vorstellbar. Um eine erhöhte Stützwirkung des Versteifungselements bei gleichzeitig günstiger Massebilanz zu erzielen, kann das Versteifungselement umfänglich geschlossen ausgebildet und zugleich mit einem hochfesten Kunststoffschaum ausgeschäumt sein.
Bei dem Mehrpunktlenker kann es sich um einen geraden Zweipunktlenker handeln, das heißt, einen stabförmigen, in einer Raumrichtung ausgedehnten und vorrangig zur Übertragung von Kräften geeigneten Lenker. Auf einen solchen Zweipunktlenker wirken im Fahrbetrieb in erster Linie Zug- und/oder Druckkräfte ein, die über die beiden Lasteinleitungselemente in den Hohlprofilabschnitt eingeleitet werden. Der Zweipunktlenker, der als eine Achsstrebe zur Führung einer Starrachse eines Nutzfahrzeugs ausgebildet sein kann, weist insbesondere einen Hohlprofilabschnitt mit einer sich geradlinig erstreckenden Mittellinie auf. Insbesondere ist diese Mittellinie deckungsgleich ist mit einer Geraden durch Mittelpunkte der beiden Lasteinleitungselemente. Bei einer derartigen Anordnung führt eine Belastung des geraden Zweipunktlenkers durch eine Druckkraft, deren Wirkungslinie deckungsgleich mit der Mittellinie ist, innerhalb des Zweipunktlenkers zu einer reinen Druck- und einer reinen Knickbeanspruchung, die nicht von einer Biegebeanspruchung überlagert sind. Ist der Zweipunktlenker als eine Achsstrebe ausgebildet, können auf diesen neben, insbesondere durch Beschleunigungs- und Abbremsvorgänge hervorgerufenen, Zug-, Druck- und Knickbeanspruchungen, bedingt durch Wankbewegungen eines Fahrzeugaufbaus, auch Biege- und Torsionsbeanspruchungen einwirken. Bei dem Mehrpunktlenker kann es sich alternativ auch um einen ungeraden Zweipunktlenker mit einem gekrümmten Profilabschnitt handeln, wobei der Profilabschnitt vorzugsweise einen konstanten Krümmungsradius aufweist.
Der Mehrpunktlenker kann alternativ auch als ein Dreipunktlenker ausgebildet sein. Ein derartiger Dreipunktlenker kann in einer oberen Lenkerebene eines Fahrgestells eines Nutzfahrzeugs angeordnet sein und dort zur Führung einer Starrachse dienen. Darüber hinaus ist es auch vorstellbar, einen solchen Dreipunktlenker als einen Querlenker zur Führung eines Rades zu verwenden. Der Dreipunktlenker weist vorzugsweise zwei identische, gerade Hohlprofilabschnitte auf, die in einem gemeinsamen Lagerbereich zusammenlaufen, der beispielsweise Teil eines Zentralgelenks einer Starrachse sein kann. Bei einer solchen Anordnung erfahren die beiden Profilabschnitte im Fahrbetrieb neben Zug- und Druckbeanspruchungen auch Biegebeanspruchungen. Der Mehrpunktlenker kann auch als ein Vierpunktlenker ausgebildet sein, beispielsweise mit zwei parallel verlaufenden, geraden Hohlprofilabschnitten mit jeweils zwei an gegenüberliegenden Enden der beiden Hohlprofilabschnitte angeordneten Lasteinleitungselementen. Die Hohlprofilabschnitte eines solchen Vierpunktlenkers werden im Fahrbetrieb auf Zug, auf Druck und, bedingt durch Wankbewegungen eines Fahrzeugaufbaus, auch auf Biegung und Torsion beansprucht.
Bei dem Mehrpunktlenker handelt es sich insbesondere um einen gebauten Mehrpunktlenker, also einen aus mehreren separat hergestellten Einzelteilen, insbesondere dem Hohlprofilabschnitt, dem Lasteinleitungselement und dem Versteifungselement, zusammengebauten Mehrpunktlenker. Diese Bauweise hat den Vorteil, dass beispielsweise der Hohlprofilabschnitt längenvariabel hergestellt sein kann, wodurch unterschiedliche Varianten des Mehrpunktlenkers nach einem Baukastenprinzip realisierbar sind. Durch eine beanspruchungsorientierte geometrische Gestaltung des fest mit dem Hohlprofilabschnitt verbundenen Versteifungselements kann das Versteifungselement bei einem solchen Baukastenprinzip jeweils an den längenvariabel hergestellten Profilabschnitt angepasst werden.
Insbesondere ist in dem Bereich, in dem der Hohlprofilabschnitt durch das Versteifungselement versteift ist, eine Innenumfangsfläche der Kammer mit einer Außenumfangsfläche des Versteifungselements wirkverbunden. Insbesondere ist die Kammer, bei Betrachtung im Querschnitt, unrund ausgebildet. Insbesondere weist die Kammer einen mehreckigen, vorzugsweise viereckigen, Querschnitt auf. Insbesondere weist die Kammer einen rechteckigen Querschnitt oder, als Sonderform eines rechteckigen Querschnitts, einen quadratischen Querschnitt auf. Insbesondere ist die Kammer luftdicht verschlossen, wenn jedes von zwei Enden des Hohlprofilabschnitts jeweils durch eine unlösbare, geklebte Steckverbindung mit jeweils einem Lasteinleitungselement verbunden ist.
Bevorzugt ist das Versteifungselement als ein umfänglich geschlossenes Rohrprofil ausgebildet. Ein solches umfänglich geschlossenes Rohrprofil weist eine relativ hohe Struktursteifigkeit bei vergleichsweise geringer Masse auf. Daher kann durch das umfänglich geschlossene Rohrprofil, das in der Kammer angeordnet und zugleich fest mit dem Hohlprofilabschnitt verbunden ist, eine signifikante Erhöhung des Flächenträgheitsmoments bzw. des Widerstandsmoments des Hohlprofilabschnitts erreicht werden. Das Rohrprofil weist insbesondere einen unrunden Querschnitt auf. Insbesondere weist das Rohrprofil einen mehreckigen, insbesondere einen viereckigen, Querschnitt auf. Insbesondere ist das Rohrprofil als ein Rechteckrohrprofil ausgebildet, wobei diese Ausführung ein Quadratrohrprofil als Sonderform eines Rechteckrohrprofil beinhaltet. Das Rohrprofil kann als ein Strangpressprofil oder ein kaltgezogenes Rohrprofil oder ein pultrudiertes Rohrprofil ausgebildet sein. Alternativ kann das Rohrprofil auch als ein längsnahtgeschweißtes Rohrprofil ausgebildet sein.
Zweckmäßig ist das Versteifungselement als ein umfänglich geschlossenes Mehrkammerprofil ausgebildet. Bedingt durch Wandungen, die die mehreren Kammern des Mehrkammerprofils voneinander trennen, weist ein Versteifungselement, das als ein umfänglich geschlossenes Mehrkammerprofil ausgebildet ist, eine besonders hohe Struktursteifigkeit auf. Dadurch bedingt kann ein Mehrkammerprofil auch einen besonders hohen Beitrag zur Erhöhung des Flächenträgheitsmoments bzw. des Widerstandsmoments des Hohlprofilabschnitts leisten. Vorzugsweise ist das Mehrkammerprofil umfänglich unrund, insbesondere rechteckig oder quadratisch, ausgebildet. Dabei können die mehreren Kammern des Mehrkammerprofils beispielsweise in ein Rechteckrohrprofil integriert sein. Die mehreren Kammern des Mehrkammerprofils können geometrisch gleich oder geometrisch unterschiedlich oder teilweise geometrisch gleich und teilweise geometrisch unterschiedlich ausgebildet sein.
Vorteilhaft füllt das Versteifungselement die Kammer des Hohlprofilabschnitts, bei Betrachtung in einem Querschnitt, zumindest im Wesentlichen vollständig aus. Damit ist gemeint, dass das Versteifungselement, zumindest im Wesentlichen, vollumfänglich an einer Innenwandung der Kammer anliegt, wodurch ein Formschluss zwischen dem Versteifungselement und dem Hohlprofilabschnitt gegeben ist. Mit der Formulierung, wonach das Versteifungselement die Kammer des Hohlprofilabschnitts zumindest im Wesentlichen vollständig ausfüllt, ist nicht zwangsläufig vorgegeben, dass das Versteifungselement massiv ausgebildet sein muss. Dadurch, dass das Versteifungselement die Kammer zumindest im Wesentlichen vollständig ausfüllt, ist die versteifende Wirkung des Versteifungselements allein schon durch dessen geometrische Form gegeben. Das Versteifungselement ist hierbei vorzugsweise als ein umfänglich geschlossenes Rohrprofil oder als ein Mehrkammerprofil ausgebildet. Insbesondere ist die dem Versteifungselement zugewandte Innenumfangsfläche der Kammer des Hohlprofilabschnitts genauso groß wie eine Außenumfangsfläche des Versteifungselements.
Dadurch, dass das Versteifungselement die Kammer zumindest im Wesentlichen vollständig ausfüllt, kann die Verwindungssteifigkeit und auch die Biegesteifigkeit des Hohlprofilabschnitts wesentlich erhöht werden. Auf diese Weise kann bei ausreichender Erstreckung des Versteifungselements in Längsrichtung des Hohlprofilabschnitts beispielsweise eine Schädigung des Hohlprofilabschnitts aus faserverstärktem Kunststoff durch quer zu dessen Längsrichtung eingetragene Missbrauchskräfte vermieden werden. Derartige Missbrauchskräfte können zum Beispiel wirken, wenn der Mehrpunktlenker als eine Achsstrebe ausgebildet ist, deren Hohlprofilabschnitt quer zu dessen Längsrichtung mit einer Missbrauchskraft beaufschlagt wird, beispielsweise durch einen missbräuchlich angesetzten Wagenheber. In diesem Fall bewirkt das Versteifungselement eine lokale Lastumleitung in den faserverstärkten Hohlprofilabschnitt. Zugleich wird eine Schädigung, insbesondere Eindrückung, des Hohlprofilabschnitts vermieden, insbesondere, wenn das Versteifungselement die Kammer zumindest im Wesentlichen vollständig ausfüllt.
Bevorzugt ist das Versteifungselement mit einer Innenumfangsfläche der Kammer stoffschlüssig verbunden, insbesondere verklebt. Durch eine solche stoffschlüssige Verbindung lässt sich die bereits zuvor angesprochene Wirkverbindung zwischen der Innenumfangsfläche der Kammer und der Außenumfangsfläche des Versteifungselements besonders effektiv umsetzen. In Längsrichtung des Hohlprofilabschnitts wirkende, beispielsweise durch eine Biegebeanspruchung des Hohlprofilabschnitts hervorgerufene, Schubkräfte zwischen der Innenumfangsfläche der Kammer und der Außenumfangsfläche des Versteifungselements lassen sich durch die stoffschlüssige Verbindung günstig übertragen. Füllt das Versteifungselement die Kammer des Hohlprofilabschnitts, bei Betrachtung in einem Querschnitt, zumindest im Wesentlichen vollständig ausfüllt, wird durch die stoffschlüssige Verbindung des Versteifungselements mit der Innenumfangsfläche der Kammer darüber hinaus ein lokales Ausbeulen des Hohlprofilabschnitts unterbunden. Ist die stoffschlüssige Verbindung als eine Klebeverbindung ausgebildet, kommen als Klebstoffe beispielsweise Epoxidklebstoffe in Frage. Durch die Verwendung eines Klebstoffs wird ein Einführen des Versteifungselements in die Kammer des Hohlprofilabschnitts erleichtert, weil der Klebstoff bei dieser Vorgehensweise wie ein Gleitmittel wirkt.
Zweckmäßig weist die Kammer des Hohlprofilabschnitts, bei Betrachtung im Querschnitt, von einer Innenumfangsfläche nach innen vorspringende, schmale Aufdickungen auf. Insbesondere erstrecken sich die schmalen Aufdickungen streifenförmig in Längsrichtung des Hohlprofilabschnitts über dessen gesamte Länge. Die Aufdickungen dienen bei einer Verklebung des Versteifungselements mit der Innenumfangsfläche der Kammer einerseits zur Erreichung einer Klebstoff- Mindestschichtdicke und andererseits zur Erzielung einer gleichmäßigen Schichtdicke des Klebstoffs. Dies ist vorliegend von besonderer Bedeutung, weil ohne die Aufdickungen bei einem Einführen des Versteifungselements in die Kammer des Hohlprofilabschnitts die Gefahr besteht, dass der Klebstoff teilweise abgestreift oder aufgeschoben wird. Insbesondere weisen die Aufdickungen dem Versteifungselement zugewandte Distanzflächen auf, die das Versteifungselement berühren oder geringfügig von diesem beabstandet sind. Genau genommen, wird also die Außenumfangsfläche des Versteifungselements, die außerhalb der Aufdickungen liegt, auf einen Mindestabstand zu der Innenumfangsfläche der Kammer gehalten.
Trotz dieses Mindestabstands kann das Versteifungselement die Kammer des Hohlprofilabschnitts, bei Betrachtung in einem Querschnitt, im Wesentlichen vollständig ausfüllen. Insbesondere stellen die Aufdickungen beim Einführen des Versteifungselements in die Kammer des Hohlprofilabschnitts Führungsflächen dar. Insbesondere springen die Aufdickungen von der Innenumfangsfläche der Kammer um weniger als 0,5 Millimeter nach innen vor. Insbesondere erstrecken sich die Aufdickungen bzw. die Distanzflächen der Aufdickungen, bei Betrachtung im Querschnitt des Hohlprofilabschnitts, um weniger als 5 Millimeter parallel zu der Außenumfangsfläche des Versteifungselements und sind somit relativ schmal gehalten. Sind die Aufdickungen zu schmal, besteht die Gefahr, dass sie beim Einführen des Versteifungselements in die Kammer weggedrückt werden. Sind die Aufdickungen zu breit, kann sich dies negativ auf die Haltbarkeit der Klebeverbindung zwischen den vorgenannten Fügepartnern auswirken, weil im Bereich der Aufdickungen nicht die optimale Schichtdicke des Klebstoffs erreicht wird.
Gemäß einer Alternative ist das Versteifungselement kraftschlüssig, insbesondere durch eine Presspassung, in der Kammer festgelegt. Eine derartige kraftschlüssige Verbindung kann dadurch erreicht werden, dass das Versteifungselement vor einem Einführen in die Kammer des Hohlprofilabschnitts stark abgekühlt wird. Nach einem Temperaturausgleich liegt dann eine Presspassung zwischen den beiden vorgenannten Fügepartnern vor. Alternativ ist es auch möglich, das Versteifungselement umfänglich mit leichtem Übermaß auszuführen und unter Krafteinwirkung in die Kammer des Hohlprofilabschnitts zu schieben.
Vorteilhaft ist der Hohlprofilabschnitt als ein Mehrkammer- Hohlprofilabschnitt ausgebildet. Dies bedeutet, dass der Hohlprofilabschnitt, bei Betrachtung im Querschnitt, zumindest zwei, als umfänglich geschlossene Kammern ausgebildete, Hohlräume aufweist. Durch einen Mehrkammer- Hohlprofilabschnitt kann, in Abhängigkeit vom geometrischen Aufbau und von der Anordnung der mehreren Kammern zueinander, das Flächenträgheitsmoment des Hohlprofilabschnitts erhöht werden. Dies wirkt sich insbesondere bei einer Biegebelastung und/oder bei einer Torsionsbelastung, aber auch bei einer Druckbelastung, dahingehend aus, dass höhere Kräfte und/oder Momente übertragen werden können. Insbesondere weist der Mehrkammer- Hohlprofilabschnitt im Querschnitt zumindest einen Quersteg auf, durch den die mehreren Kammern des Mehrkammer- Hohlprofilabschnitt voneinander getrennt sind. Von den mehreren Kammern des Mehrkammer- Hohlprofilabschnitts können einzelne oder alle mit Versteifungselementen versehen sein. Auf diese Weise ist eine gezielte Einstellung der Steifigkeit des Mehrpunktlenkers möglich.
Bevorzugt weist der Hohlprofilabschnitt, bei Betrachtung im Querschnitt, zur weiteren Erhöhung der Biegesteifigkeit und/oder der Torsionssteifigkeit und/oder der Knicksteifigkeit zumindest eine nach außen hin abstehende Rippe auf. Die nach außen abstehende Rippe erstreckt sich insbesondere senkrecht zu der Längsrichtung des Hohlprofilabschnitts. Insbesondere bildet die zumindest eine Rippe einen rechteckigen oder quadratischen Teilquerschnitt des Hohlprofilabschnitts. Die zumindest eine nach außen hin abstehende Rippe bewirkt eine Erhöhung des Flächenträgheitsmoments und des Torsionsträgheitsmoments des Hohlprofilabschnitts. Insbesondere erstreckt sich die Rippe über die gesamte Länge des Hohlprofilabschnitts mit gleichbleibendem Querschnitt. Insbesondere weist der Hohlprofilabschnitt, bei Betrachtung im Querschnitt, mindestens vier nach außen hin abstehende Rippen auf. Insbesondere sind jeweils zwei dieser zumindest vier Rippen, bezogen auf den Querschnitt des Hohlprofilabschnitts, paarweise gegenüberliegend angeordnet.
Vorteilhaft weist ein Endabschnitt des Lasteinleitungselements eine Steckverzahnung mit sich zumindest im Wesentlichen in Längsrichtung des Hohlprofilabschnitts erstreckenden Zähnen auf. Insbesondere greifen bei der Steckverbindung der steckverzahnte Endabschnitt des Lasteinleitungselements und ein Endabschnitt des Hohlprofilabschnitts wechselseitig und zumindest im Wesentlichen formschlüssig ineinander. Im Bereich der Steckverzahnung ist das Lasteinleitungselement nicht massiv ausgebildet, sondern um das Volumen von Zwischenräumen zwischen den Zähnen reduziert. Insbesondere befindet sich in dem Verbindungsabschnitt neben den Zähnen der Steckverzahnung nur der zugeordnete Endabschnitt des Profilabschnitts und Klebstoff. Insbesondere sind die Zähne der Steckverzahnung in dem gemeinsamen Verbindungsabschnitt teils mit Außenumfangsflächen und teils mit Innenumfangsflächen des Endabschnitts des Hohlprofilabschnitts verklebt. Durch diese Verbindungsart kann eine relativ große Klebefläche realisiert werden, was der Belastbarkeit der Verbindung zwischen der Steckverzahnung und dem Endabschnitt des Hohlprofilabschnitts entgegen kommt.
Insbesondere ist die Steifigkeit des Lasteinleitungselements in Längsrichtung des Hohlprofilabschnitts reduziert. Bei einer Zugbelastung des Hohlprofilabschnitts versuchen Zugkräfte, den Endabschnitt des Hohlprofilabschnitts in dessen Längsrichtung aus der Steckverzahnung herauszuziehen. Die Steifigkeitsreduzierung des Lasteinleitungselements im Bereich der Steckverzahnung liegt darin begründet, dass die Zähne der Steckverzahnung bei einer Zugbeanspruchung eher eine elastische Dehnung in Längsrichtung des Hohlprofilabschnitts erfahren als dies bei einer massiven Ausführung des Lasteinleitungselements im Bereich der Steckverzahnung der Fall wäre. Insbesondere ist die Steckverzahnung von sich senkrecht zu der Längsrichtung des Hohlprofilabschnitts erstreckenden und sich zugleich, zumindest teilweise, schneidenden Durchgangsnuten gitterartig durchsetzt. Insbesondere weisen die Zähne der Steckverzahnung eine Länge auf, die im Wesentlichen mindestens doppelt so groß ist wie eine maximale Breite der Zähne, wodurch sowohl bei einer Zugbelastung als auch bei einer Druckbelastung ein relativ hohes elastisches Dehnungsvermögen der Steckverzahnung in Längsrichtung des Hohlprofilabschnitts gegeben ist. Durch die verhältnismäßig dünn ausgeformten Zähne kann insbesondere bei einer Zugbelastung des Hohlprofilabschnitts mit seinen beiden Lagerbereichen eine Reduzierung der auftretenden Spannungen in der Klebstoffschicht erreicht werden.
Insbesondere sind die Zähne einstückig mit dem Lasteinleitungselement ausgebildet. Insbesondere weisen die Zähne der Steckverzahnung über deren Längserstreckung in Längsrichtung des Endabschnitts des Lasteinleitungselements einen rechteckigen oder quadratischen Vollquerschnitt auf. Insbesondere weisen die Durchgangsnuten zumindest teilweise einen geraden Verlauf in Längsrichtung des Hohlprofilabschnitts auf. Insbesondere grenzen die Zähne der Steckverzahnung zumindest mit zwei von vier, sich in Längsrichtung des Hohlprofilabschnitts erstreckenden Längsseiten an Durchgangsnuten. Insbesondere können die Zähne mit zwei, drei oder vier, sich in Längsrichtung des Hohlprofilabschnitts erstreckenden, Längsseiten an Durchgangsnuten grenzen. Mit der Formulierung, wonach der Endabschnitt des Lasteinleitungselements von Durchgangsnuten gitterartig durchsetzt ist, die sich senkrecht zu der Längsrichtung des Hohlprofilabschnitts erstrecken und die sich zugleich, zumindest teilweise, schneiden, soll zum Ausdruck gebracht werden, dass nicht jede Durchgangsnut jede der übrigen Durchgangsnuten schneiden muss.
Vorteilhaft weisen die sich senkrecht zu der Längsrichtung des Hohlprofilabschnitts erstreckenden Durchgangsnuten in einer ersten Richtung eine konstante Breite und in einer zweiten, sich senkrecht zu der ersten Richtung erstreckenden, zweiten Richtung eine variierende Breite auf. Insbesondere sind dabei sämtliche Durchgangsnuten, die sich senkrecht zu der Längsrichtung des Hohlprofilabschnitts in derselben Richtung erstrecken, gleichartig ausgebildet; weisen also eine konstante oder eine variable Breite auf. Insbesondere weisen die Durchgangsnuten mit konstanter Breite eine bearbeitete, vorzugsweise zerspante, insbesondere gefräste, Oberfläche auf. Insbesondere weisen die Durchgangsnuten mit variierender Breite eine unbearbeitete, insbesondere stranggepresste, Oberfläche auf, wodurch keine Bearbeitungskosten anfallen. Insbesondere weisen die Durchgangsnuten mit variierender Breite im Bereich von Zahnfüßen und/oder im Bereich freier Enden der Zähne, die dem Hohlprofilabschnitt zugewandt sind, eine erhöhte Breite auf.
Insbesondere weisen die freien, dem Hohlprofilabschnitt zugewandten, Enden der Zähne senkrecht zu der Längsrichtung des Hohlprofilabschnitts eine minimale Querschnittsfläche auf. Damit ist gemeint, dass Zähne der Steckverzahnung, bezogen auf ihren Verlauf in Längsrichtung des Hohlprofilabschnitts, an ihren freien Enden die geringste Querschnittsfläche aufweisen. Dadurch bedingt weisen die Zähne an ihren freien Enden eine zusätzlich reduzierte Steifigkeit in Längsrichtung des Hohlprofilabschnitts auf. Insbesondere weisen die freien, dem Hohlprofilabschnitt zugewandten, Enden der Zähne senkrecht zu der Längsrichtung des Hohlprofilabschnitts zumindest in einer Erstreckungsrichtung einen höheren Abstand zueinander auf als dies in zumindest einem anderen Bereich in Längsrichtung des Hohlprofilabschnitts der Fall ist. Dies liegt insbesondere darin begründet, dass die Durchgangsnuten mit variierender Breite im Bereich der freien Enden der Zähne eine erhöhte Breite aufweisen. Insbesondere weist der Klebstoff, durch den der die Steckverzahnung mit dem Endabschnitt des Hohlprofilabschnitts verbunden ist, im Bereich der freien Enden der Zähne zumindest teilweise eine erhöhte Schichtdicke auf. Infolge der erhöhten Klebstoffschichtstärke können so lokal Spannungen in der Klebstoffschicht reduziert und gleichmäßiger auf den gesamten Verbindungsabschnitt verteilt werden.
Insbesondere sind die Zähne der Steckverzahnung an Zahnfüßen, an denen die Zähne in massives Material des Lasteinleitungselements übergehen, zur weiteren Reduzierung der Steifigkeit der Steckverzahnung, in Längsrichtung des Hohlprofilabschnitts, zumindest teilweise verjüngt ausgebildet. Insbesondere sind die Zahnfüße an ihren Längsseiten verjüngt ausgebildet, die an Durchgangsnuten mit variabler Breite grenzen. Da der Hohlprofilabschnitt über dessen Längserstreckung einen konstanten Querschnitt aufweist, ergibt sich so im Bereich der Zahnfüße eine zumindest teilweise verdickte Klebstoffschicht. Insbesondere sind aufgeweitete Zahnzwischenräume im Bereich der Zahnfüße, die sich durch die verjüngt ausgebildeten Zahnfüße ergeben, mit Klebstoff gefüllt. Infolge der erhöhten Klebstoffschichtstärke werden so lokale Spannungen in der Klebstoffschicht reduziert und gleichmäßiger auf den gesamten Verbindungsabschnitt verteilt.
Insbesondere ist zumindest ein Zahn der Steckverzahnung über seine Längserstreckung zu dem Profilabschnitt hin kontinuierlich verjüngt ausgebildet. Dies ist so zu verstehen, dass der zumindest eine Zahn an seinem Zahnfuß eine maximale Querschnittsfläche aufweist, die sich zu seinem freien Ende hin kontinuierlich verringert, um schließlich an seinem freien Ende ein Minimum aufzuweisen. Somit weist der zumindest eine Zahn senkrecht zur Längsrichtung des Profilabschnitts zugleich eine sich zu seinem freien Ende hin kontinuierlich reduzierende Steifigkeit in Längsrichtung des gemeinsamen Verbindungsabschnitts auf. Die kontinuierliche Verjüngung des zumindest einen Zahns trägt ebenfalls bei zu einem kontinuierlichen Übergang der Steifigkeitsverhältnisse in Längsrichtung des Hohlprofilabschnitts. Insbesondere handelt es sich bei dem zumindest einen, sich zu dem Hohlprofilabschnitt hin kontinuierlich verjüngenden Zahn um einen Eckzahn, mit zwei, sich in Längsrichtung des Hohlprofilabschnitts erstreckenden, Längsseiten, die an Durchgangsnuten grenzen.
Insbesondere ist das Lasteinleitungselement als ein Profilstück, insbesondere ein Strangpressprofilstück, mit unbearbeiteten Außenumfangsflächen und/oder Innenumfangsflächen ausgebildet, die sich in einer Profillängsrichtung erstrecken. Dies hat den Vorteil, dass als Ausgangsmaterial für das Lasteinleitungselement relativ günstiges Stangenmaterial, insbesondere stranggepresstes Stangenmaterial aus einer Aluminiumlegierung, verwendet werden kann. Die Profillängsrichtung des Profilstücks erstreckt sich insbesondere senkrecht zu der Längsrichtung des Hohlprofilabschnitts. Alternativ zu dem stranggepressten Profilstück ist beispielweise auch ein kaltgezogenes oder gewalztes Profilstück möglich. Außenumfangsflächen des Profilstücks können in diesen Zusammenhang alle Flächen sein, die bei einem vollständigen Eintauchen des Profilstücks in ein Wasserbad, unter vorheriger Abdichtung möglicherweise vorhandener Hohlräume, benetzt werden. Innenumfangsflächen sind, bei Vorhandensein von sich in Längsrichtung des Profilstücks erstreckenden Hohlräumen, die übrigen Flächen. Unter einem Profilstück ist im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ein Stück eines Endlosprofils zu verstehen. Insbesondere weist das Profilstück über seine Längserstreckung eine konstante Querschnittsgeometrie auf.
Der Hohlprofilabschnitt kann in seiner Längsrichtung bis zum Anschlag in die Steckverzahnung eingesteckt sein oder von dieser Maximalposition beabstandet sein. Die Steckverzahnung ist besonders vorteilhaft bei Zug- und/oder Druckbeanspruchung; aber auch günstig bei Torsions- und/oder Biegebeanspruchung. Insbesondere entspricht die Länge des Verbindungsabschnitts im Wesentlichen einem Außenmaß des Querschnitts des Hohlprofilabschnitts. Dadurch ist eine relativ große Länge des Verbindungsabschnitts gegeben. Dies wirkt sich insbesondere bei Belastungen des Hohlprofilabschnitts mit seinem Lasteinleitungselement bei höheren Temperaturen aus, wenn der Klebstoff unter Temperatureinfluss etwas erweicht und dadurch elastischer wird. In diesem Fall wird die Klebeverbindung auch im Bereich eines Zahnfu-ßes beansprucht, wenn der Hohlprofilabschnitt und das Lasteinleitungselement eine Zugbeanspruchung erfahren.
Somit stellt die relativ große Länge des Verbindungsabschnitts quasi eine Belastbarkeitsreserve bei relativ hohen Umgebungstemperaturen dar. Dies liegt darin begründet, dass der Klebstoff bei höheren Temperaturen eine geringere Festigkeit und Steifigkeit aufweist, wodurch Zugspannungen in Richtung der Zahnfüße verlagert werden. Eine deutlich größere Länge des Verbindungsabschnitts erhöht die Tragfähigkeit der Verbindung von Lagerbereich und Hohlprofilabschnitt nicht mehr signifikant. Eine deutlich geringere Länge des Verbindungsabschnitts führt zu einer Reduktion der Tragfähigkeit. Mit der Formulierung, dass die Steckverzahnung und der Endabschnitt des Hohlprofilabschnitts „zumindest im Wesentlichen“ formschlüssig ineinandergreifen, soll zum Ausdruck gebracht werden, dass beide Endbereiche nicht unmittelbar aneinander anliegen - zumindest nicht vollflächig, sondern einen geringfügigen Abstand zueinander aufweisen, wobei dieser geringfügige Abstand durch einen insbesondere vollflächig verteilten Klebstoff aufgefüllt ist. Die geklebte Steckverbindung weist insbesondere einen Epoxidklebstoff auf. Alternativ können auch andere Klebstoffe, wie beispielsweise Methylmethacrylat-Klebstoffe eingesetzt werden.
Wie bereits ausgeführt, ist die Steckverzahnung besonders vorteilhaft in Verbindung mit dem Hohlprofilabschnitt, weil durch das Verkleben der Zähne der Steckverzahnung mit Außenumfangsflächen des Endabschnitts des Hohlprofilabschnitts und zugleich mit Innenumfangsflächen der Kammern eine relativ große Klebefläche realisiert werden kann. Die Steckverzahnung ist darüber hinaus auch bei der Herstellung des Mehrpunktlenkers vorteilhaft, weil durch die Durchgangsnuten überschüssiger Klebstoff auf einfache Weise abgeführt werden kann. Beim Einschieben des Endabschnitts des Hohlprofilabschnitts in die Steckverzahnung wird Luft aus den Durchgangsnuten verdrängt. Auch diese verdrängte Luft kann über die Durchgangsnuten problemlos entweichen, wodurch Lufteinschlüsse in dem gemeinsamen Verbindungsabschnitt von Hohlprofilabschnitt und Lasteinleitungselement vermieden werden.
Vorteilhaft ist jedes von zwei Enden des Hohlprofilabschnitts jeweils durch eine unlösbare, geklebte Steckverbindung mit jeweils einem Lasteinleitungselement verbunden. Zugleich ist das zumindest eine Versteifungselement zwischen den beiden Steckverbindungen und zugleich mit Abstand zu den beiden Steckverbindungen angeordnet. Insbesondere ist das Versteifungselement dabei symmetrisch in Bezug auf die Mitte zwischen den beiden Steckverbindungen angeordnet. Diese Anordnung ist besonders günstig, weil bei einer Druckbeanspruchung des Hohlprofilabschnitts in der Mitte zwischen den beiden Steckverbindungen die Gefahr eines Ausknickens am größten ist.
Gemäß einer Weiterentwicklung der Erfindung ist jedes von zwei Enden des Hohlprofilabschnitts jeweils durch eine unlösbare, geklebte Steckverbindung mit jeweils einem Lasteinleitungselement verbunden. Zugleich erstreckt sich das zumindest eine Versteifungselement über die gesamte Länge zwischen den beiden Steckverbindungen unterbrechungsfrei, ohne dabei in die Steckverbindungen einzugreifen. Bei dieser Ausgestaltung ist zum einen der Hohlprofilabschnitt weitgehend versteift. Zum anderen bleibt die angesprochene Steifigkeitsreduzierung im Bereich der Steckverzahnung erhalten, wenn die Steckverzahnung aus sich in Längsrichtung des Hohlprofilabschnitts erstreckenden Zähnen gebildet ist.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung greift das Versteifungselement in die Steckverbindung ein. Wenn die Steckverzahnung aus sich in Längsrichtung des Hohlprofilabschnitts erstreckenden Zähnen gebildet ist, ist das Versteifungselement bei dieser Ausgestaltung insbesondere als ein Rohrprofil oder als ein Mehrkammerprofil ausgebildet. Insbesondere umschließt das Rohrprofil oder das Mehrkammerprofil dabei Zähne der Steckverzahnung teilweise oder vollständig umlaufend. Insbesondere sind Zähne der Steckverzahnung dabei durch eine Klebstoffschicht stoffschlüssig mit dem Versteifungselement verbunden.
Gemäß einer Weiterbildung erstreckt sich das Versteifungselement einstückig über die komplette Länge des Hohlprofilabschnitts. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass der Hohlprofilabschnitt zusammen mit dem Verseifungselement hergestellt werden kann. Auf diese Weise kann ein separater Arbeitsgang, bei dem das Versteifungselement in die Kammer des Hohlprofilabschnitts eingeführt wird, eingespart werden. Wenn die Steckverzahnung aus sich in Längsrichtung des Hohlprofilabschnitts erstreckenden Zähnen gebildet ist, ist das Versteifungselement auch bei dieser Ausgestaltung bevorzugt als ein Rohrprofil oder als ein Mehrkammerprofil ausgebildet. Insbesondere umschließt das Rohrprofil oder das Mehrkammerprofil auch hier Zähne der Steckverzahnung teilweise oder vollständig umlaufend. Insbesondere sind Zähne der Steckverzahnung dabei durch eine Klebstoffschicht stoffschlüssig mit dem Versteifungselement verbunden.
Vorteilhaft sind in die Kammer und/oder in das Versteifungselement Komponenten eines Schadenserkennungssystems integriert. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn das Versteifungselement als ein umfänglich geschlossenes Rohrprofil ausgebildet ist. In diesem Fall sind die Komponenten in einem ohnehin zur Verfügung stehenden Bauraum untergebracht und zugleich vor Umwelteinflüssen geschützt, insbesondere, wenn die Kammer des Hohlprofilabschnitts luftdicht verschlossen ist. Insbesondere dient das Schadenserkennungssystem zur Erkennung von Schädigungen des Mehrpunktlenkers, insbesondere von faserverstärkten Kunststoffkomponenten des Mehrpunktlenkers. Bei den Komponenten kann es sich beispielsweise um ein Überwachungsmodul und/oder einen elektrischen Energiespeicher handeln.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist, zur weiteren Erhöhung der Steifigkeit des Mehrpunktlenkers, ein Außenversteifungselement stoffschlüssig mit einer Außenumfangsfläche des Hohlprofilabschnitts verbunden. Wenn eine Seite der Außenumfangsfläche des Hohlprofilabschnitts, insbesondere eine im Einbauzustand einer Fahrbahn zugewandte Seite, über ihre gesamte Längserstreckung durch das Außenversteifungselement abgedeckt ist, wird zusätzlich zu der versteifenden Wirkung ein Steinschlagschutz für den Hohlprofilabschnitt bereitgestellt. Das Außenversteifungselement kann genauso lang sein wie der Hohlprofilabschnitt oder kürzer sein als der Hohlprofilabschnitt. Insbesondere ist das Außenversteifungselement umfänglich zwischen zwei Rippen angeordnet, die, bei Betrachtung des Hohlprofilabschnitts im Querschnitt, nach außen hin abstehen. Die stoffschlüssige Verbindung ist vorzugsweise als eine Klebeverbindung ausgebildet. Das Außenversteifungselement besteht vorzugsweise aus Aluminium. Alternativ kann das Außenversteifungselement auch aus einem faserverstärkten, insbesondere einem endlosfaserverstärkten, Kunststoff gebildet sein.

1 in einer perspektivischen Darstellung eine Fahrwerkanordnung gemäß dem Stand der Technik;
2 in einer perspektivischen, teilweise explodierten Darstellung einen Mehrpunktlenkers gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
3 in einer Schnittdarstellung den Mehrpunktlenker aus 2 gemäß dem dort angegebenen Schnittverlauf A - A;
4 in einer Schnittdarstellung einen Hohlprofilabschnitt eines Mehrpunktlenkers gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
5 in einer perspektivischen Darstellung ein Lasteinleitungselement des Mehrpunktlenkers aus 2;
6 in einer Schnittdarstellung den Mehrpunktlenker aus 2 gemäß dem dort angegebenen Schnittverlauf B - B;
7 in einem Längsschnitt einen Mehrpunktlenker gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
8 in einem Längsschnitt einen Mehrpunktlenker gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung;
9 in einem Längsschnitt einen Mehrpunktlenker gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung;
10 in einem Längsschnitt einen Mehrpunktlenker gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung;
11 in einer perspektivischen Darstellung einen Mehrpunktlenker gemäß einer siebten Ausführungsform der Erfindung und
12 in einer perspektivischen Darstellung einen Mehrpunktlenker gemäß einer achten Ausführungsform der Erfindung.

1 zeigt einen Teil eines Fahrwerks 1, das Bestandteil eines Kraftfahrzeugs, vorliegend eines Nutzfahrzeugs 2, ist, wobei das Fahrwerk 1 zwei in einer unteren Lenkerebene angeordnete Achsstreben 3 aufweist. Die beiden Achsstreben 3 sind jeweils mit einem Ende durch ein Molekulargelenk an eine als Starrachse 5 ausgebildete Fahrzeugachse angebunden. Mit dem anderen Ende sind die Achsstreben 3, ebenfalls durch ein Molekulargelenk, jeweils indirekt an einen Fahrzeugrahmen 6 angebunden. Die Starrachse 5 wird neben den beiden Achsstreben 3 durch einen Vierpunktlenker 7 geführt, der in einer oberen Lenkerebene angeordnet und im Wesentlichen x-förmig ausgebildet ist. Der Vierpunktlenker 7 vereinigt die Funktionen eines Dreipunktlenkers und eines separaten Wankstabilisators in einem Bauteil. Der Vierpunktlenker 7 ist in einem rahmenseitigen Lagerbereich 4 durch zwei Molekulargelenke an den Fahrzeugrahmen 6 und in einem achsseitigen Lagerbereich 10 durch zwei Molekulargelenke an die Starrachse 5 angebunden. Zwei der insgesamt vier Molekulargelenke sind durch einen Längsträger des Fahrzeugrahmens 6 verdeckt. Wie bereits angedeutet, könnte der Vierpunktlenker 7 durch einen Dreipunktlenker ersetzt werden, wenn das Fahrwerk 1 zusätzlich einen Wankstabilisator aufweisen würde.
2 zeigt einen Mehrpunktlenker 20 für ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs, wobei der Mehrpunktlenker 20 als ein gerader Zweipunktlenker ausgebildet ist. Bei dem Zweipunktlenker 20 handelt es sich um eine gebaute Achsstrebe. Der Zweipunktlenker 20 weist einen geraden Hohlprofilabschnitt 21 aus einem faserverstärkten Kunststoff und an den beiden Enden des Hohlprofilabschnitts 21 jeweils ein Lasteinleitungselement 22 aus Aluminium auf. Der Hohlprofilabschnitt 21 weist, bei Betrachtung im Querschnitt, zwei Hohlräume 23 auf, die jeweils als eine umfänglich geschlossene Kammer 23 ausgebildet sind. In zwei gemeinsamen Verbindungsabschnitten 24 sind der Hohlprofilabschnitt 21 und jeweils eines der zwei Lasteinleitungselemente 22 über eine unlösbare, geklebte Steckverbindung 25 miteinander verbunden. In einer der Kammern 23 ist, zur Erhöhung der Steifigkeit des Mehrpunktlenkers 20, ein fest mit dem Hohlprofilabschnitt 21 verbundenes Versteifungselement 26 angeordnet, das mit konstantem Querschnitt über seine Längserstreckung ausgebildet ist. Das Versteifungselement 26 erstreckt sich in einer Längsrichtung 27 des Hohlprofilabschnitts 21 über die gesamte Länge des Hohlprofilabschnitts 21 und ist als ein Aluminium- Strangpressprofil ausgebildet. Jedes Lasteinleitungselement 22 weist jeweils einen Endabschnitt 28 auf, der als eine Steckverzahnung 29 mit sich zumindest im Wesentlichen in Längsrichtung 27 des Hohlprofilabschnitts 21 erstreckenden Zähnen 30 ausgebildet ist.
In 3 ist deutlich zu erkennen, dass der Hohlprofilabschnitt 21 als ein Mehrkammer- Hohlprofilabschnitt ausgebildet ist, wobei der Mehrkammer- Hohlprofilabschnitt 21 als ein Zweikammer- Hohlprofilabschnitt mit einer unteren Kammer 23 und einer oberen Kammer 23 ausgebildet ist. Das in der unteren Kammer 23 des Hohlprofilabschnitts 21 angeordnete Versteifungselement 26 ist als ein umfänglich geschlossenes Rechteck- Rohrprofil ausgebildet, dass die untere Kammer 23 im Wesentlichen vollständig ausfüllt, wobei ein Zwischenraum zwischen einer Innenumfangsfläche 31 der Kammer 23 und einer Außenumfangsfläche 32 des Versteifungselements 26 mit einem Klebstoff 33 ausgefüllt ist. Die obere Kammer 23 des Hohlprofilabschnitts 21, in der sich kein Versteifungselement 26 befindet, weist insgesamt sechs, von der Innenumfangsfläche 31 nach innen zur Mitte der Kammer 23 hin vorspringende, schmale Aufdickungen 34 auf. Die schmalen Aufdickungen 34 erstrecken sich streifenförmig in Längsrichtung 27 des Hohlprofilabschnitts 21 über dessen gesamte Länge. In der unteren Kammer 23 sind Aufdickungen 34 in gleicher Weise angeordnet. Diese Aufdickungen 34 weisen dem Versteifungselement 26 zugewandte Distanzflächen 35 auf, die das Versteifungselement 26 berühren oder geringfügig von diesem beabstandet sind. Die obere und die untere Kammer 23 sind durch einen Quersteg 36 des Hohlprofilabschnitts 21 voneinander getrennt und zugleich symmetrisch in Bezug auf ein sich in Längsrichtung des Querstegs 36 erstreckende Symmetrielinie angeordnet. Zur weiteren Erhöhung der Steifigkeit der Achsstrebe 20 weist der Hohlprofilabschnitt 21, bei Betrachtung im Querschnitt, sechs nach außen hin abstehende Rippen 37 auf. Bezogen auf eine eingezeichnete Mittellinie sind jeweils zwei der sechs Rippen 37 paarweise gegenüberliegend angeordnet.
4 zeigt einen Hohlprofilabschnitt 21 eines Mehrpunktlenkers 20, wobei der Hohlprofilabschnitt 21 nur eine Kammer 23 aufweist. Die Kammer 23 ist durch ein Versteifungselement 26 im Wesentlichen vollständig ausgefüllt, wobei das Versteifungselement 26 als ein umfänglich geschlossenes Mehrkammerprofil ausgebildet ist. Das Versteifungselement 26 ist mit einer Innenumfangsfläche 31 der Kammer 23 verklebt. Zur weiteren Erhöhung der Steifigkeit des Mehrpunktlenkers 20 sind zwei Außenversteifungselemente 38 mit einer Außenumfangsfläche 39 des Hohlprofilabschnitts 21 verklebt.
In 5 ist zu erkennen, dass die Steckverzahnung 29 des Lasteinleitungselements 22 aus 2 von sich senkrecht zu der Längsrichtung 27 des Hohlprofilabschnitts 21 erstreckenden und sich teilweise zugleich schneidenden Durchgangsnuten 40 gitterartig durchsetzt ist. Die Zähne 30 der Steckverzahnung 29 weisen eine Länge auf, die etwa doppelt so groß ist wie eine maximale Breite der Zähne 30. Das Lasteinleitungselement 22, das als ein Strangpressprofilstück ausgebildet ist, weist eine sich senkrecht zu einer Längsrichtung 27 des Hohlprofilabschnitts 21 ausgerichtete Öffnung 41 zur Aufnahme eines nicht dargestellten Molekulargelenks auf.
Wie in 6 zu erkennen ist, greift das Versteifungselement 26 in die Steckverbindung 25 ein. Das Versteifungselement 26 ist als ein Rechteckrohrprofil ausgebildet und umschließt einen massiven Zahn 30 der Steckverzahnung 29 vollständig umlaufend. Das Versteifungselement 26 ist mit dem Zahn 30, den es umlaufend umschließt, und zugleich mit der Innenumfangsfläche 31 der unteren Kammer 23 jeweils vollflächig verklebt. Die obere Kammer 23 ist durch einen weiteren Zahn 30 der Steckverzahnung 29 und eine vollflächig aufgetragene Klebstoffschicht 33 ausgefüllt, wobei die Klebstoffschicht 33 die Außenumfangsfläche 32 des Versteifungselements 26 mit der Innenumfangsfläche 31 der oberen Kammer 23 stoffschlüssig verbindet.
7 zeigt einen Zweipunktlenker 20 mit einem Hohlprofilabschnitt 21, dessen beide Enden jeweils durch eine unlösbare, geklebte Steckverbindung 25 mit jeweils einem Lasteinleitungselement 22 verbunden sind. Ein Versteifungselement 26 ist in einer Kammer 23 des Hohlprofilabschnitts 21 mittig zwischen den beiden Steckverbindungen 25 und zugleich mit Abstand zu den beiden Steckverbindungen 25 angeordnet. Das Versteifungselement 26 ist als ein umfänglich geschlossenes Rohrprofil ausgebildet, das mit seiner Außenumfangsfläche 32 vollflächig mit einer Innenumfangsfläche 31 der Kammer 23 verklebt ist. Sowohl in die Kammer 23 als auch in das Versteifungselement 26 sind Komponenten 42 eines Schadenserkennungssystems integriert. In dem Versteifungselement 26 ist ein Überwachungsmodul und in der Kammer 23 ist ein elektrischer Energiespeicher des Schadenserkennungssystems angeordnet.
8 zeigt einen Zweipunktlenker 20 mit einem Hohlprofilabschnitt 21, dessen beide Enden jeweils durch eine unlösbare, geklebte Steckverbindung 25 mit jeweils einem Lasteinleitungselement 22 verbunden sind. Ein Versteifungselement 26 ist in einer Kammer 23 des Hohlprofilabschnitts 21 mittig zwischen den beiden Steckverbindungen 25 und zugleich mit Abstand zu den beiden Steckverbindungen 25 angeordnet. Zwei weitere Versteifungselemente 26 greifen jeweils in eine der beiden Steckverbindungen 25 ein und umschließen dabei jeweils einen Zahn 30 einer Steckverzahnung 29 der beiden Lasteinleitungselemente 22. Die beiden letztgenannten Versteifungselemente 26 sind jeweils, ebenso wie der Hohlprofilabschnitt 21, bis fast zum Anschlag in die Steckverzahnung 29 eingeschoben und erstrecken sich zugleich jeweils um 20 Millimeter aus der jeweiligen Steckverzahnung 29 heraus in Richtung des jeweils gegenüberliegenden Lasteinleitungselements 22.
Bei einem in 9 dargestellten Zweipunktlenker 20 ist jedes von zwei Enden eines Hohlprofilabschnitts 21 jeweils durch eine unlösbare, geklebte Steckverbindung 25 mit jeweils einem Lasteinleitungselement 22 verbunden. Zugleich erstreckt sich ein rohrförmiges Versteifungselement 26 unterbrechungsfrei über die gesamte Länge des Hohlprofilabschnitts 21 zwischen den beiden Steckverbindungen 26, ohne dabei in die beiden Steckverbindungen 25 einzugreifen.
10 zeigt einen Zweipunklenker 20 bei dem jedes von zwei Enden eines Hohlprofilabschnitts 21 jeweils durch eine unlösbare, geklebte Steckverbindung 25 mit jeweils einem Lasteinleitungselement 22 verbunden ist. In einer Kammer 23 des Hohlprofilabschnitts 21 ist ein Versteifungselement 26 angeordnet, das durch einen umfänglichen Presssitz fest mit dem Hohlprofilabschnitt 21 verbunden ist. Das Versteifungselement 26 erstreckt einstückig über die komplette Länge des Hohlprofils 21 und greift dabei in die beiden Steckverbindungen 25 ein.
11 zeigt einen Mehrpunktlenker 20, der als ein Dreipunktlenker ausgebildet ist und drei Lasteinleitungselemente 22 aufweist. Der Dreipunktlenker 20 weist darüber hinaus zwei identische, gerade Hohlprofilabschnitte 21 auf, die in einem gemeinsamen Lagerbereich zusammenlaufen, der durch eines der drei vorgenannten Lasteinleitungselemente 22 gebildet ist. Dieses Lasteinleitungselement 22 weist zwei Steckverzahnungen 29 auf, in die in einem Verbindungsabschnitt 24 jeweils ein Endabschnitt eines der beiden Hohlprofilabschnitte 21 eingreift. Jeder Hohlprofilabschnitt 21 weist eine nicht dargestellte Kammer 23 auf, in der jeweils ein ebenfalls nicht dargestelltes Versteifungselement 26 angeordnet ist, das fest mit dem Hohlprofilabschnitt 21 verbunden ist.
Ein in 12 dargestellter Mehrpunktlenker 20 ist als ein Vierpunktlenker ausgebildet, der zwei parallel zueinander beabstandete Hohlprofilabschnitte 21 aufweist, die durch ein Koppelelement 43 fest miteinander verbunden sind. Jeder Hohlprofilabschnitt 21 weist eine nicht dargestellte Kammer 23 auf, in der jeweils ein ebenfalls nicht dargestelltes Versteifungselement 26 angeordnet ist, das jeweils fest mit dem zugeordneten Hohlprofilabschnitt 21 verbunden ist. Darüber hinaus ist jeder Hohlprofilabschnitt 21 jeweils in einem mittleren Bereich seiner Längserstreckung dreiseitig von einem Außenversteifungselement 38 umschließend eingefasst und mit diesem verklebt. Auf der jeweils vierten Außenumfangsseite der Hohlprofilabschnitte 21 sind diese jeweils mit dem Koppelelement 43 verbunden. Jedes Außenversteifungselement 38 weist zwei parallel zueinander beabstandete Laschen auf, wobei sich die insgesamt vier Laschen in der Mitte zwischen den beiden Hohlprofilabschnitten 21 jeweils paarweise treffen. Somit sind die Laschen, bei Betrachtung im Querschnitt, U-förmig ausgebildet. Die Laschen, die auf einander abgewandten Seiten des Koppelelements 43 vollflächig mit diesem verklebt sind, stellen funktionsintegrierende Elemente der Außenversteifungselemente 38 dar. Die Laschen dienen dazu, die feste Verbindung zwischen den Hohlprofilabschnitten 21 und dem Koppelelement 38 zu verstärken. An jedem Ende der beiden Hohlprofilabschnitte 21 des Vierpunktlenkers 20 ist jeweils ein Lasteinleitungselement 22 mit einem Molekulargelenk angeordnet.
Bezugszeichenliste

1: Fahrwerk
2: Kraftfahrzeug, Nutzfahrzeug
3: Achsstrebe
4: rahmenseitiger Lagerbereich
5: Fahrzeugachse, Starrachse
6: Fahrzeugrahmen
7: Vierpunktlenker
10: achsseitiger Lagerbereich
20: Mehrpunktlenker, Zweipunktlenker, Achsstrebe, Dreipunktlenker, Vierpu n ktlen ker
21: Hohlprofilabschnitt, Mehrkammer- Hohlprofilabschnitt, Zweikammer-Hohlprofilabschnitt
22: Lasteinleitungselement
23: Hohlraum, Kammer
24: Verbindungsabschnitt
25: Steckverbindung
26: Versteifungselement
27: Längsrichtung des Hohlprofilabschnitts
28: Endabschnitt des Lasteinleitungselements
29: Steckverzahnung
30: Zahn
31: Innenumfangsfläche der Kammer
32: Außenumfangsfläche des Versteifungselements
33: Klebstoff, Klebstoffschicht
34: Aufdickung
35: Distanzfläche
36: Quersteg
37: Rippe
38: Außenversteifungselement
39: Außenumfangsfläche des Hohlprofilabschnitts
40: Durchgangsnut
41: Öffnung
42: Komponente eines Schadenserkennungssystems
43: Koppelelement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010053843 A1 [0002]

Claims

Mehrpunktlenker (20) für ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs, der Mehrpunktlenker (20) aufweisend zumindest einen Hohlprofilabschnitt (21) aus einem faserverstärkten Kunststoff und zumindest ein Lasteinleitungselement (22) aus einem metallischen Werkstoff, wobei der Hohlprofilabschnitt (21), bei Betrachtung im Querschnitt, zumindest einen Hohlraum aufweist, der als eine umfänglich geschlossene Kammer (23) ausgebildet ist und wobei der Hohlprofilabschnitt (21) und das Lasteinleitungselement (22) in einem gemeinsamen Verbindungsabschnitt (24) über eine unlösbare, geklebte Steckverbindung (25) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass in der Kammer (23) zumindest ein fest mit dem Hohlprofilabschnitt (21) verbundenes Versteifungselement (26) angeordnet ist, um die Steifigkeit des Mehrpunktlenkers (20) zu erhöhen.
Mehrpunktlenker (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Versteifungselement (26) als ein umfänglich geschlossenes Rohrprofil ausgebildet ist.
Mehrpunktlenker (20) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Versteifungselement (26) als ein umfänglich geschlossenes Mehrkammerprofil ausgebildet ist.
Mehrpunktlenker (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Versteifungselement (26) die Kammer (23) des Hohlprofilabschnitts (21), bei Betrachtung in einem Querschnitt, zumindest im Wesentlichen vollständig ausfüllt.
Mehrpunktlenker (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Versteifungselement (26) mit einer Innenumfangsfläche (31) der Kammer (23) stoffschlüssig verbunden, insbesondere verklebt, ist.
Mehrpunktlenker (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (23) des Hohlprofilabschnitts (21), bei Betrachtung im Querschnitt, von einer Innenumfangsfläche nach innen vorspringende, schmale Aufdickungen aufweist.
Mehrpunktlenker (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Versteifungselement (26) kraftschlüssig, insbesondere durch eine Presspassung, in der Kammer (23) festgelegt ist.
Mehrpunktlenker (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlprofilabschnitt (21) als ein Mehrkammer- Hohlprofilabschnitt ausgebildet ist.
Mehrpunktlenker (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlprofilabschnitt (21), bei Betrachtung im Querschnitt, zur weiteren Erhöhung der Biegesteifigkeit und/oder der Torsionssteifigkeit und/oder der Knicksteifigkeit zumindest eine nach außen hin abstehende Rippe (37) aufweist.
Mehrpunktlenker (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Endabschnitt (28) des Lasteinleitungselements (22) eine Steckverzahnung (29) mit sich zumindest im Wesentlichen in Längsrichtung (27) des Hohlprofilabschnitts (21) erstreckenden Zähnen (30) aufweist.
Mehrpunktlenker (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes von zwei Enden des Hohlprofilabschnitts (21) jeweils durch eine unlösbare, geklebte Steckverbindung (25) mit jeweils einem Lasteinleitungselement (22) verbunden ist und dass das zumindest eine Versteifungselement (26) zwischen den beiden Steckverbindungen (25) und zugleich mit Abstand zu den beiden Steckverbindungen (25) angeordnet ist.
Mehrpunktlenker (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass jedes von zwei Enden des Hohlprofilabschnitts (21) jeweils durch eine unlösbare, geklebte Steckverbindung (25) mit jeweils einem Lasteinleitungselement (22) verbunden ist und dass sich das zumindest eine Versteifungselement (26) über die gesamte Länge zwischen den beiden Steckverbindungen (25) unterbrechungsfrei erstreckt, ohne dabei in die Steckverbindungen (25) einzugreifen.
Mehrpunktlenker (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Versteifungselement (26) in die Steckverbindung (25) eingreift.
Mehrpunktlenker (20) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Versteifungselement (26) einstückig über die komplette Länge des Hohlprofilabschnitts (21) erstreckt.
Mehrpunktlenker (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in die Kammer (23) und/oder in das Versteifungselement (26) Komponenten (42) eines Schadenserkennungssystems integriert sind.
Mehrpunktlenker (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, zur weiteren Erhöhung der Steifigkeit des Mehrpunktlenkers (20), ein Außenversteifungselement (38) stoffschlüssig mit einer Außenumfangsfläche (39) des Hohlprofilabschnitts (21) verbunden ist.