DE3910641A1 - Stabilisatoranordnung fuer fahrzeuge und herstellungsverfahren - Google Patents
Stabilisatoranordnung fuer fahrzeuge und herstellungsverfahrenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Stabilisatoranordnung für Fahrzeuge,
umfassend ein an jedem seiner Enden mit einem gegebenenfalls ein
Lager für das Fahrzeugchassis tragenden Arm versehenes Torsions
element.
Ziel der Erfindung ist die Erstellung einer Stabilisatoranordnung,
die extremen mechanischen Beanspruchungen standhält, ein ausreichend
geklärtes Alterungs- und Bruchverhalten hat, eine gute
Materialausnutzung bei ihrer Herstellung ermöglicht und beste
mechanische Eigenschaften besitzt. Diese Ziele werden bei einer
Stabilisatoranordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß
dadurch erreicht, daß ein als Faserverbundrohr aus in mehreren
Lagen mit Harzen benetzten, gewickelten Faserbündeln, insbesondere
Glasfaserbündeln mit Epoxidharzen, ausgebildetes Torsionsrohr,
insbesondere in seinen Endbereichen, durch zumindest eine
zusätzlich aufgewickelte Lage und/oder durch zumindest ein in
diesen Bereichen mit einem vergrößerten Wickelwinkel (d. h. mit
geringerer Steigung) als im zwischenliegenden Arbeitsbereich
gewickelte Lage aus Faserbündeln aus- bzw. angeformte Verstärkungen
als Befestigungs- bzw. Ansatzstellen für die Arme aufweist.
Eine gute Materialausnützung bzw. geringer Materialeinsatz wird
durch eine im wesentlichen konstante spezifische Schubspannungsver
teilung über den Wandquerschnitt des Torsionsrohres bzw. einen ab
nehmenden Schubmodul nach außen erreicht. Die erfindungsgemäße
Stabilisatoranordnung ist hoch beanspruchbar, jedoch ausgesprochen
leichtgewichtig. Weiterhin wird es durch diese Anordnung der Glas
fasern ermöglicht, den Rohrkörper auch den auftretenden Biegebean
spruchungen optimal anzupassen, so daß die Biegespannungen über
große Bereiche des Rohres konstant gehalten sind. Derartige Rohre
sind ferner unter extremen Klimabedingungen einsetzbar und mecha
nische Schäden sind gut erkennbar und beeinflussen das mechanische
Verhalten der Anordnung nur geringfügig und sukzessive.
Üblicherweise wird bei der Herstellung einer derartigen Stabilisa
toranordnung derart vorgegangen, daß man (Glas)Fasern bzw. Fila
mente mit Durchmessern von etwa 10 bis 20 µm, vorzugsweise 14 bis 17
µm, einsetzt. Diese Fasern sind zu Bündeln zu je 1500 bis 4000,
vorzugsweise 2000 bis 3000, Einzelfasern zusammengesetzt, wodurch
sich Bündel von etwa 0,4 bis 0,6 mm2, vorzugsweise etwa 0,5 mm2,
ergeben. Diese Faserbündel werden sodann auf Wickelmaschinen zu
faserverstärkten Kunststoffrohren gewickelt, wobei beim Wickeln
der Faserbündel auf einem Dorn bzw. Kern Epoxidharze oder andere
geeignete Harze zugesetzt werden. Es wird bemerkt, daß als Fasern
Glasfasern, Carbonfasern, Aramidfasern od. dgl. allein oder
vermischt eingesetzt werden können.
Bei der Herstellung werden diese Faserbündel unter einem bestimmten
Wickelwinkel zur Längsrichtung des Dorns aufgewickelt; die Wahl
dieses Wickelwinkels bestimmt wiederum die Festigkeitseigen
schaften des gewickelten Rohres.
Vorteilhafterweise ist vorgesehen, daß zwischen den oder außerhalb
der Verstärkungen zur Ausbildung von weiteren Lagerstellen, z. B.
für das Fahrzeugchassis, weitere Verstärkungen vorgesehen sind, die
durch zumindest eine zusätzlich aufgewickelte Lage und/oder
zumindest eine in dem vorgesehenen Bereich mit einem vergrößerten
Wickelwinkel (d. h. geringerer Steigung) als im Arbeitsbereich ge
wickelte Lage aus Faserbündeln ausgebildet sind. Auf diese Weise
kann man Bereiche des Torsionsrohres verstärken und für bestimmte
Anwendungszwecke verstärkt ausbilden. Es ist somit möglich, durch
das Aufbringen von zusätzlichen Lagen und/oder durch Veränderungen
des Wickelwinkels (Vergrößerung) Verstärkungen auszubilden;
bei Vergrößerung des Wickelwinkels werden mehr Glasfaserbündel pro
cm Rohrlänge aufgebracht. Veränderungen des Wickelwinkels bestim
men jedoch auch die mechanischen Eigenschaften des gewickelten
Torsionsrohres. Durch entsprechende Steuerung des Wickelwinkels
können somit der Schubspannungsverlauf bzw. das Biegeverhalten des
Torsionsrohres beeinflußt werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen,
daß die rohrinnerste Lage bzw. die rohrinnen gelegenen Lagen
zumindest im Arbeitsbereich des Torsionsrohres, gegebenenfalls
auch in dessen Endbereichen, mit einem Wickelwinkel von 40° bis 60°,
vorzugsweise 40° bis 50°, insbesondere etwa 45°, gewickelt sind,
welcher Wickelwinkel je weiterer aufgebrachter Lage oder je Anzahl
weiterer aufgebrachter Lagen vorzugsweise jeweils um einen
Betrag verringert ist, wobei in der äußersten gewickelten Lage der
Wickelwinkel 24° bis 35°, vorzugsweise 26° bis 32°, insbesondere
etwa 27° bis 29° beträgt. Es kann sich jedoch auch als zweckmäßig
erweisen, wenn die rohrinnerste (rohrinneren) Lage(n), insbesondere
in den Rohrendbereichen, mit einem Wickelwinkel von 65° bis 85°,
vorzugsweise 75° bis 85°, insbesondere mit etwa 80°, gewickelt
sind, welcher Wickelwinkel je weiterer oder je einer Anzahl
weiterer Lage(n), vorzugsweise gleichmäßig gestuft, verringert ist,
wobei in der äußersten gewickelten Lage der Wickelwinkel 45° bis 60°
vorzugsweise 48° bis 55°, insbesondere etwa 50°, beträgt. Durch
Einhaltung dieser Wickelwinkel kann ein nahezu konstanter
spezifischer Schubspannungsverlauf über den Wandquerschnitt im
Arbeitsbereich des Torsionsrohres bei gleichzeitiger Ausbildung
der Verstärkungen zur Aufnahme von Armen, Lagern od. dgl.
ausgebildet werden.
Zweckmäßig kann es auch sein, wenn auf die vorzugsweise mit nach
außen zu abnehmenden Wickelwinkel gewickelten Lagen insbesondere im
Rohrendbereich zur Ausbildung von Verstärkungen weitere Lagen aus
Faserbündeln mit Harzen aufgewickelt werden.
Um durch unmittelbar aufeinanderfolgende, mit verschiedenem
Wickelwinkel in entgegengesetzte Richtungen gewickelte Lagen keine
unerwünschten Einflüsse auf das Festigkeitsverhalten des Arbeits
bereiches zu erhalten, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß jede
Lage von zwei mit jeweils entgegengesetztem Wickelwinkel, d. h. in
entgegengesetzter Richtung bezüglich der Kern- bzw. Rohrachse,
gewickelten Wickelschichten gebildet ist. Dabei ist vorgesehen,
daß die Dicke jeder Lage etwa 0,4 bis 0,7 mm, vorzugsweise etwa
0,5 mm, beträgt.
Eine spezielle Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Stabilisa
toranordnung sieht vor, daß bei einem aus 16 bis 22 Lagen gewickel
ten Torsionsrohr in den Endbereichen des Torsionsrohres 6 bis 8
innere Lagen mit einem Wickelwinkel von etwa 80°, 5 bis 7 weitere
Lagen mit einem Wickelwinkel von etwa 65° und 5 bis 7 äußere Lagen
mit einem Wickelwinkel von etwa 50° gewickelt sind, wobei die je
weiligen Wickelwinkel dieser Lagen im Arbeitsbereich etwa 45° bzw.
36° bzw. 28° betragen.
Um Spannungsspitzen in der hergestellten Stabilisatoranordnung
zu vermeiden, ist es zweckmäßig, wenn vorgesehen ist, daß der
Übergangsbereich vom Arbeitsbereich zu den Verstärkungen gleich
mäßig gestuft bzw. gerundet ausgebildet ist, indem der Beginn
der Lagen mit vergrößertem Wickelwinkel bzw. der Beginn zusätz
licher Lagen je Lage in Richtung auf die Rohrenden, insbesondere
gleichmäßig, versetzt ist.
Zur Vermeidung von mechanischen Beschädigungen im Gebrauch
bzw. zur Ausbildung einer ansehnlichen Oberfläche ist vorge
sehen, daß auf den Arbeitsbereich, vorzugsweise auch auf den
Übergangsbereich des Torsionsrohres, eine Umhüllungsschicht
aus gegebenenfalls gewebeverstärktem (Weich)Kunststoff, vorzugs
weise aus mit Epoxidharz getränktem Polyamidgewebe, aufgebracht
ist, wobei die für die Lager vorgesehenen Verstärkungsstellen
für die Arme freigelassen sind.
Auf die erfindungsgemäß ausgebildeten Verstärkungen können die
aus gegossenem oder umgeformtem Metall, z. B. Stahl, Guß,
Leichtmetal od. dgl. bestehenden Arme mit vorzugsweise innen
gezahnten Verbindungsbuchsen aufgesetzt und/oder verklebt werden.
Durch die Kombination von Innenverzahnung und Verstärkung
ergibt sich eine feste Verbindung, die sich durch die
Gegebenheiten im Gebrauch nahezu nicht verändert. Zur Unterstützung
dieser Verbindung kann vorgesehen sein, daß in das Innere der Enden
der Torsionsrohre ein Verstärkungs- bzw. Lagerstift
eingeführt ist, der gegebenenfalls mit der Verbindungsbuchse
verbunden ist oder ein Lager für das Fahrzeugchassis trägt. Damit
ergibt sich eine praxisgerechte Ausführung der erfindungs
gemäßen Stabilisatoranordnung.
Es ist auch möglich, das Torsionsrohr und die Arme einstückig durch
entsprechendes Wickeln auszubilden, wozu vorgesehen ist, daß an die
Endbereiche des Torsionsrohres die Arme als gewickeltes Massiv- oder
Rohrstück ausgebildet einstückig angewickelt sind, wobei im Ansatz
bereich jedes Armes zumindest eine, vorzugsweise eine Anzahl,
zusätzliche(r) Lage(n) aus mit Harz benetzten Faserbündeln zur
Ausbildung eines Übergangsbereiches bzw. zur Verstärkung des
Ansatzbereiches auf- bzw. umgewickelt ist. Dieser zusätzlich aufge
wickelte Übergangsbereich bzw. Ansatzbereich verbindet den Arm und
das Torsionsrohr zu einer biegesteifen bzw. ausreichende Festigkeit
besitzenden Einheit. Dabei kann vorgesehen sein, daß das Torsions
rohr gemeinsam mit den in bezug auf den Arbeitsbereich abgebogen
verlaufenden Armen einstückig um einen, insbesondere verlorenen,
Kern, vorzugsweise auf Hartschaumstoff, Papier od. dgl., gewickelt
ist. Der im Torsionsrohr bzw. in den Armen enthaltene verlorene
Kern beeinflußt dabei auf Grund seiner geringen Festigkeit die
Funktion der Stabilisatoranordnung kaum.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung von Stabilisator
anordnungen für Fahrzeuge, z. B. PKW od. LKW od. dgl., welche Stabi
lisatoranordnungen ein an jedem seiner Enden mit einem Arm
versehenes Torsionsrohr umfassen, ist erfindungsgemäß dadurch ge
kennzeichnet, daß auf einen wiederverwendbaren Dorn, z. B.
aus Metall oder einen verlorenen Kern, z. B. aus Hartschaum
stoff, Papier od. dgl., Faserbündel mit Harzen, insbesondere
Glasfaserbündel mit Epoxidharzen, in mehreren Lagen gewickelt
werden, wobei der Wickelwinkel von der innersten Lage zu der
äußersten Lage hin je Lage oder je einer gegebenen Anzahl von Lagen
verkleinert wird. Dabei ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß zur
Ausbildung von Verstärkungen in dem Torsionsrohr, z. B. für Ver
bindungsbuchsen, Armlager, Chassislager od. dgl., der Wickelwinkel
der über das Torsionsrohr durchgehend gewickelten Lagen in dem vor
gesehenen Verstärkungsbereich vergrößert wird und/oder zusätzliche
Lagen in diesem Bereich aufgewickelt werden, wobei vorzugsweise
deren Wickelwinkel von der innersten Lage zu der äußersten Lage
hin je Lage oder je einer gegebenen Anzahl von Lagen verkleinert
wird. Zweckmäßig ist es hierbei, daß der Arbeitsbereich des
Torsionsrohres mit den Armen in einem Arbeitsgang gewickelt wird
und die Arme nach Beendigung des Wickelvorganges in Form gebracht
bzw. formjustiert und daraufhin ausgehärtet werden.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind der folgenden
Beschreibung, den Patentansprüchen und der Zeichnung zu entnehmen.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in
der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine schematische
Ansicht einer Stabilisatoranordnung,
Fig. 1a und 1b verschiedene
Beispiele für die Aufbringung der Wickellagen,
Fig. 2 und 3
verschiedene Verbindungen zwischen einem Arm und einem Torsions
rohr,
Fig. 4 eine schematische Ansicht einer anderen erfindungs
gemäßen Stabilisatoranordnung,
Fig. 5 und 6 erfindungsgemäß Ver
bindungen zwischen einem Arm und einem Torsionsrohr,
Fig. 7 eine
weitere Ausführungsform einer Stabilisatoranordnung und
Fig. 8 eine
Detailansicht einer Verstärkung im Torsionsrohr.
Fig. 1 zeigt eine Stabilisatoranordnung mit einem Torsionsrohr 1,
das aus faserverstärktem Kunststoff hergestellt ist. An beiden
Enden des Torsionsrohres 1 sind Verstärkungen 2 ausgebildet, auf
die Verbindungsbuchsen 4 von Armen 3 aufgesteckt sind, welche Arme
3 mit ihren Enden 5 an einem Fahrzeugteil befestigt sind. Das
Torsionsrohr 1 besteht aus mit Kunstharzen benetzten, gewickel
ten Fasern, wobei die Fasern zu Bündeln zusammengefaßt sind, die
mit einem bestimmten Wickelwinkel α auf einen Kern aufge
wickelt werden und auf diesem erhärten gelassen werden.
Die Faserbündel werden in mehreren Lagen längs des
Rohres gewickelt, wobei im Verlauf jeder Lage und/oder
verschiedene aufeinanderfolgende Lagen oder aufeinanderfolgende
Anzahlen von Lagen verschiedene Wickelwinkel besitzen können.
Zur Ausbildung gewünschter mechanischer Eigenschaften ist es nun
möglich (Fig. 1a, 1b), die längs des Torsionsrohres bzw. die in
dessen End- bzw. Arbeitsbereich gewickelten Wickellagen 1′ derart
auszubilden, daß die innenliegenden Wickellagen größere
Wickelwinkel aufweisen als die weiter außen aufgewickelten Wickel
lagen. Auf diese Wickellagen 1′ können zur Ausbildung oder Ver
stärkung 2 noch weitere Wickellagen 1′′ aufgewickelt werden. Es ist
alternativ oder zusätzlich möglich, in den Endbereichen des
Torsionsrohres oder an den Stellen, an denen Verstärkungen 2 ausge
bildet werden sollen, den Wickelwinkel der Wickellagen 1′ örtlich
zu vergrößern, um dadurch eine Verdickung der ausgebildeten Lage zu
erreichen (Fig. 1a). Gleichzeitig nimmt jedoch, wie in Fig. 1a
links gezeigt, der Wickelwinkel dieser Bereiche, die durch
Vergrößerung der Steigung des Wickelwinkels dicker ausgebildet wer
den, mit den einzelnen Lagen nach außen hin ab. Wie in Fig. 1a
gezeigt, kann auf die bereits durch Vergrößerung des Wickelwinkels
der einzelnen Lagen ausgebildete Verstärkung 2 zusätzlich noch eine
Anzahl von weiteren Wickellagen 1′′ aufgebracht werden, die
gegebenenfalls, einen von innen nach außen hin abneh
menden Wickelwinkel besitzen. Die Abnahme des Wickelwinkels von
innen nach außen ergibt gute Schubspannungseigenschaften; die
Zunahme des Wickelwinkels im Längsverlauf einer Lage ermöglicht
die Ausbildung verschiedener Rohrdicken.
In Fig. 1b sind auf die durchgehend im Verlauf des Torsionsrohres 1
ausgebildeten Wickellagen 1′, welche nach außen mit abnehmendem
Wickelwinkel gewickelt sind, noch über ihre Länge ebenfalls mit
gleichbleibender Dicke gewickelte Wickellagen 1′′ aufgebracht.
Durch diese Ausbildung von Verstärkungen kann das Torsionsrohr 1
fest mit metallischen Armen, Lagern od. dgl. verbunden werden.
Fig. 2 zeigt die Verbindung zwischen einem Torsionsrohr 1 und einem
Arm 3. Der Arm 3 ist mit einer Verbindungsbuchse 4 mit einer
Innenverzahnung 41 auf das verdickte Ende 2 des Torsionsrohres 1
aufgeschoben. Die Verbindungsbuchse 4 kann auch durch Pressung und/
oder Klebung mit dem verdickten Teil 2 des Torsionsrohres 1 form
schlüssig verbunden sein. In den Hohlraum 11 des Torsions
rohres 1 ist ein Bolzen 9 a eingesetzt, der an seinem freien Ende
ein Lager 6 für das Fahrzeugchassis 7 trägt. Beachtenswert ist bei
dieser Ausführungsform, daß auf das Torsionsrohr 1 eine
Überzugsschicht 8 aufgebracht ist, die vorteilhafterweise aus einem
(Weich)Kunststoff oder aus mit gewebeverstärktem (Weich)Kunstharz,
z. B. mit polyamidgewebeverstärktem Epoxidharz gebildet ist.
Diese Überzugsschicht 8 erstreckt sich vorteilhafterweise auch
über den Übergangsbereich 2 a vom Arbeitsbereich des Torsionsrohres
1 zu der Verstärkung 2, und zwar bis zur Verbindungsbuchse 4 des
Armes 3.
In Fig. 3 ist eine andere Befestigungsart des Armes 3 dargestellt.
Der Arm 3 trägt einen Lagerzapfen 42, der sich am Fahrzeugchassis 7
abstützt. Ein Lagerbolzen 9 a, der gegebenenfalls
mit der Verbindungsbuchse 4 einstückig verbunden sein kann, dient
dazu, daß ein Zusammendrücken der Verstärkung 2 a durch das unter
Kraftschluß aufgesetzte Lager 4 verhindert wird. Man erkennt
ferner, daß im Abstand von der Verstärkung 2 eine weitere
Verstärkung 2′ im Verlauf des Torsionsrohres 1 durch zusätzlich
aufgewickelte Wickellagen oder durch Wickellagen mit vergrößertem
Wickelwinkel ausgebildet ist. Diese Verstärkung kann z. B. wie in
Fig. 8 dargestellt, zur Aufnahme eines weiteren Lagers, z. B. eines
Chassislagers, ausgebildet sein. Wie in Fig. 8 kann die Verstär
kung 2′ mit einer Hülse 22, insbesondere aus Metall, umgeben
sein, um Druckkräfte besser aufnehmen zu können.
Die Übergänge 2 a zwischen den Verstärkungen 2 bzw. 2′ und dem
Torsionsrohr 1 sind vorteilhafterweise gerundet bzw. fließend
ausgebildet, um Spannungsspitzen zu vermeiden. Dazu wird der Wickel
winkel allmählich verändert bzw. werden zusätzlich aufgebrachte
Schichten mit ihren Enden stufen- bzw. treppenförmig abgesetzt auf
einanderfolgend aufgebracht.
Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform einer Stabilisatoranordnung, bei
der die Arme 3 und das Torsionsrohr 1 einstückig ausgebildet sind,
wobei an den Enden des Torsionsrohres 1 Verstärkungen 2′ zur Auf
nahme der Lager 7 für das Fahrzeugchassis ausgebildet sein können.
Die einstückige Ausbildung des Torsionsrohres 1 mit dem Arm 3 kann
z. B., wie in Fig. 5 dargestellt ist, derart erfolgen, daß das Tor
sionsrohr 1 und der Arm 3 jeweils über Kerne gewickelt sind. Der
einstückige Ansatz des Armes 3 am Torsionsrohr 1 kann durch
entsprechende Wickeltechnik ausgebildet werden. Anstelle der
ausgezogen dargestellten Verstärkung 2, welche vorgesehen ist, um
dem Arm 3 eine bessere Verbindung zu geben, kann eine aufwendigere
Verstärkung 2 b aus Wickellagen ausgebildet werden, wie sie
strichliert eingezeichnet ist. Die Überzugsschicht 8 wird in diesem
Fall über den Ansatzbereich 2 b und auch über dem Arm 3 ausgebildet,
welcher ebenfalls aus demselben faserverstärkten Kunststoff
ausgebildet ist, so daß alle Oberflächen von der Überzugsschicht 8
ausreichend in Gebrauch geschützt werden.
In Fig. 6 ist eine Ausbildung des Armes 3 als Massivteil darge
stellt.
In Fig. 6 ist auf die Verstärkung 2′ an den äußeren Enden des
Torsionsrohres 1 ein Lager 9 mit einem Lagerbolzen 9 a aufgesetzt,
welches sich auf das Lager 7 für das Fahrzeugchassis abstützt.
In Fig. 7 ist eine Ausführungsform einer Stabilisatoranordnung
dargestellt, die derart hergestellt wurde, daß das Torsionsrohr 1
gemeinsam mit den Armen 3 über einen langgestreckten verlorenen
Kern gewickelt wurde. In noch nicht ausgehärtetem Zustand wurden
die Arme 3 vom Torsionsrohr 1 formjustiert bzw. die Kröpfungen
ausgebildet, welche die Verstärkungen 2′ beidseitig begrenzen.
Die Enden 5 der Arme 3 können in diesem Fall mit Ösen bzw.
Ausnehmungen zur Aufnahme von Befestigungszapfen ausgebildet werden
oder werden in Ansatzhülsen eingeschoben, welche mit Fahrzeugteilen
verbindbar sind. Die Bauweise der Stabilisatoranordnung nach Fig. 7
bzw. Fig. 8 mit einem verlorenen Kern eignet sich besonders
vorteilhaft für PKW-Stabilisatoranordnungen.
Durch den erfindungsgemäßen Aufbau der Stabilisatoranordnungen
bzw. durch die Ausbildung der Verstärkungen erhält man örtlich
vergrößerte Wandstärken im Torsionsrohr, wobei die spezifischen
Schubspannungen über den Rohrwandquerschnitt zwar nicht völlig
konstant sind, jedoch in der Außenzone hohe Torsionsfestigkeit
vorhanden sind und Biegebeanspruchungen gut vertragen werden.
Die als Oberflächenschutz für das GFK-Torsionsrohr dienende
Überzugsschicht 8 mildert bzw. vermeidet vor allem die Auswir
kungen von äußerlich einwirkenden Beschädigungen, z. B. Stein
schlag, und verhindert das Eindringen von Feuchtigkeit.
Bei der einteiligen Ausbildung der Stabilisatoranordnung gemäß Fig.
4 und Fig. 7 erhält man den Vorteil, daß auch die Arme 3 als
federnde Elemente vorhanden sind.
Die Stabilisatoranordnung, bei der ein GFK-Torsionsrohr mit
Armen aus anderem Material, z. B. Metall, verbunden wird, ist
einfach herstellbar, da jeder Bauteil für sich sehr kostengünstig
und einfach gefertigt werden kann. Der Montagevorgang wird dabei
auf ein Befestigen bzw. Einpressen und/oder Einkleben des
Torsionsrohres 1 in die Verbindungsbuchse 4 des Armes 3 reduziert.
Das Torsionsrohr zwingt ferner als aktives Federelement ein
gutmütiges Versagensverhalten im Gegensatz zu den metallischen,
bisher eingesetzten Federelementen bzw. metallischen Torsions
stäben. Auch bei langem Einsatz schreitet eine Beschädigung nur
langsam voran und ist vor allen Dingen an einem aus faser
verstärkten Kunststoff hergestellten Torsionsrohr eindeutig
erkennbar.
Claims (21)
1. Stabilisatoranordnung für Fahrzeuge, umfassend ein an jedem
seiner Enden mit einem gegebenenfalls ein Lager für das Fahrzeug
chassis tragenden Arm versehenes Torsionselement, dadurch gekenn
zeichnet, daß ein als Faserverbundrohr aus in mehreren Lagen (1′)
mit Harzen benetzten, gewickelten Faserbündeln, insbesondere
Glasfaserbündeln mit Epoxidharzen, ausgebildetes Torsionsrohr
(1), insbesondere in seinen Endbereichen, durch
zumindest eine zusätzlich aufgewickelte Lage (1′) und/
oder durch zumindest eine in diesen Bereichen mit einem
vergrößerten Wickelwinkel (α) (d. h. geringerer Steigung) als
im zwischenliegenden Arbeitsbereich gewickelte Lage (1′) aus
Faserbündeln aus- bzw. angeformte Verstärkungen (2) als Befesti
gungs- bzw. Ansatzstellen für die Arme (3) aufweist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
zwischen den oder außerhalb der Verstärkungen (2) zur Ausbildung
von weiteren Lagerstellen, z. B. für das Fahrzeugchassis, weitere
Verstärkungen (2′) vorgesehen sind, die durch zumindest eine
zusätzlich aufgewickelte Lage (1′′) und/oder durch zumindest eine
in dem vorgesehenen Bereich mit einem vergrößerten Wickelwinkel
(α) (d. h. geringerer Steigung) als im Arbeitsbereich gewickelte
Lage (1′) aus Faserbündeln ausgebildet sind.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die rohrinnerste Lage bzw. die rohrinnen gelegenen Lagen zumindest
im Arbeitsbereich des Torsionsrohres (1) gegebenenfalls auch in
dessen Endbereichen, mit einem Wickelwinkel von 40° bis 60°, vor
zugsweise 40° bis 50°, insbesondere etwa 45°, gewickelt sind,
welcher Wickelwinkel je weiterer aufgebrachter Lage oder je Anzahl
weiterer aufgebrachter Lagen vorzugsweise jeweils um einen Betrag
verringert ist, wobei in der äußersten gewickelten
Lage der Wickelwinkel 24° bis 35°, vorzugsweise 26° bis 32°, ins
besondere etwa 27° bis 29°, beträgt
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß die rohrinnerste (rohrinneren) Lage(n), insbesondere
in den Rohrendbereichen, mit einem Wickelwinkel (α) von 65° bis
85°, vorzugsweise 75° bis 85°, insbesondere mit etwa 80°,
gewickelt sind, welcher Wickelwinkel (α) je weiterer oder je einer
Anzahl weiterer Lage(n), vorzugsweise gleichmäßig gestuft,
verringert ist, wobei in der äußersten gewickelten Lage der
Wickelwinkel 45° bis 60°, vorzugsweise 48° bis 55°, insbesondere
etwa 50°, beträgt.
5. Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß
auf die vorzugsweise mit nach außen zu abnehmendem Wickelwinkel ge
wickelten Lagen (1′), insbesondere im Rohrendbereich, zur
Ausbildung von Verstärkungen weitere Lagen (1′′) aus Faserbündeln
mit Harzen aufgewickelt werden.
6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß jede Lage (1′, 1′′) von zwei mit jeweils entgegen
gesetztem Wickelwinkel (α), d. h. in entgegengesetzter Richtung
bezüglich der Kern- bzw. Rohrachse, gewickelten Wickelschichten
gebildet ist.
7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Dicke jeder Lage etwa 0,4 bis 0,7 mm, vorzugs
weise etwa 0,5 mm, beträgt.
8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn
zeichnet, daß bei einem aus 16 bis 22 Lagen gewickelten Torsions
rohr (1) in den Endbereichen des Torsionsrohres (1) 6 bis 8 innere
Lagen mit einem Wickelwinkel von etwa 80°, 5 bis 7 weitere Lagen
mit einem Wickelwinkel von etwa 65° und 5 bis 7 äußere Lagen mit
einem Wickelwinkel von etwa 50° gewickelt sind, wobei die
jeweiligen Wickelwinkel dieser Lagen (1′) im Arbeitsbereich etwa
45° bzw. 36° bzw. 28° betragen.
9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß der Übergangsbereich vom Arbeitsbereich zu
den Verstärkungen (2) gleichmäßig gestuft bzw. gerundet ausge
bildet ist, indem der Beginn der Lagen mit vergrößertem Wickel
winkel (α) bzw. der Beginn zusätzlicher Lagen je Lage in Rich
tung auf die Rohrenden, insbesondere gleichmäßig, versetzt ist.
10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn
zeichnet, daß auf den Arbeitsbereich, vorzugsweise auch auf den
Übergangsbereich des Torsionsrohres (1), eine Umhüllungsschicht
(8) aus gegebenenfalls gewebeverstärktem (Weich)Kunststoff, vor
zugsweise aus mit Epoxidharz getränktem Polyamidgewebe, aufge
bracht ist, wobei die für die Lager vorgesehenen Verstärkungs
stellen (2′) bzw. Verstärkungsstellen (2) für die Arme (3)
freigelassen sind.
11. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekenn
zeichnet, daß die aus gegossenem oder umgeformtem Metall, z. B.
Stahl, Guß, Leichtmetall od. dgl. bestehenden Arme (3)
mit vorzugsweise innengezahnten Verbindungsbuchsen (4)
auf die als Befestigungsstellen dienenden Verstärkungen (2)
aufgesetzt und/oder mit diesen verklebt sind.
12. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekenn
zeichnet, daß in das Innere der Enden der Torsionsrohre (1) ein
Verstärkungs- bzw. Lagerbolzen (9 a) eingeführt ist, der gegebenen
falls mit der Verbindungsbuchse (4) oder Lagerbuchse (9) ver
bunden ist oder ein Lager (6) für das Fahrzeugchassis (7) trägt.
13. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekenn
zeichnet, daß an die Endbereiche des Torsionsrohres (1) die Arme
(3) als gewickeltes Massiv- oder Rohrstück ausgebildet einstückig
angewickelt sind, wobei im Ansatzbereich jedes Armes (3) zumindest
eine, vorzugsweise eine Anzahl, zusätzliche(r) Lage(n) (2 b) aus
mit Harz benetzten Faserbündeln zur Ausbildung eines Überangs
bereiches bzw. zur Verstärkung des Ansatzbereiches auf- bzw. umge
wickelt ist.
14. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Torsionsrohr (1) gemeinsam mit den in bezug auf
den Arbeitsbereich abgebogen verlaufenden Armen (3) einstückig um
einen, insbesondere verlorenen, Kern vorzugsweise aus Hartschaum
stoff, Papier od. dgl., gewickelt ist.
15. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Verstärkungen zur Abstützung für Lager des Fahr
zeugchassis (7) mit Metallhülsen (22) umgeben sind.
16. Verfahren zur Herstellung von Stabilisatoranordnungen für Fahr
zeuge, z. B. PKW, LKW od. dgl., welche Stabilisatoranordnungen ein
an jedem seiner Enden mit einem Arm versehenes Torsionsrohr insbe
sondere nach einem der Ansprüche 1 bis 15 umfassen, dadurch ge
kennzeichnet, daß auf einen wiederverwendbaren Dorn, z. B. aus
Metall, oder einen verlorenen Kern, z. B. aus Hartschaum
stoff, Papier od. dgl., Faserbündel mit Harzen, insbesondere Glas
faserbündel mit Epoxidharzen, in mehreren Lagen gewickelt werden,
wobei der Wickelwinkel von der innersten Lage zu der äußersten
Lage hin je Lage oder je einer gegebenen Anzahl von Lagen ver
kleinert wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß jede
Lage aus zwei Wickelschichten ausgebildet wird, von denen jede mit
entgegengesetztem Wickelwinkel, d. h. in entgegengesetzter Richtung
bezüglich der Rohrachse, gewickelt wird.
18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß
zur Ausbildung von Verstärkungen im Torsionsrohr z. B. für
Verbindungsbuchsen, Armlager, Chassislager od. dgl., der Wickel
winkel der über das Torsionsrohr durchgehend gewickelten Lage in
dem vorgesehenen Verstärkungsbereich vergrößert wird und/oder
zusätzliche Lagen in diesem Bereich aufgewickelt werden, wobei vor
zugsweise deren Wickelwinkel von der innersten Lage zu der
äußersten Lage hin je Lage oder je einer gegebenen Anzahl von
Lagen verkleinert wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Wickelgut bzw. der Torsionsstab nach dem Wickeln
auf dem Kern in Form gebracht bzw. formjustiert und daraufhin
ausgehärtet wird.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekenn
zeichnet, daß im Übergangsbereich von einem Wickelwinkel zu
einem anderen (größeren) Wickelwinkel im Verlauf einer Lage
eine kontinuierliche Änderung des Wickelwinkels vorgesehen wird.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Arbeitsbereich des Torsionsrohres mit den Armen
in einem Arbeitsgang gewickelt wird und die Arme nach Beendigung
des Wickelvorganges abgebogen und der Torsionsstab mit den abge
bogenen Armen ausgehärtet werden.
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