WO2020057861A1 - Fahrwerkbauteil, verfahren zur herstellung eines fahrwerkbauteils sowie radaufhängung - Google Patents

Fahrwerkbauteil, verfahren zur herstellung eines fahrwerkbauteils sowie radaufhängung Download PDF

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WO2020057861A1
WO2020057861A1 PCT/EP2019/071546 EP2019071546W WO2020057861A1 WO 2020057861 A1 WO2020057861 A1 WO 2020057861A1 EP 2019071546 W EP2019071546 W EP 2019071546W WO 2020057861 A1 WO2020057861 A1 WO 2020057861A1
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chassis component
sensor
sensor module
connection structure
points
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PCT/EP2019/071546
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Jonas MEIER ZU FARWIG
Thomas Koehne
Alexander LUNDBERG
Michael Klank
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Zf Friedrichshafen Ag
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    • B60G2401/10—Piezoelectric elements

Definitions

  • Chassis component method for manufacturing a chassis component and wheel suspension
  • the invention relates to a chassis component for a wheel suspension, comprising at least two articulation points, at least one connection structure which connects the articulation points to one another, and at least one sensor integrated into the connection structure.
  • the invention relates to a method for producing a chassis component, the chassis component being produced with at least two articulation points and a connection structure in a master molding process, and wherein at least one sensor is integrated into the connection structure.
  • WO 03/039894 A1 discloses a chassis component, which is in particular a handlebar for a wheel suspension.
  • the handlebar consists of fiber-reinforced plastics or plastic composite systems, a sensor designed as a strain gauge or a piezo element for measuring forces acting on the chassis component being integrated in the plastic parts of the handlebar.
  • the prefabricated sensor is integrated as an insert in the manufacturing process of the chassis component.
  • DE 10 2014 214 827 A1 discloses a chassis component for a wheel suspension which has two articulation points which are connected to one another by a connecting structure.
  • the chassis component is made of a fiber-plastic composite structure, in which a sensor is integrated, which detects a change in the fiber composite structure.
  • the sensor integrated in the fiber-plastic composite structure can be connected to an evaluation device.
  • the integration of the sensor into the chassis component provided in accordance with the prior art requires that the sensor for connection to the evaluation device be provided with feed lines which can be attached to the surface of the chassis component in various ways.
  • the supply lines can be connected to the sensor by means of a solder connection.
  • Other connection options include applying conductive varnish such as silver varnish or gluing flexible ones Trace foils.
  • conductive varnish such as silver varnish or gluing flexible ones Trace foils.
  • a wheel suspension, in which at least one vehicle component according to the invention is used, is also the subject of claim 13.
  • a chassis component for a wheel suspension, the chassis component comprising at least two articulation points, at least one connection structure which connects the articulation points to one another, and at least one sensor integrated in the connection structure.
  • the sensor is part of a preassembled sensor module which has a body with at least two line sections integrated into the body, contact points of the line sections opening outwards that the sensor , which is designed as a piezoresistive thin layer applied to a surface section of the body, connects to one another, an at least partial embedding of the sensor module in the connection structure during an original molding process.
  • zesses for the manufacture of the chassis component.
  • the body of the sensor module can preferably consist of a material which has the same or at least approximately the same physical properties as the connection structure surrounding the body at least in sections. In this way, the strength and stability of the chassis component can be contributed. On the other hand, it is avoided that damage to the sensor module occurs due to material properties that differ greatly from one another.
  • the body of the sensor module can consist of a plastic, for example of a thermosetting plastic.
  • a plastic can be used that is easy to process and inexpensive.
  • the body can consist of an epoxy resin.
  • the body of the sensor module consists of a fiber-reinforced plastic.
  • the body can be designed as an essentially cuboid block. The dimensions of the body are matched to the structural structure of the connection structure, which is of lightweight construction, in such a way that the sensor module can be completely embedded in the connection structure.
  • the connection structure can have a rib structure.
  • the body of the sensor module can be completely surrounded by the material used to produce the connection structure.
  • the body can preferably be formed as a cast part, into which the at least two line sections are partially cast or injected.
  • the body can be manufactured in particular by injection molding.
  • the management Sections can be injected as inserts during the manufacture of the body.
  • connection points of the line sections can protrude from the body to such an extent that they are accessible from the outside after being embedded in the connection structure.
  • the connection points serve to connect the sensor module to the evaluation device.
  • the piezoresistive thin layer can preferably be applied on a side of the body facing away from the connection points. This makes it possible to simplify the design of the line sections.
  • the contact points connected by the piezoresistive thin layer are formed opposite the connection points of the respective line section, so that simple wires or lead frames can be used as line sections in the interior of the body.
  • the piezoresistive thin layer can be applied to the side of the body on which the connection points are located.
  • the body of the sensor module can only be embedded into the connection structure to such an extent that the piezoresistive thin layer is located directly below or on the surface of the connection structure.
  • this can be provided with an additional protective layer.
  • the protective layer can enclose the piezo-resistive thin layer in a watertight manner.
  • the material from which the protective layer is made is elastic, so that deformations of the chassis component do not lead to detachment from the surface.
  • the protective layer can form an impact and splinter protection.
  • the sensor module is arranged in a region of the chassis component near the surface.
  • the sensor module is preferably arranged in the connection structure at suitable points, for example with high loads.
  • the piezoresistive thin layer can preferably be designed as a conductive composite based on polymer or silicon.
  • the thin layer can be designed as a conductive polymer-nano-composite, which consists of a non-conductive polymer and has a small proportion of carbon nanotubes (CNT - carbon nanotubes).
  • the composite can consist of polysiloxane with chemically modified nickel or copper particles.
  • the sensor can be designed as a silicon pressure sensor.
  • the piezoresistive thin layer can be applied by spraying, rolling, printing or pouring. In this way, the piezoresistive thin layer can be applied easily and inexpensively to the respective contour of the body of the sensor module.
  • a method for producing a chassis component is proposed, the chassis component being produced with at least two articulation points and a connection structure in a master molding process, and wherein at least one sensor is integrated into the connection structure.
  • the chassis component is made in particular from a fiber-reinforced plastic.
  • a pre-assembled sensor module is produced with a body, in which at least two line sections are integrated, the contact points of which open outwards are connected to one another by the sensor, which is applied by applying a piezoresistive thin layer is formed on a surface section of the body, with the pre-assembled sensor module being at least partially embedded in the connection structure during the master molding process for producing the chassis component.
  • the method enables a simplified and improved manufacturing process, since all the components necessary for recording and transmitting measurement signals are combined in the sensor module.
  • the sensor module is inserted as an insert into a tool and during the master molding process, for example integrated into the connection structure in an injection molding process or an RTM-like process. Thanks to a uniform geometry, the sensor modules can be manufactured in large numbers. It can be installed in many chassis components without complex process changes.
  • connection points can be designed as plugs for connecting supply lines or as cables.
  • a wheel suspension particularly preferably comprises one or more chassis components designed according to the invention, which can in particular be designed as a control arm for the wheel suspension.
  • FIG. 1 shows a perspective view of a chassis component designed as a link
  • Fig. 3 is a partial view of a connecting structure of the handlebar in longitudinal section.
  • FIG. 1 shows a perspective view of a chassis component 1 designed as a link 2. It can be seen here that the link 2 is designed as a 2-point link with two articulation points 3 and 4, a joint in the form of a ball joint 5 at the articulation point 3 and a joint in the form of the articulation point 4 a rubber bearing 6 is provided.
  • the handlebar 2 consists of a fiber-plastic composite and comprises at least one connection structure 7 which runs between the articulation points 3 and 4 and is made of a thermosetting endless fiber-plastic composite, in particular their CFRP or GFRP.
  • at least one sensor 12 is integrated in the handlebar 2, as will be explained with reference to the following description of FIGS. 2 and 3.
  • FIG. 2 shows views of a sensor module 10, the left view showing a perspective partial explosion view of the sensor module 10 with the body 11 shown transparently and the sensor 12, and the right view showing the same in a pre-assembled state.
  • the body 11 is preferably essentially cuboid.
  • the body 11 can consist of a thermosetting plastic, for example epoxy resin.
  • the plastic can be fiber-reinforced, for example by glass fibers or carbon fibers.
  • line sections 13, 14, which are cast or extrusion-coated in sections.
  • the ends of the line sections 13, 14 protruding from the body 11 form connection points 17, 18.
  • the connection points 17, 18 can be designed as plugs that can be connected to supply lines in order to transmit measurement signals from the sensor module 10 to an external evaluation device.
  • the connection points 17, 18 can be designed as cables.
  • the sensor 12 is located on the side facing away from the connection points 17, 18.
  • the sensor 12 is designed as a piezoresistive thin layer 19, which is applied to a surface section by brushing, spraying, rolling, pouring or printing the body 11 can be applied.
  • the piezoresistive thin layer 19 can be designed as a conductive composite based on polymer or silicon.
  • the thin layer 19 can be designed as a conductive polymer-nano-composite, which consists of a non-conductive polymer and has a small proportion of carbon nanotubes (CNT - carbon nanotubes).
  • the composite can consist, for example, of polysiloxane with chemically modified nickel or copper particles.
  • the senor 12 can be designed as a silicon pressure sensor.
  • the piezoresistive thin layer 19 connects contact points 14 and 15 of the line sections 13 and 14, which are spaced apart from one another in the longitudinal direction of the body. In this case, forces acting on the chassis component 1 cause a change in the resistance of the piezoresistive thin film 19.
  • the senor 12 embodied as a piezoresistive thin layer 19 can be arranged on any longitudinal side of the essentially cuboid body 11.
  • the integration of the sensor module 10 takes place during the manufacture of the chassis component 1 by means of an original molding process.
  • the chassis component 1 is preferably produced in an injection molding process or an RTM-like process.
  • the sensor module 10 is inserted as an insert into a tool and integrated into the connection structure 7 during the master molding process.
  • the sensor module 10 is at least partially embedded in the connection structure 7 by overmolding.
  • FIG. 3 shows a partial view of the connecting structure 7 of the chassis component 1 designed as a link 2 in a longitudinal section.
  • the sensor module 10 is embedded as close to the surface as possible. As a rule, the highest voltages occur in the areas of the handlebar 2 near the surface.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Injection Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fahrwerkbauteil (1) für eine Radaufhängung, umfassend zumindest zwei Gelenkpunkte (3, 4), zumindest eine Verbindungsstruktur (7), welche die Gelenkpunkte (3, 4) miteinander verbindet, sowie zumindest einen in die Verbindungsstruktur (7) integrierten Sensor (12), wobei der Sensor (12) Teil eines vorkonfektionierten Sensormoduls (10) ist, welcher einen Körper (11) mit zumindest zwei in den Körper (11) integrierten Leitungsabschnitten (13, 14) aufweist, wobei Kontaktstellen (15, 16) der Leitungsabschnitte (13, 14) nach außen münden, die der Sensor (12), der als eine auf einem Oberflächenabschnitt des Körpers (11) aufgebrachte piezoresistive Dünnschicht (19) ausgeführt ist, miteinander verbindet, wobei eine zumindest teilweise Einbettung des Sensormoduls (10) in die Verbindungsstruktur (7) während eines Urformprozesses zur Herstellung des Fahrwerkbauteils (1) erfolgt ist.

Description

Fahrwerkbauteil, Verfahren zur Herstellung eines Fahrwerkbauteils sowie Radauf- hänqunq
Die Erfindung betrifft ein Fahrwerkbauteil für eine Radaufhängung, umfassend zu mindest zwei Gelenkpunkte, zumindest eine Verbindungsstruktur, welche die Ge- lenkpunkte miteinander verbindet, sowie zumindest einen in die Verbindungsstruktur integrierten Sensor.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Fahrwerkbau- teils, wobei das Fahrwerkbauteil mit zumindest zwei Gelenkpunkten und einer Ver- bindungsstruktur in einem Urformprozess hergestellt wird, und wobei in die Verbin- dungsstruktur zumindest ein Sensor integriert wird.
Aus der WO 03/039894 A1 geht ein Fahrwerkbauteil hervor, bei welchem es sich insbesondere um einen Lenker für eine Radaufhängung handelt. Der Lenker besteht aus faserverstärkten Kunststoffen oder Kunststoffverbundsystemen, wobei in die Kunststoffan teile des Lenkers ein als Dehnungsmessstreifen oder ein Piezoelement ausgebildeter Sensor zur Messung von an dem Fahrwerkbauteil angreifenden Kräf- ten integriert ist. Hierzu wird der vorgefertigte Sensor als Einlegeteil in den Herstell- prozess des Fahrwerkbauteils integriert.
Aus der DE 10 2014 214 827 A1 geht ein Fahrwerkbauteil für eine Radaufhängung hervor, welches zwei Gelenkpunkten aufweist, die durch eine Verbindungsstruktur miteinander verbunden sind. Das Fahrwerkbauteil ist aus einer Faser- Kunststoff- Verbundstruktur hergestellt, in welche ein Sensor integriert ist, der eine Veränderung der Faser-Verbundstruktur detektiert. Hierzu ist der in die Faser-Kunststoff- Verbundstruktur integrierte Sensor mit einer Auswertevorrichtung verbindbar.
Die gemäß dem Stand der Technik vorgesehene Integration des Sensors in das Fahrwerkbauteil erfordert es, dass der Sensor zur Anbindung an die Auswertevor- richtung mit Zuleitungen versehen wird, welche auf verschiedene Art und Weise an der Oberfläche des Fahrwerkbauteils anbringbar sind. So sind die Zuleitungen mittels einer Lötverbindung mit dem Sensor verbindbar. Weitere Verbindungsmöglichkeiten stellen das Aufbringen von Leitlack wie Silberlack oder das Aufkleben von flexiblen Leiterbahnfolien dar. Neben den notwendigen, zeitaufwendigen Vorbereitungsmaß- nahmen, um die Voraussetzungen für das Löten, Aufträgen oder Kleben zu schaffen, ist insbesondere bei einer Verwendung von Leitlack eine Dauerfestigkeit der Verbin- dung wegen der auftretenden mechanischen Belastungen nicht gegeben.
Ausgehend vom vorstehend beschriebenen Stand der Technik ist es nun die Aufga- be der vorliegenden Erfindung, ein Fahrwerkbauteil zu schaffen, welches sich durch eine einfachere Integration von Sensor und für einen Anschluss notwendige Lei- tungsabschnitte auszeichnet und einfacher und kostengünstiger herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird aus vorrichtungstechnischer Sicht ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Aus verfahrenstechnischer Sicht erfolgt eine Lösung der Aufgabe ausgehend vom Ober- begriff des nebengeordneten Anspruchs 11 in Verbindung mit dessen kennzeichnen- den Merkmalen.
Eine Radaufhängung, bei welcher zumindest ein erfindungsgemäßes Fahrzeugbau- teil zur Anwendung kommt, ist ferner Gegenstand von Anspruch 13.
Die hierauf jeweils folgenden, abhängigen Ansprüche geben jeweils vorteilhafte Wei- terbildungen der Erfindung wieder.
Gemäß der Erfindung wird Fahrwerkbauteil für eine Radaufhängung vorgeschlagen, wobei das Fahrwerkbauteil zumindest zwei Gelenkpunkte, zumindest eine Verbin- dungsstruktur, welche die Gelenkpunkte miteinander verbindet, sowie zumindest ei- nen in die Verbindungsstruktur integrierten Sensor umfasst. Zur Vereinfachung der Integration des Sensors in das Fahrwerkbauteil ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Sensor Teil eines vorkonfektionierten Sensormoduls ist, welcher einen Kör- per mit zumindest zwei in den Körper integrierten Leitungsabschnitten aufweist, wo- bei Kontaktstellen der Leitungsabschnitte nach außen münden, die der Sensor, der als eine auf einem Oberflächenabschnitt des Körpers aufgebrachte piezoresistive Dünnschicht ausgeführt ist, miteinander verbindet, wobei eine zumindest teilweise Einbettung des Sensormoduls in die Verbindungsstruktur während eines Urformpro- zesses zur Herstellung des Fahrwerkbauteils erfolgt ist. Die Verwendung eines vor- konfektionierten Sensormoduls, in welchem der Sensor und die notwendigen Lei- tungsabschnitte zusammengefasst sind, vereinfacht die Integration in das Fahrwerk- bauteil, welche im Zuge des zur Herstellung des Fahrwerkbauteils durchgeführten Urformprozesses erfolgt. Alle für den Anschluss einer Auswertevorrichtung erforderli- chen Komponenten sind zusammengefasst und werden als ein gemeinsames Einle- geteil verarbeitet.
Bevorzugt kann der Körper des Sensormoduls aus einem Material bestehen, welches die gleichen oder zumindest annähernd die gleichen physikalischen Eigenschaften aufweist wie die den Körper zumindest abschnittsweise umgebende Verbindungs- Struktur. Auf diese Weise kann zur Festigkeit und Stabilität des Fahrwerkbauteils bei- getragen werden. Zum anderen wird vermieden, dass aufgrund von stark voneinan- der abweichenden Materialegeigenschaften Beschädigungen des Sensormoduls auf- treten.
Insbesondere kann der Körper des Sensormoduls aus einem Kunststoff bestehen, beispielsweise aus einem duroplastischen Kunststoff. Dabei kann ein Kunststoff zur Anwendung kommen, der einfach zu verarbeiten und kostengünstig ist. Beispielswei- se kann der Körper aus einem Epoxidharz bestehen. Denkbar ist aber auch, dass der Körper des Sensormoduls aus einem faserverstärkten Kunststoff besteht. Der Körper kann als ein im Wesentlichen quaderförmiger Block ausgeführt sein. Die Abmessun- gen des Körpers sind derart an den strukturellen Aufbau der in Leichtbauweise aus- geführten Verbindungsstruktur angepasst, dass eine vollständige Einbettung des Sensormoduls in die Verbindungsstruktur erreicht werden kann. So kann zur Erzie- lung der Leichtbauweise die Verbindungsstruktur eine Rippenstruktur aufweisen. Der Körper des Sensormoduls kann vollständig von dem zur Herstellung der Verbin- dungsstruktur verwendeten Materials umgeben sein.
Bevorzugt kann der Körper als ein Gussteil ausgebildet sein, in den die zumindest zwei Leitungsabschnitte abschnittsweise eingegossen oder eingespritzt sind. Der Körper kann insbesondere im Spritzgussverfahren hergestellt werden. Die Leitungs- abschnitte können als Einlegeteile bei der Herstellung des Körpers eingespritzt wer- den.
Weiterhin können Anschlussstellen der Leitungsabschnitte soweit aus dem Körper herausragen, dass diese nach dem Einbetten in die Verbindungsstruktur von außen zugänglich sind. Die Anschlussstellen dienen der Verbindung des Sensormoduls mit der Auswertevorrichtung.
Gemäß einer Weiterbildung kann die piezoresistive Dünnschicht bevorzugt auf einer den Anschlussstellen abgewandten Seite des Körpers aufgebracht sein. Hierdurch lässt sich die Ausgestaltung der Leitungsabschnitte vereinfachen. Die durch die pie- zoresistive Dünnschicht verbundenen Kontaktstellen sind den Anschlussstellen des jeweiligen Leitungsabschnittes gegenüberliegend ausgebildet, so dass einfache Drähte oder Stanzgitter als Leitungsabschnitte im Inneren des Körpers verwendet werden können.
Alternativ kann die piezoresistive Dünnschicht auf der Seite des Körpers aufgebracht sein, auf welcher sich die Anschlussstellen befinden. Dabei kann der Körper des Sensormoduls lediglich soweit in die Verbindungsstruktur eingebettet werden, dass die piezoresistive Dünnschicht sich unmittelbar unterhalb oder an der Oberfläche der Verbindungsstruktur befindet. Zum Schutz der dann an der Oberfläche der Verbin- dungsstruktur freiliegenden piezoresistive Dünnschicht kann diese mit einer zusätzli- chen Schutzschicht versehen sein. Insbesondere kann die Schutzschicht die piezo- resistive Dünnschicht wasserdicht umschließen. Zudem ist es vorteilhaft, wenn das Material, aus welchem die Schutzschicht besteht, elastisch ist, so dass Verformun- gen des Fahrwerkbauteils nicht zum Ablösen von der Oberfläche führen. Darüber hinaus kann die Schutzschicht einen Einschlag-und Splitterschutz ausbilden.
Grundsätzlich ist es vorteilhaft, wenn das Sensormodul in einem oberflächennahen Bereich des Fahrwerkbauteils angeordnet ist. In der Regel treten in den oberflächen- nahen Bereichen die höchsten Spannungen in dem Fahrwerkbauteil auf. Die Anord- nung des Sensormoduls in der Verbindungsstruktur erfolgt bevorzugt an geeigneten Stellen, beispielsweise mit hohen Lasten. Bevorzugt kann die piezoresistive Dünnschicht als ein leitfähiges Komposit auf Poly- mer- oder Siliziumbasis ausgeführt sein. Beispielsweise kann die Dünnschicht als leitendes Polymer-Nano-Komposit ausgeführt sein, welches aus einem nichtleitenden Polymer besteht und einen geringen Anteil an Kohlenstoffnanoröhren (CNT - carbon nanotubes) aufweist. Alternativ kann das Komposit aus Polysiloxan mit chemisch modifizierten Nickel- oder Kupferpartikeln bestehen. Weiterhin kann der Sensor als ein Silizium-Drucksensor ausgebildet sein.
Insbesondere kann die piezoresistive Dünnschicht durch Sprühen, Rollen, Drucken oder Gießen aufbringbar sein. Auf diese Weise lässt sich die piezoresistive Dünn- schicht einfach und kostengünstig an die jeweilige Kontur des Körpers des Sensor- moduls angepasst aufbringen.
Des Weiteren wird ein Verfahren zur Herstellung eines Fahrwerkbauteils gemäß dem unabhängigen Anspruch 11 zur Lösung der eingangs gestellten Aufgabe vorgeschla- gen.
Gemäß dem unabhängigen Anspruch 11 wird ein Verfahren zur Herstellung eines Fahrwerkbauteils vorgeschlagen, wobei das Fahrwerkbauteil mit zumindest zwei Ge- lenkpunkten und einer Verbindungsstruktur in einem Urformprozess hergestellt wird, und wobei in die Verbindungsstruktur zumindest ein Sensor integriert wird. Das Fahrwerkbauteil wird insbesondere aus einem faserverstärkten Kunststoff hergestellt. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zur Integration des Sensors ein vorkonfektio- nierter Sensormodul mit einem Körper hergestellt wird, in den zumindest zwei Lei- tungsabschnitte integriert werden, deren nach außen mündende Kontaktstellen durch den Sensor miteinander verbunden werden, der durch Aufbringen einer piezoresisti- ven Dünnschicht auf einem Oberflächenabschnitt des Körpers ausgebildet wird, wo- bei der vorkonfektionierte Sensormodul zumindest teilweise in die Verbindungsstruk- tur während des Urform prozesses zur Herstellung des Fahrwerkbauteils eingebettet wird. Das Verfahren ermöglicht einen vereinfachten und verbesserten Herstellpro- zess, da alle für das Aufnehmen und Übertragen von Messsignalen notwendigen Komponenten in dem Sensormodul vereint sind. Der Sensormodul wird als ein Einle- geteil in ein Werkzeug eingebracht und während des Urformprozesses, beispielswei- se in einem Spritzgussverfahren oder einem RTM-ähnlichen Verfahren, in die Ver- bindungsstruktur integriert. Durch eine einheitliche Geometrie können die Sensormo- dule in großer Stückzahl gefertigt werden. Es kann in viele Fahrwerkbauteile ohne aufwändige Prozessänderungen eingebracht werden.
Bevorzugt können die Leitungsabschnitte mit Anschlussstellen ausgeführt werden, die nach dem Einbetten des Körpers aus der Verbindungsstruktur herausragen. Da- zu können die Anschlussstellen als Stecker zum Anschluss von Zuleitungen oder als Kabel ausgeführt sein.
Besonders bevorzugt umfasst eine Radaufhängung ein oder mehrere erfindungsge- mäß gestaltete Fahrwerkbauteile, die insbesondere als Lenker für die Radaufhän- gung konzipiert sein können.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung, die nachfolgend erläutert wird, ist in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines als Lenker ausgebildeten Fahrwerk- bauteils;
Fig. 2 Ansichten eines Sensormoduls; und
Fig. 3 eine Teilansicht einer Verbindungsstruktur des Lenkers im Längsschnitt.
In Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines als Lenker 2 ausgebildeten Fahrwerk- bauteils 1 dargestellt. Dabei ist zu erkennen, dass der Lenker 2 vorliegend als 2- Punkt-Lenker mit zwei Gelenkpunkten 3 und 4 gestaltet ist, wobei an dem Gelenk- punkt 3 ein Gelenk in Form eines Kugelgelenks 5 und an dem Gelenkpunkt 4 ein Ge- lenk in Form eines Gummilagers 6 vorgesehen ist.
Der Lenker 2 besteht aus einem Faser-Kunststoff-Verbund und umfasst dabei zu- mindest eine Verbindungsstruktur 7, die zwischen den Gelenkpunkten 3 und 4 ver- läuft und sich aus einem duroplastischen Endlosfaser-Kunststoff-Verbund, insbeson- dere CFK oder GFK, zusammensetzt. Zur Erfassung mechanischer Belastungen wird in den Lenker 2 zumindest ein Sensor 12 integriert, wie anhand der nachfolgenden Beschreibung zu den Fig. 2 und 3 erläutert wird.
In Fig. 2 sind Ansichten eines Sensormoduls 10 dargestellt, wobei die linke Ansicht eine perspektivische Teilexplosionsdarstellung des Sensormoduls 10 mit transparent dargestelltem Körper 11 sowie dem Sensor 12 und die rechte Ansicht eine Darstel- lung desselbigen in vorkonfektioniertem Zustand zeigt. Der Körper 11 ist bevorzugt im Wesentlichen quaderförmig ausgeführt.
Der Körper 11 kann aus einem duroplastischen Kunststoff bestehen, beispielsweise Epoxidharz. Zusätzlich kann der Kunststoff faserverstärkt sein, beispielsweise durch Glasfasern oder Kohlenstofffasern. Im Inneren des Körpers 1 1 befinden sich Lei- tungsabschnitt 13, 14, die abschnittsweise umgossen bzw. umspritzt sind. Die aus dem Körper 11 herausragenden Enden der Leitungsabschnitt 13, 14 bilden An- schlussstellen 17, 18 aus. Die Anschlussstellen 17, 18 können als Stecker ausgebil- det sein, die mit Zuleitungen verbindbar sind, um Messsignale des Sensormoduls 10 an eine externe Auswertevorrichtung zu übertragen. Alternativ können die An- schlussstellen 17, 18 als Kabel ausgeführt sein.
In dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel befindet sich auf der den An- schlussstellen 17, 18 abgewandten Seite der Sensor 12. Der Sensor 12 ist als eine piezoresistive Dünnschicht 19 ausgeführt, welche durch Streichen, Spritzen, Rollen, Gießen oder Drucken auf einen Oberflächenabschnitt des Körpers 11 aufbringbar ist. Die piezoresistive Dünnschicht 19 kann als ein leitfähiges Komposit auf Polymerbasis oder Siliziumbasis ausgeführt sein. Beispielsweise kann die Dünnschicht 19 als lei- tendes Polymer-Nano-Komposit ausgeführt sein, welches aus einem nichtleitenden Polymer besteht und einen geringen Anteil an Kohlenstoffnanoröhren (CNT - carbon nanotubes) aufweist. Alternativ kann das Komposit beispielsweise aus Polysiloxan mit chemisch modifizierten Nickel- oder Kupferpartikeln bestehen. Weiterhin kann der Sensor 12 als ein Silizium-Drucksensor ausgebildet sein. Die piezoresistive Dünnschicht 19 verbindet in Längsrichtung des Körpers beab- standet zueinander angeordnete Kontaktstellen 14 bzw. 15 der Leitungsabschnitte 13 bzw. 14 miteinander. Dabei bewirken auf das Fahrwerkbauteil 1 einwirkende Kräf- te eine Widerstandsänderung der piezoresistiven Dünnschicht 19.
Prinzipiell kann der als piezoresistive Dünnschicht 19 ausgeführte Sensor 12 an einer beliebigen Längsseite des im Wesentlichen quaderförmigen Körpers 11 angeordnet sein.
Die Integration des Sensormoduls 10 erfolgt während des Herstellens des Fahrwerk- bauteils 1 durch ein Urformverfahren. Bevorzugt wird das Fahrwerkbauteil 1 in einem Spritzgussverfahren oder einem RTM-ähnlichen Verfahren hergestellt. Dabei wird der Sensormodul 10 als ein Einlegeteil in ein Werkzeug eingebracht und während des Urformprozesses in die Verbindungsstruktur 7 integriert. Dabei wird der Sensormodul 10 zumindest abschnittsweise in die Verbindungsstruktur 7 durch Umspritzen einge- bettet.
Die Darstellung in Fig. 3 zeigt eine Teilansicht der Verbindungsstruktur 7 des als Lenker 2 ausgeführten Fahrwerkbauteils 1 im Längsschnitt. Die Einbettung des Sen- sormoduls 10 erfolgt möglichst oberflächennah. In der Regel treten in den oberflä- chennahen Bereichen des Lenkers 2 die höchsten Spannungen auf.
Bezuqszeichen
Fahrwerkbauteil
Lenker
Gelenkpunkt
Gelenkpunkt
Kugelgelenk
Gummilager
Verbindungsstruktur
Sensormodul
Körper
Sensor
Leitungsabschnitt
Leitungsabschnitt
Kontaktstelle
Kontaktstelle
Anschlussstelle
Anschlussstelle
Dünnschicht

Claims

Patentansprüche
1. Fahrwerkbauteil (1 ) für eine Radaufhängung, umfassend zumindest zwei Gelenk- punkte (3, 4), zumindest eine Verbindungsstruktur (7), welche die Gelenkpunkte (3,
4) miteinander verbindet, sowie zumindest einen in die Verbindungsstruktur (7) inte- grierten Sensor (12), dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (12) Teil eines vor- konfektionierten Sensormoduls (10) ist, welcher einen Körper (11 ) mit zumindest zwei in den Körper (11) integrierten Leitungsabschnitten (13, 14) aufweist, wobei Kontaktstellen (15, 16) der Leitungsabschnitte (13, 14) nach außen münden, die der Sensor (12), der als eine auf einem Oberflächenabschnitt des Körpers (11) aufge- brachte piezoresistive Dünnschicht (19) ausgeführt ist, miteinander verbindet, wobei eine zumindest teilweise Einbettung des Sensormoduls (10) in die Verbindungsstruk- tur (7) während eines Urformprozesses zur Herstellung des Fahrwerkbauteils (1 ) er- folgt ist.
2. Fahrwerkbauteil (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (11 ) des Sensormoduls (10) aus einem Material besteht, welches die gleichen oder zumindest annähernd die gleichen physikalischen Eigenschaften aufweist wie die den Körper (11 ) zumindest abschnittsweise umgebende Verbindungsstruktur (7).
3. Fahrwerkbauteil (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (11) des Sensormoduls (10) aus einem Kunststoff besteht.
4. Fahrwerkbauteil (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (11) als Gussteil ausgebildet ist, in den die zumindest zwei Leitungsabschnitte (13, 14) abschnittsweise eingegossen oder eingespritzt sind.
5. Fahrwerkbauteil (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Anschlussstellen (17, 18) der Leitungsabschnitte (13, 14) soweit aus dem Kör- per (11 ) herausragen, dass diese nach dem Einbetten in die Verbindungsstruktur (7) von außen zugänglich sind.
6. Fahrwerkbauteil (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dünnschicht (19) auf einer den Anschlussstellen (17, 18) abgewandten Sei- te des Körpers (11) aufgebracht ist.
7. Fahrwerkbauteil (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die piezoresistive Dünnschicht (19) auf der Seite des Körpers (11 ) aufgebracht ist, auf welcher sich die Anschlussstellen (17, 18) befinden.
8. Fahrwerkbauteil (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensormodul (10) in einem oberflächennahen Bereich des Fahrwerkbau- teils (1) angeordnet ist.
9. Fahrwerkbauteil (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die piezoresistive Dünnschicht (19) als ein Komposit auf Polymer- oder Silizi- umbasis ausgeführt ist.
10. Fahrwerkbauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die piezoresistive Dünnschicht (19) durch Sprühen, Rollen, Drucken oder Gie- ßen aufbringbar ist.
11. Verfahren zur Herstellung eines Fahrwerkbauteils (1 ), wobei das Fahrwerkbauteil (1 ) mit zumindest zwei Gelenkpunkten (3, 4) und einer Verbindungsstruktur (7) in einem Urformprozess hergestellt wird, und wobei in die Verbindungsstruktur (7) zu- mindest ein Sensor (12) integriert wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Integration des Sensors (12) ein vorkonfektionierter Sensormodul (10) mit einem Körper (11 ) hergestellt wird, in den zumindest zwei Leitungsabschnitte (13, 14) integriert werden, deren nach außen mündende Kontaktstellen (15, 16) durch den Sensor (12) mitei- nander verbunden werden, der durch Aufbringen einer piezoresistiven Dünnschicht (19) auf einem Oberflächenabschnitt des Körpers (11 ) ausgebildet wird, wobei der Sensormodul (10) zumindest teilweise in die Verbindungsstruktur (7) während des Urformprozesses zur Herstellung des Fahrwerkbauteils (1 ) eingebettet wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungsab- schnitte (13, 14) mit Anschlussstellen (17, 18) ausgeführt werden, die nach dem Ein- betten des Körpers (11) aus der Verbindungsstruktur (7) herausragen.
13. Radaufhängung für ein Kraftfahrzeug, umfassend zumindest ein Fahrwerkbauteil (1 ) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10.
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