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Die Erfindung betrifft ein Gabelelement für eine Spurstangenanordnung einer Achslenkung eines Fahrzeugs. Ferner betrifft die Erfindung eine Spurstangenanordnung mit wenigstens einem derartigen Gabelelement sowie eine Achslenkung mit zumindest einer Spurstangenanordnung.
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Aus der
DE 10 2010 039 384 A1 geht eine Servolenkung, insbesondere eine elektrische Hilfskraftlenkung, für ein Fahrzeug hervor, mit einer Schubstange mit einem Grundkörper, auf dem mindestens eine Verzahnung und/oder mindestens ein Gewinde angeordnet ist. Der Grundkörper ist aus einem Kunststoff herstellbar und die Verzahnung und/oder das Gewinde ist bzw. sind mindestens ein jeweiliges aus einem metallischen Werkstoff herstellbares Einlegeteil.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Gabelelement für eine Spurstangenanordnung einer Achslenkung weiterzuentwickeln. Diese Aufgabe wird durch ein Gabelelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
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Ein erfindungsgemäßes Gabelelement für eine Spurstangenanordnung einer Achslenkung eines Fahrzeugs ist dazu ausgebildet, mit einem ersten Verbindungsabschnitt zumindest mittelbar an einem zweiten Verbindungsabschnitt einer Gabelanbindung angeordnet und mittels eines Schraubbolzens mit der Gabelanbindung positionsfest verbunden zu sein, wobei das Gabelelement am ersten Verbindungsabschnitt eine erste Öffnung zur Aufnahme des Schraubbolzens aufweist, wobei das Gabelelement aus einem Kunststoff ausgebildet ist, und wobei das Gabelelement im Bereich der ersten Öffnung ein erstes metallisches Einlegeteil aufweist. Indem das sonst aus Metall, insbesondere Stahl oder einer Aluminiumlegierung, hergestellte Gabelelement aus Kunststoff hergestellt wird, kann das Gabelelement deutlich leichter ausgestaltet werden. Dadurch kann das Gewicht der Spurstangenanordnung bzw. der Achslenkung des Fahrzeugs reduziert werden. Gleichzeitig werden die mechanischen Eigenschaften des Gabelelements beibehalten, wobei die auf das Gabelelement einwirkenden, mechanischen Belastungen durch das jeweilige in den Kunststoff des Gabelelements eingebettete bzw. integrierte Einlegeteil aufgenommen werden. Die erste Öffnung kann als Rundloch oder Langloch ausgebildet sein.
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Das Gabelelement ist mittels des Schraubbolzens mit der Gabelanbindung lösbar verbindbar. Das Gabelelement ist zur Anbindung einer Spurstange an die Achslenkung vorgesehen. Demgegenüber ist die über den Schraubbolzen mit dem Gabelelement lösbar verbundene Gabelanbindung zur zumindest mittelbaren Verbindung mit einem Aktuator einer Achslenkung vorgesehen, und kann dabei ortsfest mit einem Träger der Achslenkung oder einteilig mit dem Träger verbunden sein. Insbesondere ist die Gabelanbindung mit einer Schubstange des Aktuators der Achslenkung verbunden, wobei die Schubstange relativ zu einem Gehäuse des Aktuators longitudinal verlagerbar ist.
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Vorzugsweise weist das Gabelelement an wenigstens einem Gabelschenkel wenigstens eine zweite Öffnung zur zumindest mittelbaren Anbindung des Gabelelements an ein Rad des Fahrzeugs auf, wobei das Gabelelement im Bereich der zumindest zweiten Öffnung ein zweites metallisches Einlegeteil aufweist. Mit anderen Worten kann das Gabelelement mehrere metallische Einlegeteile aufweisen, insbesondere an den Stellen, wo das Gabelelement an weitere Bauteile angebunden wird und/oder wo mechanische Belastungen, insbesondere Druck- oder Drehmomentbelastungen, in das Gabelelement eingebracht werden. Die zumindest zweite Öffnung ist bevorzugt als Langloch ausgebildet. Vorzugsweise weist das Gabelelement zwei Gabelschenkel auf, wobei an jedem Gabelschenkel eine zum Beispiel als Langloch ausgebildete zweite Öffnung ausgebildet ist. Das Gabelelement ist bevorzugt im Wesentlichen spiegelsymmetrisch ausgebildet. Mithin sind auch die Gabelschenkel im Wesentlichen spiegelsymmetrisch ausgebildet. Denkbar ist auch, dass die zweiten Öffnungen zueinander spiegelsymmetrisch sind, wobei die Gabelschenkel jedoch verschieden zueinander ausgebildet sind.
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Die metallischen Einlegeteile sind in Abhängigkeit der auftretenden Belastungen ausgelegt und dimensioniert. Die Einlegeteile sind insbesondere Stahleinlegeteile oder Sinterteile. An dem jeweiligen Einlegeteil ist die erste bzw. zweite Öffnung des Gabelelements ausgeformt.
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Das Gabelelement ist vorzugsweise ein Faser-Matrix-Halbzeug. Unter Faser-Matrix-Halbzeugen versteht man Halbzeuge aus Verstärkungsfasern, die mit einer Kunststoffmatrix getränkt sind. Das Gabelelement ist bevorzugt aus einem sogenannten Organoblech ausgebildet. Organobleche sind leichte, steife Plattenhalbzeuge aus einem faserverstärkten, thermoplastischen Kunststoff. Sie bestehen im Allgemeinen aus einem Fasergewebe, einem Fasergelege oder unidirektional verlaufenden Fasern, die in eine thermoplastische Kunststoffmatrix eingebettet sind. Die Vorteile einer thermoplastischen Matrix liegen in der Warmumformfähigkeit der Halbzeuge und den daraus resultierenden kürzeren Prozesszeiten im Vergleich zu konventionellen duroplastischen Faserverbundwerkstoffen. Mithin können Organobleche in einem Umformschritt plastisch umgeformt werden. Als thermoplastische Kunststoffmatrix eignet sich beispielsweise etwa Polyamid 6. Geeignete Faserwerkstoffe sind insbesondere Glas, Aramid und Kohlenstoff (Carbon). Die Lagenanzahl der Fasern, die beispielsweise auch zu Bahnen bzw. Tapes zusammengefasst sein können, kann je nach erforderlicher Dicke variabel gestaltet werden. In diesem Sinn besteht das Gabelelement aus einem multidirektionalen Mehrschichtaufbau, umfassend eine Vielzahl von unidirektional faserverstärkten, thermoplastischen Einzellagen. Der Mehrschichtaufbau besteht aus mehreren Lagen thermoplastischen Bandes. Als thermoplastisches Band kann beispielsweise ein sogenanntes thermoPre®-Tape zum Einsatz kommen. Vor allem für höher beanspruchte Bauteile sind endlosfaserverstärkte, thermoplastische Tapes gut geeignet. Bei dem Organoblech kann, abhängig von der gewünschten Dicke, sowohl die Lagenanzahl der thermoPre®-Tapes, als auch die Winkellage der Tapes variiert werden. Somit entstehen belastungsgerechte und hochfeste Strukturen, die je nach Einsatzfall passend ausgelegt sind.
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Das Gabelelement kann unterschiedlich hergestellt sein. In einer ersten Variante können mehrere Lagen Fasermaterial zusammengefasst werden, wobei an den vorgesehenen Positionen der Einlegeteile Aussparungen im Fasermaterial vorgesehen sind. Die Einlegeteile können in den Aussparungen des Fasermaterials positioniert werden. Umgekehrt kann das Fasermaterial um die Einlegeteile herum verlegt sein. Anschließend wird die Kunststoffmatrix eingegossen oder in eine entsprechende Form eingepresst, wobei nach Abkühlung der Matrix das plattenförmige Halbzeug vorliegt. Dieses kann anschließend in einem Umformprozess in die gewünschte Form des Gabelelements plastisch umgeformt werden.
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In einer alternativen Variante kann ein plattenförmiges Faser-Matrix-Halbzeug mit entsprechenden Aussparungen für die Einlegeteile bereitgestellt werden. Die Einlegeteile werden in den Aussparungen des Halbzeugs positioniert und beispielsweise an einer Gussform, insbesondere einer Spritzgießform, fixiert. Anschließend werden die Räume zwischen den Einlegeteilen und dem Halbzeug mit Kunststoffmatrix oder mit einem Kunststoffmatrix-Faser-Gemisch verpresst, sodass nach Aushärten das plattenförmige Halbzeug vorliegt. Dieses kann anschließend in einem Umformprozess in die gewünschte Form des Gabelelements plastisch umgeformt werden.
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Eine erfindungsgemäße Spurstangenanordnung für eine Achslenkung eines Fahrzeugs umfasst wenigstens ein Gabelelement gemäß den vorherigen Ausführungen sowie eine Gabelanbindung einer Spurstange, wobei das Gabelelement mit einem ersten Verbindungsabschnitt zumindest mittelbar an einem zweiten Verbindungsabschnitt einer Gabelanbindung angeordnet ist, wobei das Gabelelement mittels eines Schraubbolzens mit der Gabelanbindung positionsfest verbindbar ist.
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Wenigstens eine derartige Spurstangenanordnungen ist vorzugsweise in einer erfindungsgemäßen Achslenkung eines Fahrzeugs, insbesondere in einer Vorderachslenkung und/oder einer Hinterachslenkung, einsetzbar. Das Fahrzeug kann mehrere Vorder- oder Hinterachsen aufweisen, wobei jeweils eine oder mehrere der Vorder- bzw. Hinterachsen eine, zwei oder mehr Spurstangenanordnungen gemäß der vorherbeschriebenen Art aufweisen.
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Die obigen Ausführungen zu technischen Effekten, Vorteilen und vorteilhaften Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Gabelelements gemäß dem ersten Erfindungsaspekt gelten sinngemäß ebenfalls für die erfindungsgemäße Spurstangenanordnung gemäß dem zweiten Erfindungsaspekt sowie für die erfindungsgemäße Achslenkung gemäß dem dritten Erfindungsaspekt, und umgekehrt.
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Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen
- 1 eine vereinfachte schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Achslenkung mit einer erfindungsgemäßen Schubstangenanordnung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform,
- 2 eine vereinfachte schematische Perspektivdarstellung eines erfindungsgemäßen Gabelelements der Schubstangenanordnung nach 1, und
- 3 eine schematische Längsschnittdarstellung des Gabelelements gemäß 2.
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Gemäß 1 umfasst eine als Hinterachslenkung ausgebildete, erfindungsgemäße Achslenkung 16 für ein - hier nicht dargestelltes - Fahrzeug zwei erfindungsgemäße Spurstangenanordnungen 15, die über einen Träger 14 miteinander verbunden sind. Der Träger 14 kann auch als Gehäuse der Achslenkung 16 verstanden werden. Die Achslenkung 16 ist quer zu einer Fahrzeuglängsachse angeordnet und an seinen freien Enden an - hier nicht dargestellte - Räder beziehungsweise an eine jeweilige Spurstange des Fahrzeugs angeschlossen. Die Achslenkung 16 umfasst ferner einen - hier ebenfalls nicht gezeigten - Aktuator, mittels dessen ein Lenkwinkel der Räder einstellbar ist. Nachfolgend wird lediglich eine der beiden Spurstangenanordnungen 15 exemplarisch dargestellt. Die jeweils andere Spurstangenanordnung 15 ist analog dazu spiegelsymmetrisch ausgebildet.
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Nach den 2 und 3 umfasst die Spurstangenanordnung 15 ein Gabelelement 1 und eine Gabelanbindung 2. Das Gabelelement 1 ist mit einem ersten Verbindungsabschnitt 3 zumindest mittelbar an einem zweiten Verbindungsabschnitt 4 der Gabelanbindung 2 angeordnet. Das Gabelelement 1 ist aus Kunststoff ausgebildet und weist im Wesentlichen eine U-Form auf. In diesem Fall ist das Gabelelement 1 ein Faser-Matrix-Halbzeug bzw. ein Organoblech. Das Gabelelement 1 besteht in diesem Sinn aus einem multidirektionalen Mehrschichtaufbau, umfassend eine Vielzahl unidirektional faserverstärkter, thermoplastischer Einzellagen. Die Einzellagen sind hier nicht dargestellt. Das Gabelelement 1 wird aus einem plattenförmigen Halbzeug in einem Warmumformprozess in dessen endgültige, im Wesentlichen gabelförmige Form gebracht.
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Der erste Verbindungsabschnitt 3 des Gabelelements 1 ist bogenförmig ausgebildet, wobei an beiden Enden des bogenförmigen ersten Verbindungsabschnitts 3 je ein Gabelschenkel 10, 11 angeformt ist. Die Gabelanbindung 2 ist demgegenüber im Wesentlichen zylinderstabförmig ausgebildet und weist an dessen gabelseitigen Ende ein Innengewinde 13 auf, welches zur Aufnahme eines Schraubbolzens 5 vorgesehen ist. Der erste Verbindungsabschnitt 3 weist eine erste Öffnung 6 auf, die zur Aufnahme des Schraubbolzens 5 ausgebildet ist, wobei der Schraubbolzen 5 bei der Montage der Spurstangenanordnung 15 durch die erste Öffnung 6 hindurchgeführt und in das Innengewinde 13 der Gabelanbindung 2 eingeschraubt wird. Die Gabelanbindung 2 ist koaxial zu einer - hier nicht gezeigten - Schubstange angeordnet. Die Gabelanbindung 2 weist dazu gemäß 3 eine Aufnahme 12 auf, um die Schubstange an die Gabelanbindung 2 anzubinden, beispielsweise durch eine Schraubverbindung. Die Schubstange ist durch den oben genannten Aktuator in eine longitudinale Bewegung versetzbar. Zwischen dem Schraubbolzen 5 und dem Gabelelement 1 und/oder zwischen dem Gabelelement 1 und der Gabelanbindung 2 können weitere Bauteile, beispielsweise ein Ringelement oder eine Unterlegscheibe, angeordnet sein, um beim Verschrauben des Schraubbolzens 5 das Gabelelement 1 an der Gabelanbindung 2 zu positionieren und zu fixieren.
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Das Gabelelement 1 weist an jedem Gabelschenkel 10, 11 eine zweite Öffnung 7 zur zumindest mittelbaren Verbindung des Gabelelements 1 mit einer Radaufhängung, insbesondere mit einer Spurstange des Fahrzeugs, auf. Die jeweilige zweite Öffnung 7 ist als Langloch ausgebildet, wobei die lange Seite des Langlochs vorliegend parallel zur Längsachse der Gabelanbindung 2 verläuft.
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Das Gabelelement 1 weist sowohl im Bereich der ersten Öffnung 6 am ersten Verbindungsabschnitt 3 als auch im Bereich der als Langloch ausgebildeten zweiten Öffnungen 7 an den Gabelschenkeln 10, 11 jeweils ein metallisches Einlegeteil 8, 9 auf. Mit anderen Worten sind die Öffnungen 6, 7 am jeweiligen Einlegeteil 8, 9 ausgebildet. Mithin sind die Öffnungen 6, 7 als Aussparungen an den Einlegeteilen 8, 9 zu verstehen. Je eines der zweiten Einlegeteile 9 an den Gabelschenkeln 10, 11 ist in 2 bzw. 3 gezeigt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gabelelement
- 2
- Gabelanbindung
- 3
- Erster Verbindungsabschnitt
- 4
- Zweiter Verbindungsabschnitt
- 5
- Schraubbolzen
- 6
- Erste Öffnung
- 7
- Zweite Öffnung
- 8
- Erstes Einlegeteil
- 9
- Zweites Einlegeteil
- 10
- Erster Gabelschenkel
- 11
- Zweiter Gabelschenkel
- 12
- Aufnahme
- 13
- Innengewinde
- 14
- Träger
- 15
- Spurstangenanordnung
- 16
- Achslenkung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010039384 A1 [0002]
