DE102019211630A1

DE102019211630A1 - Radnabenlagermodul für einen Aufhängungsträger oder -achsschenkel

Info

Publication number: DE102019211630A1
Application number: DE102019211630.2A
Authority: DE
Inventors: Marco Falossi; Valentin Fleury; Alessandro Garrone; Remi Sarlin; Edo Schramm
Original assignee: SKF Aerospace France SAS; SKF AB
Current assignee: SKF Aerospace France SAS; SKF AB
Priority date: 2018-08-08
Filing date: 2019-08-02
Publication date: 2020-02-13
Also published as: CN110821970A; US20200047795A1; US11519460B2; IT201800007973A1

Abstract

Nabenlagermodul (1) für einen leichtgewichtigen Aufhängungsträger oder -achsschenkel eines Fahrzeug, wobei das Nabenlagermodul ein Radlager (3) und ein Lagerverbindungsstück (2) zu dem Aufhängungsträger oder -achsschenkel aufweist, wobei das Lagerverbindungsstück koaxial mit dem Wälzlager angeordnet ist und ein erstes Hülsenelement (5) und ein zweites Hülsenelement (6) aufweist, das radial außerhalb des ersten Hülsenelements angeordnet ist und einen ringförmigen Verbundkörper (7), vorzugsweise BMC (Bulk Molding Compound), aufweist, der eine radial innere Seitenfläche, die mechanisch mit dem ersten Hülsenelement gekoppelt ist, und eine radial äußere Seitenfläche (8) hat, die dazu ausgebildet ist, mechanisch und chemisch mit dem Aufhängungsträger oder - achsschenkel zu koppeln.

Description

Technisches Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Radnabenlagermodul für einen Aufhängungsträger oder -achsschenkel, insbesondere einen Spurstangenachsschenkel eines Fahrzeugs.
Bekannte Technik
Wie z. B. aus US2016121927A1 bekannt ist, gibt es in der Automobilindustrie im Interesse der Treibstoffökonomie einen zunehmenden Trend in Richtung einer Gewichtsreduktion der Komponententeile von Fahrzeugen. Eine solche Komponente ist der Spurstangenachsschenkel, der das Radlager mit der Fahrzeugaufhängung verbindet, und allgemeiner umfassen solche Komponenten alle Träger der Fahrzeugaufhängung. Üblicherweise werden Träger und Spurstangenachsschenkel aus Gusseisen oder einer leichtgewichtigen Legierung hergestellt, aber es gibt Potenzial für Gewichtseinsparungen durch Herstellung des Achsschenkels/Trägers aus einem leichteren Material, wie beispielsweise faserverstärktem Polymer.
Jedoch existiert ein Problem beim Verbinden des Radlagers mit dem Verbundmaterial des Trägers/Achsschenkels.
Gemäß US2016121927A1 wird ein gesamter Achsschenkelverbundkörper, der ein faserverstärktes Polymermaterial aufweist, auf ein Hülsenelement umgeformt, das als ein Lagerverbindungsstück wirkt und aus dem Außenring der Wälzlagereinheit, die die Radnabe darstellt, oder aus einem Metallring, der dazu ausgebildet ist, mit dem Wälzlager verbunden zu werden, besteht.
Das faserverstärkte Material weist ein Long Fiber Molding Compound auf, das auf eine erste Verbindungsfläche an dem Hülsenelement umgeformt ist, wobei die erste Verbindungsfläche eine radial äußere Fläche des Hülsenelements ist. Zusätzlich ist die erste Verbindungsfläche mit einem ausgesparten Abschnitt versehen, in den das Long Fiber Molding Compound fließt, um mechanisch das Hülsenelement mit dem Verbundkörper in einer axialen Richtung zu sichern.
Jedoch kann das Formen eines ganzen Achsschenkelkörpers (oder eines ganzen Aufhängungsträgers) auf ein Wälzlager, oder auf jeden Fall sogar auf ein Verbindungsstück, das aus einer Metallhülse besteht, kein einfacher und günstiger Vorgang sein. Jedoch kann die Übertragung von Kräften zwischen dem Lager und dem Achsschenkelkörper nicht immer optimiert sein, insbesondere während des Kurvenfahrens.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Nabenlagermodul für einen Aufhängungsträger oder -achsschenkel, insbesondere einen Spurstangenachsschenkel, eines Fahrzeug bereitzustellen, der eine Nabenlagereinheit aufweist, der einfach auf einem Verbundmaterialachsschenkelkörper anzuordnen ist und immer eine optimierte Übertragung von Kräften zwischen der Nabenlagereinheit und dem Achsschenkelkörper sicherstellt.
Gemäß der Erfindung wird daher ein Nabenlagermodul für einen Aufhängungsträger oder - achsschenkel eines Fahrzeugs bereitgestellt, der die in den angehängten Ansprüchen beschriebenen Merkmale hat.
Figurenliste
Die Erfindung wird nun mit Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, die nicht-beschränkende Ausführungsformen davon darstellen, in denen:

1 schematisch im Aufriss ein Nabenlagermodul gemäß der Erfindung darstellt, das ein Wälzlager aufweist und auf einem Träger oder Achsschenkel einer Fahrzeugaufhängung angeordnet ist, dargestellt in einer Schnittansicht entlang einer Ebene parallel zu einer diametralen Ebene des Wälzlagers, in diesem Fall eine Nabenlagereinheit definierend, die in dem Nabenlagermoduls integriert ist;
2 in einer schematischen Weise eine vergrößerte Schnittansicht eines Details des Nabenlagermoduls von 1 darstellt; und
3a bis 3f schematisch axonometrische und Schnittansichten jeweils von unterschiedlichen und nicht-beschränkenden Ausführungsformen derselben Komponente des Nabenlagermoduls von 1 darstellen.

Detaillierte Offenbarung
Mit Bezugnahme auf 1 bis 3 gibt die Zahl 1 als ein Ganzes ein Radnabenlagermodul für einen leichtgewichtigen Aufhängungsträger oder -achsschenkel 2 eines Fahrzeugs an, wobei das letztere der Einfachheit wegen nicht gezeigt ist.
Der leichtgewichtige Aufhängungsträger oder -achsschenkel 2 ist nur in einer schematischen, nicht-beschränkenden Weise dargestellt und kann in irgend einer bekannten Weise hergestellt sein, zum Beispiel aus abgeschnittenem Metallblech oder aus einem Verbundmaterial, zum Beispiel wie das in US 2016121927A1 gezeigten oder durch irgendein anderes geeignetes Verfahren. Er kann beliebig auch ein Spurstangenachsschenkel für die Vorderräder eines Fahrzeugs oder ein rückwärtiger Träger oder Achsschenkel sein.
Das Radnabenlagermodul 1 für den Aufhängungsträger oder -achsschenkel 2 weist ein Radlager 3 und ein Lagerverbindungsstück 4 zum Verbinden des Radlagers 3 mit dem Aufhängungsträger oder -achsschenkel 2 auf.
Das Lagerverbindungsstück 4 ist allgemein koaxial mit dem Radlager 3 angeordnet und weist ein erstes Hülsenelement 5 auf.
Das Radlager 3 ist in dem gezeigten, nicht-beschränkenden Beispiel ein Wälzlager und besteht vorzugsweise aus einer Nabenlagereinheit, die eine bekannte allgemeine Gestaltung hat, die daher nicht im Detail beschrieben wird.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist das Lagerverbindungsstück 4 auch ein zweites Hülsenelement 6 auf, das radial außerhalb des ersten Hülsenelements 5 angeordnet ist und einen ringförmigen Körper 7 aufweist, der koaxial sowohl mit dem ersten Hülsenelement 5 als auch dem Radlager 3 ist. Der ringförmige Körper 7 hat eine radial äußeren Seitenfläche 8 und eine radial innere Seitenfläche 9 und ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform aus einem Verbundmaterial hergestellt, das aus der Gruppe bestehend aus BMC (Bulk Molding Compound), LFT (Long Fiber Thermoplastic) und DLFT (Direct Long Fiber Thermoplastic) ausgewählt ist.
Sowohl BMC als auch LFT/DLFT sind synthetische Kunststoffmaterialien, bei denen einzelne verstärkende Fasern mit beträchtlicher Länge (üblicherweise 1/2 Zoll oder 12 mm) gleichmäßig in einer synthetischen Kunststoffmatrix ohne spezifische Orientierung (oder orientiert durch den Fluss während der Kompression, aber niemals in Schichten angeordnet) angeordnet sind, während z. B. in SMC-Materialien die Fasern in Schichten angeordnet sind. In BMC-Materialien wird die synthetische Kunststoffmatrix im Allgemeinen durch ein Duroplast (aber in letzter Zeit auch durch thermoplastisches Harz) gebildet und derartige Materialien sind dazu geeignet, im Allgemeinen durch eine Kompressionsformung geformt zu werden; bei LFT/DLFT-Materialien wird die synthetische Kunststoffmatrix durch ein thermoplastisches Harz definiert und solche Materialien sind dazu ausgebildet, durch Spritzgießen geformt zu werden. Des Weiteren haben sowohl bei den BMCals auch LFT-Materialien die verstärkenden Fasern eine gleichmäßige Länge.
Bevorzugt bilden bei dem fertigen, ausgeformten Material die einzelnen verstärkenden Fasern Gruppen von Fasern, die bezüglich einander orientiert sind, und die Gruppen sind gleichmäßig in der Matrix zufallsangeordnet, um zu einem isotropen oder nahezu isotropen Material zu führen.
Dementsprechend ist es ein wichtiger Aspekt der Erfindung, dass der ringförmige Körper 7 aus einem Verbundmaterial hergestellt ist, das verstärkende Fasern aufweist, die in einer Polymermatrix angeordnet sind, wobei die einzelnen verstärkende Fasern Gruppen von Fasern bilden, die bezüglich einander ausgerichtet sind, und die Gruppen gleichmäßig zufällig in der Polymermatrix angeordnet sind. Die spezifischen Materialien, die oben dargelegt sind, sind Beispiele von bevorzugten Materialien, die in die obige Definition fallen. Es ist jedoch beabsichtigt, dass jedes andere Verbundmaterial, das in die obige Definition fällt, vorteilhafterweise in der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist die radial innere Seitenfläche 9 mechanisch mit dem ersten Hülsenelement 5 gekoppelt, wie gesehen werden wird, und die radial äußere Seitenfläche 8 ist mechanisch und chemisch im Einsatz mit dem Aufhängungsträger oder - achsschenkel 2 gekoppelt, wie gesehen werden wird.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist in der Tat der ringförmige BMC/LFT/DLFT-Körper 7 vorzugsweise nur teilweise ausgehärtet und wurde auf eine radial äußere Seitenfläche 10 des ersten Hülsenelements 5 angeformt.
Die radial äußere Seitenfläche 10 des ersten Hülsenelements 5 ist im Wesentlichen zylindrisch und entwickelt sich in die Länge (d. h. axial bezüglich dem Hülsenelement 5) entlang einer ersten Symmetrieachse A davon.
Die Symmetrieachse A ist auch die Symmetrieachse des Radlagers 3 und in allgemeinen Worten des gesamten Verbindungsstücks 4.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist die radial äußere Seitenfläche 10 nicht glatt, da sie behandelt wurde, um eine Anhaftung an dem ringförmigen BMC/LFT/DLFT-Körper 7 zu erhöhen.
Gemäß einem bevorzugten Aspekt der Erfindung wurde die radial äußere Seitenfläche 10 des ersten Hülsenelements 5 gerändelt oder beschriftet oder anderweitig unter Verwendung von mechanischen, chemischen oder optischen Prozessen maschinell bearbeitet, um darauf eine Oberflächentextur 11 (3a) zu erzeugen, die ihren Oberflächenbereich erhöht und/oder irgendeine Art von mikroskopischen Sicherungsmerkmalen erzeugt. Daher ist gemäß einem bevorzugten Aspekt der Erfindung die äußere Seitenfläche 10 des ersten Hülsenelements 5 in einer kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Weise mit einer Oberflächentextur 11 versehen, die ihren Oberflächenbereich erhöht.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist die radial äußere Seitenfläche 10 des ersten Hülsenelements 5 mit einem Sicherungsmittel 12 ausgestattet, das in den ringförmigen BMC/LFT/DLFT-Körper eingebettet ist (2).
Gemäß einem bevorzugten Aspekt der Erfindung ist die radial äußere Seitenfläche 10 des ersten Hülsenelements 5 gleichzeitig sowohl mit dem Sicherungsmittel 12 als auch der Oberflächentextur 11 versehen.
Das Sicherungsmittel 12 ist aus einer Gruppe von gleichermaßen möglichen unterschiedlichen Ausführungsformen davon ausgewählt, die in 3b bis 3f gezeigt sind. 3b bis 3f sind nicht nicht-beschränkend und weitere unterschiedliche Ausführungsformen des Sicherungsmittels 12 können möglich sein.
Gemäß einer ersten Ausführungsform, die in 3c gezeigt ist, besteht das Sicherungsmittel 12 aus zumindest zwei ringförmigen Nuten 13, die eine kreisförmige Form haben, somit koaxial mit der Achse A, und axial an der äußeren Seitenfläche 10 des ersten Hülsenelements 5 beabstandet bereitgestellt sind. Die Nuten 13 sind vollständig mit dem Material des ringförmigen BMC/LFT/DLFT-Körpers 7 gefüllt.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform, die in 3b gezeigt ist, besteht das Sicherungsmittel 12 aus zumindest zwei ringförmigen Nuten 14, die eine sinusförmige Form haben, wenn sie in einer Ebene parallel zur Achse A gesehen werden; die zwei Nuten 14 sind an der äußeren Seitenfläche 10 des ersten Hülsenelements 5 mit einem axialen Abstand dazwischen vorgesehen, sodass sie einander schneiden, wie klar in 3b gesehen werden kann. Vorzugsweise sind die zwei Nuten 14 reziprok symmetrisch geformt, sodass alle Schnittpunkte davon entlang eines Umfangs 15, der in einer Mittelebene des Hülsenelements 5 transversal senkrecht zur Achse A enthalten ist, ausgerichtet sind. Die Nuten 14 sind vollständig mit dem Material des ringförmigen BMC/LFT/DLFT-Körpers 7 gefüllt.
Gemäß einer dritten Ausführungsform, die in 3d gezeigt ist, besteht das Sicherungsmittel 12 aus zumindest einer ringförmigen Nut 16, die an der äußeren Seitenfläche 10 des ersten Hülsenelements vorgesehen ist. Die ringförmige Nut 16 hat eine kreisförmige Form mit einem nicht-konstanten Querschnitt.
Insbesondere weitet und verengt sich eine axiale Breite (d. h. die Breite der Nut 16 gemessen entlang der Achse A) der ringförmigen Nut 16 zunehmend und alternierend entlang einer tangentialen Entwicklung der ringförmigen Nut 16 selbst um die Achse A. Als ein Beispiel variiert die axiale Breite der Nut 16 kontinuierlich und alle 90° sich um die Achse A bewegend zwischen einer Minimalbreite d1 und einer Maximalbreite d2.
Die Nut 16 ist vollständig mit dem Material des ringförmigen BMC/LFT/DLFT-Körpers 7 gefüllt.
Gemäß einer vierten Ausführungsform, die in 3f gezeigt ist, besteht das Sicherungsmittel 12 aus zumindest einer nicht-kreisförmigen, nicht-ringförmigen Nut 17, die an der äußeren Seitenfläche 10 des ersten Hülsenelements 5 gemäß einem Schraubenpfad vorgesehen ist, der um die Achse A und gleichmäßig beabstandet dazu verläuft. Gemäß dieser Ausführungsform kann das erste Hülsenelement 5 wie eine Schraube in dem ringförmigen BMC/LFT/DLFT-Körper 7 bewegt werden.
Die Nut 17 ist vollständig mit dem Material des ringförmigen Körpers 7 gefüllt.
Gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist jede der vorher beschriebenen Nuten 13, 14, 16 und 17 gebildet (mittels herkömmlicher Herstellungsverfahren, wie beispielsweise Schmieden, Fräsen, Drehen oder Kaltformen), wie beispielsweise um einen Querschnitt zu haben/darzustellen (in einer radialen diametralen Ebene, die das Hülsenelement 5 kreuzt, und in 3d unten gezeigt ist), der in der Nut 13, 14, 16 oder 17 Hinterschneidungen 18 in einer radialen Richtung definiert.
Gemäß einer sechsten Ausführungsform, die in 3e gezeigt ist, besteht das Sicherungsmittel 12 aus zumindest zwei ringförmigen Nuten 19, die eine kreisförmige Form haben, die sich um die Achse A entwickelt und axial beabstandet an der äußeren Seitenfläche 10 des ersten Hülsenelements 5 vorgesehen ist; die zwei Nuten 19 sind jeweils benachbart zu einem der zwei gegenüberliegenden Enden 20 des ersten Hülsenelements 5 angeordnet.
Jede Nut 19 ist in einer axialen Richtung durch eine erste Flanke 21, die durch eine geneigte Fläche, die sich radial nach außen hin zu dem axialen Ende 20 unmittelbar benachbart dazu neigt, definiert ist, und durch eine zweite Flanke 22 begrenzt ist, die gegenüberliegend zu der ersten Flanke 21 angeordnet und durch eine flache Fläche begrenzt ist, die sich radial nach außen erstreckt und im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Symmetrieachse A angeordnet ist.
Die Nuten 19 sind vollständig mit dem Material des ringförmigen BMC/LFT/DLFT-Körpers 7 gefüllt.
Gemäß der Erfindung sind daher die Sicherungsmittel 12 aus der Gruppe gewählt, die besteht aus: zumindest zwei ringförmigen Nuten 13, die eine kreisförmige Form haben, die axial beabstandet an der äußeren Seitenfläche 10 des ersten Hülsenelements 5 vorgesehen sind; zumindest zwei ringförmigen Nuten 14, die eine sinusförmige Form haben, die an der äußeren Seitenfläche 10 des ersten Hülsenelements 5 in einem axialen Abstand dazwischen vorgesehen sind, sodass sie einander schneiden; zumindest einer ringförmigen Nut 16, die an der äußeren Seitenfläche 10 des ersten Hülsenelements 5 vorgesehen ist, wobei die ringförmige Nut 16 eine kreisförmige Form mit einem nicht-konstanten Querschnitt hat, wobei eine axiale Breite der ringförmigen Nut sich fortlaufend und alternierend entlang einer tangentialen Entwicklung der ringförmigen Nut 16 weitet und verengt; zumindest einer nicht-kreisförmigen, nicht-ringförmigen Nut 17, die an der äußeren Seitenfläche 10 des ersten Hülsenelements 5 gemäß einem schraubenförmigen Pfad vorgesehen ist; irgendeiner der obigen, die einen Querschnitt hat, der in der Nut Hinterschneidungen 18 in einer radialen Richtung definiert; zumindest zwei ringförmigen Nuten 19, die eine kreisförmige Form haben und axial beabstandet an der äußeren Seitenfläche 10 des ersten Hülsenelements 5 vorgesehen sind, wobei jede benachbart zu einem jeweiligen gegenüberliegenden Ende 20 des ersten Hülsenelements 5 ist, wobei jede Nut 19 in einer axialen Richtung durch eine erste Flanke 21, die durch eine geneigte Fläche, die sich radial nach außen hin zu dem axialen Ende 20 unmittelbar benachbart dazu neigt, definiert ist, und durch eine zweite Flanke 22 begrenzt ist, die gegenüberliegend zu der ersten angeordnet und durch eine flache Fläche begrenzt ist, die sich radial nach außen erstreckt und im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Symmetrieachse A angeordnet ist.
Gemäß einem bevorzugten Merkmal der Erfindung hat/haben die zumindest eine Nut 16, 17 oder die Nuten 13, 14, 19 eine radiale Tiefe, die zwischen 0,2 und 5 mm enthalten ist und vorzugsweise zwischen 1 und 2 mm enthalten ist.
Auf diese Weise wird nach dem Herstellen die Nutzlast im Einsatz übertragen:

- axial (d. h. entlang einer Richtung parallel zur Achse A) gemäß allen beschriebenen Ausführungsformen durch die gegenüberliegenden Flanken, die axial die Nuten 13, 14, 16, 17, 19 begrenzen, wobei die Flanken eine von Null verschiedene radiale Auskragung in der Richtung der Achse A erzeugen;
- radial durch alle Flächen, deren axiale Auskragung in radiale Richtung unterschiedlich zu Null ist, in dem Fall im Punkt der Hinterschneidungen 18 in jedem der Nutenschnitte;
- tangential durch die Reibungskraft und/oder Anhaftung zwischen dem Metallhülsenelement 5 und dem Material des ringförmigen Körpers 7 und durch Flächen, die eine von Null verschiedene Auskragung entlang der Berührungsrichtung erzeugen, in dem Fall im Punkt, der durch jeweilige gegenüberliegende Seitenwände oder Flanken der Nut 16 mit variablem Querschnitt oder der Nuten 14, 17 aufgrund des/der nicht-kreisförmigen Pfads/Form davon dargestellt wird, der in der Tat sinusförmig für die Nut 14 und schraubenförmig für die Nut 17 ist.

Natürlich können die Sicherungsmittel 12 unter Verwendung einer dualen Lösung aus denen, die in 3b-3f gezeigt sind, bereitgestellt werden, nämlich indem die Fläche 10 mit Konturen/Rippen statt Nuten versehen wird, die aber einen identischen Pfad haben, also auch in diesem Fall vollständig in das Material des ringförmigen BMC/LFT/DLFT-Körpers 7 eingebettet sind.
Schließlich können zusätzlich zu oder statt den Nuten 13, 14, 16, 17 und 19 (oder der korrespondierenden Konturen/Rippen) die Sicherungsmittel 12 auch radiale Stifte aufweisen, die von der Fläche 10 auskragen und integral mit dem ersten Hülsenelement 5 hergestellt sind.
Gemäß einem bevorzugten Aspekt der Erfindung ist das erste Hülsenelement 5 aus einem Lagergütestahl hergestellt; in diesem Fall ist das Radlager 3 ein Wälzlager, das einen Innenring 23 und einen Außenring aufweist, der aus dem Hülsenelement 5 besteht, die koaxial zueinander angeordnet sind.
Gemäß einer möglichen alternativen Ausführungsform ist das Radlager 3 eine unabhängige Einheit, die in das Hülsenelement 5 eingepasst ist, sodass sie im Fall eines Defekts einfach entfernt werden kann.
Derselbe Vorteil kann jedoch durch die Ausführungsform von 3f erreicht werden, in der das Radlager 3, nachdem das Radnabenlagermodul 1 erhalten wurde, in dem Fall eines Defekts durch Herausschrauben des Hülsenelements 5 aus dem ringförmigen BMC/LFT/DLFT-Körpers 7 entfernt werden kann. Danach kann ein neues Lager in den ringförmigen BMC-Körper 7 eingeschraubt und daran gebondet werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist das zweite Hülsenelement 6 des Verbindungsstücks 4 ein weiteres Verbindungsstückelement 24 (1) auf, das radial außerhalb des ringförmigen BMC- oder LFT/DLFT-Körpers 7 angeordnet ist und aus einer Matte oder Lagen 25 von durchgehenden verstärkenden Fasern besteht, die in eine synthetische Kunststoffmatrix eingebettet sind; das Verbindungsstückelement 24 ist direkt an die radial äußere Seitenfläche 8 des ringförmigen BMC/LFT/DLFT-Körpers 7 gebondet und wird daran vorzugsweise in einer teilweise ausgehärteten Form erhalten, um dann mechanisch und chemisch den ringförmigen Körper 7 mit dem Aufhängungsträger oder -achsschenkel 2 zu koppeln, wenn sowohl der ringförmige Körper 7 als auch das Verbindungsstückelement 24 schließlich vollständig ausgehärtet sind.
Es ist in der Tat wichtig, zu unterstreichen, dass das Verbindungsstück 4, insbesondere der ringförmige Körper 7 und das Verbindungsstückelement 24 davon, entweder als ein/eine halbfertiges, selbsttragendes Produkt/Einheit erhalten werden kann, um dann in einem Aufhängungsträger/-achsschenkel aufgenommen zu werden, der möglicherweise daran angeformt ist, wenn er aus einem verstärkten Kunststoffmaterial gebildet ist, oder direkt in einem fertigen Zustand zusammen mit dem Aufhängungsträger/-achsschenkel gebildet werden kann, insbesondere wenn der Letztere aus einem verstärkten Kunststoffmaterial gebildet ist.
In dem ersten Fall werden entweder sowohl der ringförmige Körper 7 als auch das Verbindungsstückelement 24 oder das Verbindungsstückelement 24 alleine in einem nur teilweise ausgehärteten Zustand erhalten, um nur während eines nachfolgenden Schritts vollständig ausgehärtet zu werden, in dem sie bereits auf den Aufhängungsträger/-achsschenkel montiert wurden oder in dem der Aufhängungsträger/-achsschenkel durch Anformen erhalten wird, wobei die halbfertige Einheit, die den halb ausgehärteten Körper 7 und das Element 24 enthält, in die Form gesetzt wurde, um den Aufhängungsträger/-achsschenkel zu bilden. In dem zweiten Fall werden im Gegensatz dazu der Körper 7 und das Element 24 gleichzeitig miteinander und mit dem Aufhängungsträger/-achsschenkel in einer gleichen Form durch Coformen geformt und werden dann in einem vollständig ausgehärteten Zustand erhalten, zusammen mit dem Aufhängungsträger/-achsschenkel.
In jedem Fall sind gemäß einem wichtigen Merkmal der Erfindung die Fasern der Matte oder Lagen 25, die das Verbindungsstückelement 24 bilden, kontinuierlich und haben eine Länge derselben Gesamtabmessung des Verbindungsstückelements 24 selbst und sind in übereinander gelagerten Schichten angeordnet, wobei jede Schicht durch Fasern derselben Länge gebildet ist, die unidirektional (außer in einer Matte, wo die Fasern in Schichten angeordnet sind, die nicht allgemein unidirektional sind) gemäß einer bevorzugten Richtung orientiert sind, die gemäß den Bedürfnissen gewählt ist, um so die maximale mechanische Eigenschaft entlang der gewählten bevorzugten Richtung zu erhalten.
Im Gegensatz dazu sind die Fasern des ringförmigen BMC/LFT/DLFT-Körpers 7 allgemein zufällig orientiert, mit zufälliger Orientierung in allen möglichen Richtungen in einer Polymermatrix angeordnet, möglicherweise spezifisch absichtlich mittels eines Polymerprozessflusses orientiert, um eine optimale Leistung gemäß lokalen Belastungspfaden zu erreichen, aber in jedem Fall so, um vorzugsweise eine isotrope Verteilung und korrespondierende isotrope mechanische Eigenschaften des ringförmigen Körpers 7 davon zu erhalten.
Das Verbindungsstückelement 25 ist vorzugsweise zylindrisch, aber kann in irgendeiner Weise geformt sein, die für die Anhaftung an dem Träger oder Achsschenkel 2 geeignet ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung sind der ringförmige BMC/LFT/DLFT-Körper 7 und die Matte oder Lagen 25 sowohl durch organische als auch anorganische Fasern gebildet (zum Beispiel Glasfasern, Aramidfasern, Kohlenstofffasern oder Mischungen davon), die in einer Polymermatrix eingebettet sind, mit der Maßgabe, dass die Fasern in dem ringförmigen Körper 7 kürzer ausgewählt sind als diejenigen in der Matte oder den Lagen 25.
Vorzugsweise besteht der ringförmige BMC/LFT/DLFT-Körper 7 aus 30-70 Volumenprozent Kohlenstofffasern, die eine Durchschnittslänge haben, die zwischen 10 mm und 50 mm enthalten ist, die mit zufälliger Orientierung in einer Polymermatrix angeordnet sind.
Vorzugsweise haben die Kohlenstofffasern einen Durchschnittsdurchmesser von ungefähr 7 Mikronen.
Der Polymermatrix kann optional ein Füllmaterial hinzugefügt sein.
Irgendein verfügbares Füllmaterial, das mit den Kohlenstofffasern und mit der Polymermatrix kompatibel ist, ist geeignet.
Die Polymermatrix ist vorzugsweise durch ein Kunststoffharz gebildet, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die besteht aus: Epoxid, PA6 (Polyamid 6), PA66, PA11, PA12, Polyphenylensulfid, PEEK, PAEK, PEKK, irgendeine Mischung aus den obigen.
Es wurde überraschenderweise herausgefunden, dass das Bereitstellen von mehr als einer Aussparung an der Außenfläche des Metallhülsenelements 5 und vor allem das Bereitstellen einer Kombination von Sicherungsmittel und von Oberflächentextur an der Fläche 10 und insbesondere ein oder mehrere der beschriebenen Formen erlaubt, dass die Belastungen reibungslos von dem Radlager 3 auf den Träger/Achsschenkel 2 und umgekehrt übertragen werden, ohne die Polymermatrix des ringförmigen Körpers 7 zu überlasten.
Auch die Kombination eines ringförmigen Körpers 7, der aus BMC/LFT/DLFT mit einem Außenverbindungsstückelement hergestellt ist, das aus einer Matte oder Lagen 25 von längeren und unidirektional orientierten Fasern hergestellt ist, erlaubt überraschenderweise, dass die Belastungen reibungslos von dem Radlager 3 auf den Träger/Achsschenkel 2 und umgekehrt übertragen werden, ohne das zweite Hülsenelement 6 zu überlasten.
Auch die geeignete Auswahl der Materialien und der Länge der Fasern erlaubt, dass ein solches Ziel besser erreicht wird.
Alle Aufgaben der Erfindung werden daher erreicht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2016121927 A1 [0002, 0004, 0011]

Claims

Nabenlagermodul (1) für einen leichtgewichtigen Aufhängungsträger oder - achsschenkel eines Fahrzeug, wobei das Nabenlagermodul ein Radlager (3) und ein Lagerverbindungsstück (2) zum Verbinden des Radlagers mit dem Aufhängungsträger oder -achsschenkel aufweist, wobei das Lagerverbindungsstück koaxial mit dem Wälzlager angeordnet ist und ein erstes Hülsenelement (5) aufweist; dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerverbindungsstück auch ein zweites Hülsenelement (6) aufweist, das radial außerhalb des ersten Hülsenelements angeordnet ist und einen ringförmigen Körper (7) aufweist, der eine radial äußere Seitenfläche und eine radial innere Seitenfläche hat und aus einem Verbundmaterial hergestellt ist, das verstärkende Fasern, die in einer Polymermatrix angeordnet sind, aufweist, wobei die einzelnen verstärkenden Fasern Gruppen aus Fasern bilden, die bezüglich einander ausgerichtet sind, und die Gruppen gleichmäßig zufällig in der Polymermatrix angeordnet sind, um ein beinahe isotropes Material zu bilden, wobei das Verbundmaterial vorzugsweise aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus BMC (Bulk Molding Compound), LFT (Long Fiber Thermoplastic) und DLFT (Direct Long Fiber Thermoplastic) besteht, wobei die radial innere Seitenfläche (9) mechanisch mit dem ersten Hülsenelement gekoppelt ist und wobei die radial äußere Seitenfläche (8) dazu ausgebildet ist, mechanisch und chemisch mit dem Aufhängungsträger oder -achsschenkel zu koppeln.
Nabenlagermodul gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige Verbundkörper (7) nur teilweise ausgehärtet ist und auf eine äußere Seitenfläche (10) des ersten Hülsenelements angeformt wurde, wobei die äußere Seitenfläche des ersten Hülsenelements im Wesentlichen zylindrisch ist, sich in einer Länge entlang einer ersten Symmetrieachse (A) davon entwickelt und behandelt wurde, um die Anhaftung an dem ringförmigen Verbundkörper zu erhöhen.
Nabenlagermodul gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Seitenfläche des ersten Hülsenelements mechanisch oder chemisch bearbeitet wurde, zum Beispiel gerändelt oder beschrieben, um eine Oberflächentextur (11) zu bilden, die ihren Oberflächenbereich erhöht.
Nabenlagermodul gemäß Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Seitenfläche des ersten Hülsenelements des Weiteren mit einem Sicherungsmittel (12) versehen ist, das in den ringförmigen Verbundkörper eingebettet ist.
Nabenlagermodul gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungsmittel aus der Gruppe ausgewählt ist, die besteht aus: zumindest zwei ringförmigen Nuten (13), die eine kreisförmige Form haben, die axial an der äußeren Seitenfläche des ersten Hülsenelements beabstandet vorgesehen sind; zumindest zwei ringförmigen Nuten (14), die eine sinusförmige Form haben, die an der äußeren Seitenfläche des ersten Hülsenelements in einem axialen Abstand dazwischen vorgesehen sind, sodass sie einander schneiden; zumindest einer ringförmigen Nut (16), die an der äußeren Seitenfläche des ersten Hülsenelements vorgesehen ist, wobei die ringförmige Nut eine kreisförmige Form mit einem nicht-konstanten Querschnitt hat, wobei eine axiale Breite der ringförmigen Nut sich fortlaufend und alternierend entlang einer tangentialen Entwicklung der ringförmigen Nut weitet und verengt; zumindest einer nicht-kreisförmigen, nicht-ringförmigen Nut (17), die an der äußeren Seitenfläche des ersten Hülsenelements gemäß einem Schraubenpfad vorgesehen ist; irgendeiner der obigen, die einen Querschnitt hat, der in der Nut Hinterschneidungen (18) in einer radialen Richtung definiert; zumindest zwei ringförmigen Nuten (19), die eine kreisförmige Form haben und axial beabstandet an der äußeren Seitenfläche des ersten Hülsenelements vorgesehen sind, wobei jede benachbart zu einem jeweiligen gegenüberliegenden Ende (20) des ersten Hülsenelements ist, wobei jede Nut in einer axialen Richtung durch eine erste Flanke (21), die durch eine geneigte Fläche, die sich radial nach außen hin zu dem axialen Ende unmittelbar benachbart dazu neigt, definiert ist, und durch eine zweite Flanke (22) begrenzt ist, die gegenüberliegend zu der ersten angeordnet und durch eine flache Fläche, die sich radial nach außen erstreckt und im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Symmetrieachse angeordnet ist, begrenzt ist.
Nabenlagermodul gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Nut oder Nuten eine radiale Tiefe hat/haben, die zwischen 0,2 und 5 mm enthalten ist und vorzugsweise zwischen 1 und 2 mm enthalten ist.
Nabenlagermodul gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Hülsenelement (5) aus einem Lagergütestahl hergestellt ist, wobei das Radlager einen Außenring und einen Innenring (23) aufweist, die koaxial zueinander angeordnet sind, wobei der Außenring aus dem ersten Hülsenelement besteht.
Nabenlagermodul gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Hülsenelement (6) ein Verbindungsstückelement (24) aufweist, das radial außerhalb des ringförmigen Verbundkörpers (7) angeordnet ist und aus einer Matte oder Lagen (25) aus durchgehenden Fasern besteht, die in einer, vorzugsweise nur teilweise ausgehärteten, Polymermatrix eingebettet sind, wobei die Fasern der Matte oder Lagen (25) eine Länge derselben Gesamtabmessung des Verbindungsstückelements (24) selbst haben und in übereinander gelagerten Schichten angeordnet sind, wobei jede Schicht durch Fasern derselben Länge gebildet ist, die vorzugsweise unidirektional gemäß einer bevorzugten Richtung orientiert sind, die gemäß den Bedürfnissen gewählt ist, um die maximale mechanische Eigenschaft entlang einer gewählten bevorzugten Richtung zu erhalten, wobei das Verbindungsstückelement (24) direkt auf die radial äußere Seitenfläche des ringförmigen Verbundkörpers gebondet ist, um mechanisch und chemisch mit dem Aufhängungsträger oder -achsschenkel zu koppeln.
Nabenlagermodul gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige Verbundkörper und die Matte oder Lagen (25) durch organische oder anorganische Fasern gebildet sind, die in einer Polymermatrix eingebettet sind, wobei die Fasern in dem ringförmigen BMC/LFT/DLFT-Körper (7) kürzer ausgewählt sind als diejenigen in der Matte oder Lagen (25).
Nabenlagermodul gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige Verbundkörper aus 30-70 Volumenprozent Kohlenstofffasern besteht, die eine Durchschnittslänge haben, die zwischen 10 mm und 50 mm enthalten ist, die in einer Polymermatrix angeordnet sind, wobei der Polymermatrix optional ein Füllmaterial hinzugefügt ist und durch ein Harz gebildet ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die besteht aus: Epoxid, PA6 (Polyamid 6), PA66, PA11, PA12, Polyphenylensulfid, PEEK, PAEK, PEKK, irgendeine Mischung aus den obigen.