DE102023200894A1

DE102023200894A1 - Mehrpunktlenker für ein Fahrwerk eines Nutzkraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102023200894A1
Application number: DE102023200894.7A
Authority: DE
Inventors: Andre Stieglitz; Ingolf Müller; Ole vor dem Brocke
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2023-02-03
Filing date: 2023-02-03
Publication date: 2024-08-08
Also published as: WO2024160487A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Mehrpunktlenker (1) für ein Fahrwerk eines Nutzkraftfahrzeugs, welcher zumindest einen aus einem faserverstärkten Kunststoff bestehenden Profilabschnitt (3) und zumindest ein Lasteinleitungselement (2) umfasst, wobei der Profilabschnitt (3), bei Betrachtung im Querschnitt, zumindest zwei als umfänglich geschlossene Kammern ausgebildete Hohlräume (10) aufweist, die durch zumindest drei sich in Längsrichtung (L) und Querrichtung (Q) des Profilabschnitts (3) erstreckende, parallel zueinander angeordnete außenseitige und innenseitige Querstege () separiert sind, wobei der Profilabschnitt (3) und das Lasteinleitungselement (2) in einem gemeinsamen Verbindungsabschnitt (4) durch eine geklebte Steckverbindung (7) miteinander verbunden sind, wobei Außenzähne (8) des Lasteinleitungselement (2) den Profilabschnitt (3) überlappen und Innenzähne (28) des Lasteinleitungselementes (2) mit den zumindest zwei Hohlräumen (10) in Eingriff stehen, dadurch gekennzeichnet, dass die außenseitigen Querstege (11), welche den Profilabschnitt (3) begrenzen, in Hochrichtung (H) gesehen, eine geringere Wandstärke (18) aufweisen, als der zumindest eine weitere, eine Wandstärke (19) aufweisende innenseitige Quersteg (12), der zwischen den zumindest zwei Hohlräumen (10) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Mehrpunktlenker gemäß dem Oberbergriff des Anspruches 1.
Ein Mehrpunktlenker der eingangs genannten Art ist aus der DE 10 2018 221 892 A1 bekannt. Der Mehrpunktlenker umfasst einen Profilabschnitt sowie zumindest ein an diesem angeordnetes Lasteinleitungselement. Zur Verbindung des im Pultrusionsverfahren hergestellten, aus einem faserverstärkten Kunststoff bestehenden Profilabschnitts mit dem zumindest einem aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere einem Leichtmetall oder einer Leichtmetalllegierung, bestehenden Lasteinleitungselement sind diese durch eine geklebte Steckverbindung miteinander verbunden. Hierzu weist der Profilabschnitt, bei Betrachtung im Querschnitt, zumindest zwei als umfänglich geschlossene Kammern ausgebildete Hohlräume auf, die durch zumindest drei sich in Längsrichtung und Querrichtung des Profilabschnitts erstreckende, parallel zueinander angeordnete Querstege separiert sind, wobei der Profilabschnitt und das Lasteinleitungselement in einem gemeinsamen Verbindungsabschnitt durch eine geklebte Steckverbindung miteinander verbunden sind. In dem gemeinsamen Verbindungsabschnitt, in dem ein Endabschnitt des Lasteinleitungselements und ein Endabschnitt des Profilabschnitts wechselseitig und im Wesentlichen formschlüssig ineinandergreifen, sind diese durch eine Klebeverbindung miteinander verbunden. Beiderseits einer neutralen Faserebene weisen jeweils zumindest zwei Klebstoffschichten mit steigendem Abstand zu der neutralen Faserebene des Profilabschnitts eine größer werdende Querschnittsfläche auf, um dadurch bei einer Zugbelastung des Mehrpunktlenkers eine Entlastung von Bereichen der Klebeverbindung zu bewirken, die in Hochrichtung des Profilabschnitts einen relativ großen Abstand zu der neutralen Faserebene aufweisen. Dahinter steht die Überlegung, dass dickere Klebstoffschichten entlastend wirken und bei einer Belastung die Kraft eher im Bereich dünnerer Klebstoffschichten übertragen wird. Dieser entlastende Effekt ist dadurch eingeschränkt, dass bei zunehmender Klebstoffdicke die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Poren in der Klebstoffschicht signifikant zunimmt, welche bei einer aufgeprägten Last zu lokalen Spannungsspitzen und Anrissen führen.
Ausgehend vom vorstehend beschriebenen Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Mehrpunktlenker der eingangs genannten Art weiterzubilden, dass eine ausreichende Lebensdauer der Leichtbaukomponenten, insbesondere des aus einem faserverstärkten Kunststoff bestehenden Profilabschnitts, bei begrenztem Bauraum erreicht wird.
Diese Aufgabe wird aus vorrichtungstechnischer Sicht ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die hierauf jeweils folgenden abhängigen Ansprüche geben jeweils vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
Gemäß der Erfindung wird ein Mehrpunktlenker für ein Fahrwerk eines Nutzkraftfahrzeugs vorgeschlagen, welcher zumindest einen aus einem faserverstärkten Kunststoff bestehenden Profilabschnitt und zumindest ein Lasteinleitungselement umfasst, wobei der Profilabschnitt, bei Betrachtung im Querschnitt, zumindest zwei als umfänglich geschlossene Kammern ausgebildete Hohlräume aufweist, die durch zumindest drei sich in Längsrichtung und Querrichtung des Profilabschnitts erstreckende, parallel zueinander angeordnete außenseitige und innenseitige Querstege separiert sind, wobei der Profilabschnitt und das Lasteinleitungselement in einem gemeinsamen Verbindungsabschnitt durch eine geklebte Steckverbindung miteinander verbunden sind, wobei Außenzähne des Lasteinleitungselementes den Profilabschnitt überlappen und Innenzähne des Lasteinleitungselementes mit den zumindest zwei Hohlräumen in Eingriff stehen. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die außenseitigen Querstege, welche den Profilabschnitt begrenzen, in Hochrichtung gesehen, eine geringere Wandstärke aufweisen, als der zumindest eine weitere, eine Wandstärke aufweisende innenseitige Quersteg, der zwischen den zumindest zwei Hohlräumen angeordnet ist.
Wesentlich ist die Überlegung, die Last gezielter und für die Anwendung des Mehrpunktlenkers, insbesondere eines Zweipunktlenkers, in einer bevorzugten Weise zu verteilen, indem eine gezielte Variation der Wandstärke, d.h. eine Variation der Dicke der Querstege, im Profilbauteil vorgesehen ist, um insbesondere in den Mehrpunktlenker eingeleitete Druck- und/oder Zugkräfte, die von dem zumindest einen Lasteinleitungselement im Verbindungsabschnitt auf den Profilabschnitt übertragen werden, im Profilbauteil in Bereiche höherer Steifigkeit abzuleiten.
Die vorgeschlagene Ausgestaltung, bei welcher der zumindest eine innenseitige Quersteg mit einer höheren Wandstärke ausgeführt ist, führt dort zu einer lokal höheren Steifigkeit in dem aus einem faserverstärkten Kunststoff bestehenden Profilabschnitt. Die Dehnungen, die der Profilabschnitt bei einer Zugbelastung erfährt, unterscheiden sich lokal, da eine die Verstärkungsfasern verbindende polymere Matrix in Querrichtung des Profilabschnitts über eine sehr geringe Steifigkeit im Vergleich zur Längsrichtung verfügt, was aus der bevorzugten Orientierung der Verstärkungsfasern in Längsrichtung resultiert. Eine erhöhte lokale Steifigkeit des Profilabschnitts führt zu einer früher einsetzenden Kraftübertragung an den angrenzenden Klebstoffschichten auf den zumindest einen innenseitigen Quersteg. Damit wird die Spannung in der Klebstoffschicht gezielt beeinflusst. An der Oberfläche des zumindest einen innenseitigen Quersteges wird eine größere Kraft kumuliert übertragen als dies an den beiden außenliegenden Querstegen aufgrund der geringeren Querschnittsfläche der Fall ist. Insbesondere lässt sich durch den vorschlagsgemäßen Mehrpunktlenker eine Anpassung an den in der Regel nur begrenzt vorhandenen Bauraum erreichen, ohne dabei Abstriche hinsichtlich der zu erwartenden Lebensdauer des Mehrpunktlenkers aufgrund der mechanischen Belastungen in Kauf nehmen zu müssen. Die Verstärkungsfasern können Kunststofffasern, Glasfasern, Kohlenstofffasern oder Metallfasern sein. Die Verstärkungsfasern können Kurz-, Lang- oder Endlosfasern sein.
Bevorzugt kann der aus einem faserverstärkten Kunststoff bestehende Profilabschnitt im Pultrusionsverfahren hergestellt sein.
Bevorzugt sollte die Abweichung der Wandstärke der außenseitigen Querstege gegenüber der Wandstärke des zumindest einen weiteren innenseitigen Querstegs zumindest 5% und höchstens 20% betragen. Beispielsweise kann die Wandstärke des zumindest einen innenseitigen Quersteges 4,6 mm betragen und die Wandstärke der außenseitigen Querstege 4,4 mm. Eine alternative Ausführung sieht eine Wandstärke des zumindest einen innenseitigen Quersteges von 7 mm vor, während die Wandstärke der außenseitigen Querstege 6 mm beträgt. Die zunehmende Differenz der Wandstärken zwischen den außenseitigen Querstegen und dem zumindest einen innenseitigen Quersteg bewirkt eine Modifikation der Steifigkeit des Profilabschnitts.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn sich in Hochrichtung und Längsrichtung erstreckende Seitenwände des Profilabschnitts, zwischen denen sich die Querstege erstrecken und welche die zumindest zwei Hohlräume seitlich begrenzen, eine geringere Wandstärke aufweisen als die außenseitigen Querstege. Dadurch entsteht ein Bereich erhöhter Elastizität und geringerer Steifigkeit zur Entkopplung der zwischen Lasteinleitelement und außenseitigen Querstegen übertragenen Kräfte.
Dabei können bei einer Anzahl von drei oder mehr Hohlräumen die innenseitigen Querstege, deren Abstand zur neutralen Faserebene des Profilabschnitts am geringsten ist, die größte Wandstärke aufweisen. Somit kann die Wandstärke der innenseitigen Querstege mit zunehmenden Abstand zur neutralen Faserebene abnehmend ausgeführt sein, wobei die am weitesten zur neutralen Faserebene beabstandeten innenliegenden Querstege eine größere Wandstärke als die außenliegenden Querstege aufweisen. Denkbar ist aber auch eine Ausführung mit drei oder mehr Hohlräumen, bei welcher alle innenseitigen Querstege die gleiche Wandstärke aufweisen.
Bevorzugt weisen der zumindest eine innenseitige Quersteg und die außenseitigen Querstege, bei Betrachtung im Längsschnitt des Profilbauteils, eine identische, im Wesentlichen quaderförmige Kontur auf.
Insbesondere weisen sich in Längsrichtung und in Querrichtung erstreckende Kontaktflächen der Außenzähne und der Innenzähne, die mit den außenseitigen Querstegen bzw. den zumindest zwei Hohlräumen in Eingriff stehen, Klebstoffschichten auf. Der Begriff Kontaktfläche bezeichnet die Oberflächenbereiche der Außenzähne und der Innenzähne des Lasteinleitungselementes, die den außenliegenden Querstegen und/oder den innenliegenden Querstegen des Profilbauteils zugewandt und mit diesen durch die Klebstoffschichten verbunden sind.
Dabei können die Außenzähne auf ihrer der neutralen Faserebene zugewandten Seite, ausgehend vom Zahnfuß, einen sich in Hochrichtung verjüngenden Querschnittsverlauf aufweisen. Hierdurch bildet sich, in Hochrichtung gesehen, zwischen der Kontaktfläche des jeweiligen Außenzahns und des zu diesem benachbarten Innenzahn ein Querschnittsverlauf der Klebstoffschicht aus, welcher ausgehend vom Zahnfuß des Lasteinleitungselementes in Längsrichtung zunimmt.
Weiter bevorzugt können Zahntaschen des Lasteinleitungselementes, welche die außenseitigen Querstege in sich aufnehmen, eine größere Tiefe aufweisen als die zumindest eine weitere Zahntasche, welche den zumindest einen innenseitigen Quersteg in sich aufnimmt. Zahntaschen sind die materialfreien Abschnitte zwischen den Außenzähnen und den Innenzähnen des Lasteinleitungselementes, welche die außenseitigen Querstege und den zumindest einen innenseitigen Quersteg in sich aufnehmen. Durch die größere Tiefe der die außenseitigen Querstege aufnehmenden Zahntaschen kann beim Einstecken des Profilbauteils in das Lasteinleitungselement eine definiert dickere Klebstoffschicht an sich in Hoch- und Querrichtung erstreckenden Stirnflächen der außenseitigen Querstege des Profilbauteils erzeugt werden. Eine Drucklast kann somit im Wesentlichen über die Innenzähne durch lokale Flächenpressung in den Profilabschnitt eingeleitet werden, wobei durch die dickere Klebstoffschicht eine höhere Duktilität an den Stirnflächen der außenseitigen Querstege vorgesehen sein kann, so dass durch die Klebstoffschichten an den außenseitigen Querstegen höhere Scherkräfte übertragen werden. Dies hat sich für die Verteilung der Spannungen an der Anbindung als vorteilhaft herausgestellt.
Gemäß einer Weiterbildung können zumindest die zur neutralen Faserebene durch den zumindest einen innenliegenden Quersteg beabstandeten Innenzähne eine abschnittsweise asymmetrische Kontur ihrer Kontaktflächen aufweisen. Weiter bevorzugt können die Außenzähne ebenfalls eine abschnittsweise asymmetrische Kontur ihrer den außenliegenden Querstegen zugewandten Kontaktflächen aufweisen. Durch die asymmetrische Ausbildung zumindest der Innenzähne und durch eine damit einhergehende asymmetrische Ausbildung der auf den Kontaktflächen befindlichen Klebstoffschichten kann eine gleichmäßige Belastung innerhalb der Klebeverbindung erreicht werden. Durch die zumindest teilweise asymmetrische Ausgestaltung der Innenzähne, die zur neutralen Faserebene durch den zumindest einen Quersteg beabstandet sind, kann somit eine gleichmäßige Spannungsverteilung innerhalb der Klebeverbindung und, bedingt durch eine Vermeidung von Spannungsspitzen, eine höhere Belastbarkeit des Profilabschnitts und damit des Mehrpunktlenkers erreicht werden. Bevorzugt weist die abschnittsweise asymmetrische Kontur ihrer Kontaktflächen in Längsrichtung gesehen einen sich verjüngenden Verlauf auf, wobei der Verlauf an der der neutralen Faserebene zugewandten Seite eine größere Neigung aufweist als der Verlauf der der neutralen Faserebene abgewandten Seite. Entsprechend bildet sich auf der jeweils der neutralen Faserebene zugewandten Seite des Innenzahnes eine Klebstoffschicht mit kleinerer Querschnittsfläche aus als auf der gegenüberliegenden Seite.
Weiter bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Innenzähne in Querrichtung des Lasteinleitungselementes gesehen eine geringere Breite als die Außenzähne aufweisen. Somit können die Innenzähne von dem Profilabschnitt vollständig umschlossen sein.
Insbesondere kann der Profilabschnitt eine Deckschicht aus einem Fasergewebe aufweisen. Um eine höhere Duktilität und eine geringere Steifigkeit der äußeren Oberfläche des Profilabschnitts zu erreichen, wird eine Deckschicht aus einem Fasergewebe an den sich in Längs- und Querrichtung erstreckenden Oberflächen aufgebracht. Hierdurch kann ein ähnlicher Effekt wie durch eine starke Erhöhung der Klebstoffschichtstärke erreicht werden. Vorteilhaft kann die Deckschicht aus einem Fasergewebe mit einer höheren Duktilität und geringeren Steifigkeit genutzt werden, um innerhalb der Klebeverbindung eine möglichst gleichmäßige Kraftübertragung zu erreichen. Insbesondere ist die Deckschicht aus einem Fasergewebe in einem Bereich des Endabschnitts des Profilabschnitts angeordnet, der durch einen Außenzahn des Lasteinleitungselements abgedeckt ist.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung kann, bei Betrachtung des Hohlprofilabschnitts im Querschnitt, in Eckbereichen der Außenkontur des Hohlprofilabschnitts jeweils ein Radius vorgesehen sein.
Alternativ kann, bei Betrachtung des Hohlprofilabschnitts im Querschnitt, in Eckbereichen der Außenkontur des Hohlprofilabschnitts jeweils eine Fase vorgesehen sein.
Mittels der Radien oder der Fasen im Übergang von Wandungen, d.h. Seitenwänden und außenliegenden Querstegen, der Außenkontur, die unter einem Winkel, vorzugsweise einem Winkel von 90°, zueinander geneigt angeordnet sind und einen Eckbereich ausbilden, wird eine Reduzierung der Breite der Lastübertragungsflächen des Hohlprofilabschnitts, auf denen die jeweilige Klebstoffschicht aufgebracht ist, erreicht. Die Reduzierung der Breite der Lastübertragungsflächen des Hohlprofilabschnitts trägt zu einer Reduzierung der Querkontraktion in der Klebstoffschicht bei. Die Radien oder Fasen verlaufen in Längsrichtung des Hohlprofilabschnitts und erstrecken sich über dessen gesamte Länge.
Dabei kann die jeweilige Fase zumindest eine Neigung zwischen 15° und 30°, vorzugsweise eine Neigung zwischen 20° und 25°, aufweisen.
Insbesondere kann die jeweilige Fase einen Übergang von der vertikal zu einer Lastübertragungsfläche an der Außenfläche des außenseitigen Quersteges verlaufenden Seitenwand in den horizontal verlaufenden außenseitigen Quersteg bilden, wobei die jeweilige Fase in einen ersten Abschnitt mit einem ersten Winkel und in einen sich an den ersten Abschnitt anschließenden zweiten Abschnitt mit einem zweiten Winkel unterteilt ist, wobei der erste Winkel größer als der zweite Winkel ist. Dabei kann der erste Winkel eine Neigung von 25° und der zweite Winkel eine Neigung von 20° aufweisen. Insbesondere im ersten Abschnitt kann, in Längsrichtung des Hohlprofilabschnitts gesehen, mehr Klebstoff eingebracht werden. Dies führt zu einer Reduzierung der Querkontraktion in der Klebstoffschicht. Hierdurch kann die Duktilität im Bereich, welcher durch die Querkontraktion höher belastet wird, erhöht werden. Die Außenfläche des jeweiligen außenseitigen Quersteges bildet den jeweiligen von den Außenzähnen überlappten Endabschnitt aus.
Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale der nebengeordneten oder der hiervon abhängigen Ansprüche beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus Möglichkeiten, einzelne Merkmale, auch soweit sie aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung oder unmittelbar aus den Zeichnungen hervorgehen, miteinander zu kombinieren. Die Bezugnahme der Ansprüche auf die Zeichnungen durch Verwendung von Bezugszeichen soll den Schutzumfang der Ansprüche nicht beschränken.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung, die nachfolgend erläutert wird, ist in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt:

1 schematisch und exemplarisch eine perspektivische Darstellung eines als Zweipunktlenker ausgeführten Mehrpunktlenkers;
2 schematisch und exemplarisch eine perspektivische Ansicht eines Profilabschnitts des Mehrpunktlenkers gemäß 1;
3 schematisch und exemplarisch eine Frontalansicht des Profilabschnitts gemäß 2;
4 schematisch und exemplarisch eine Frontalansicht des Profilabschnitts und eine Detailansicht Z des Profilabschnitts;
5 schematisch und exemplarisch in einer perspektivischen Schnittdarstellung ein Teil des Mehrpunktlenkers gemäß 1;
6 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform des Mehrpunktlenkers mit Fasen in Eckbereichen; und
7 eine Schnittansicht A-A gemäß 6.

In 1 ist eine perspektivische Darstellung eines in Leichtbauweise ausgeführten Mehrpunktlenkers 1 für ein Nutzfahrzeug dargestellt. Der Mehrpunktlenker 1 ist beispielhaft als eine Achsstrebe mit zwei jeweils endseitig angeordneten Lasteinleitungselementen 2 ausgebildet. Der Mehrpunktlenker 1 kann beispielsweise auch als Dreipunktlenker ausgeführt sein. Die Lasteinleitungselemente 2 sind durch einen geraden Profilabschnitt 3 aus einem faserverstärkten Kunststoff fest miteinander verbunden. Als Verstärkungsfasern können Kunststofffasern, Glasfasern oder Kohlenstoffasern eingebettet sein. Der Profilabschnitt 3 kann bevorzugt im Pultrusionsverfahren hergestellt werden. Alternative Herstellverfahren für den aus einem faserverstärkten Kunststoff bestehenden Profilabschnitt 3 sind ebenfalls denkbar. Die Lasteinleitungselemente 2 bestehen bevorzugt aus einem metallischen Werkstoff, vorzugsweise aus Aluminium oder einer Leichtmetalllegierung. Alternativ können die Lasteinleitungselemente 2 aus einem anderen Werkstoff, insbesondere Kunststoff, bestehen. Die Lasteinleitungselemente 2 dienen der Aufnahme von Gelenken, beispielsweise Molekulargelenken oder Kugelgelenken.
Der gerade Profilabschnitt 3 ist mit den beiden Lasteinleitungselemente 2 jeweils in einem gemeinsamen Verbindungsabschnitt 4, in dem ein Endabschnitt 5 des Lasteinleitungselements 2 und ein Endabschnitt 6 des Profilabschnitts 3 wechselseitig und im Wesentlichen formschlüssig ineinandergreifen, durch eine geklebte Steckverbindungverbindung 7 miteinander verbunden.
Die beiden gemeinsamen Verbindungsabschnitte 4, die beiden Endabschnitte 5 der beiden Lasteinleitungselemente 2 und die beiden Endabschnitte 6 des Profilabschnitts 3 erstrecken sich jeweils in einer Längsrichtung L des Profilabschnitts 3. In den beiden gemeinsamen Verbindungsabschnitten 4 decken jeweils zwei Außenzähne 8 der beiden Lasteinleitungselemente 2 zwei in sich ebene Teilflächen der Endabschnitte 6 des Profilabschnitts 3 ab, die in einer sich senkrecht zu der Längsrichtung L erstreckenden Hochrichtung H des Profilabschnitts 3 parallel zueinander beabstandet sind.
In 2 ist schematisch und exemplarisch eine perspektivische Ansicht des Profilabschnitts 3 des Mehrpunktlenkers 1 dargestellt. Bei Betrachtung des Profilabschnitts 3 im Querschnitt weist dieser eine polygone Außenkontur 9 auf. Bevorzugt weist der Profilabschnitt 3 eine im Wesentlichen quaderförmige Außenkontur 9 auf, wobei die Erstreckung in Hochrichtung H vorzugsweise größer als in Querrichtung Q ist. Die im Wesentlichen quaderförmige Außenkontur 9 weist entsprechend vier Eckbereiche 26 auf.
Der Profilabschnitt 3 weist zumindest zwei sich in Längsrichtung L erstreckenden Hohlräume 10 auf, hier und vorzugsweise drei zueinander parallelverlaufende Hohlräume 10. Die zumindest zwei Hohlräume 10 weisen einen im Wesentlichen quaderförmigen Querschnitt auf. Bei einer Ausgestaltung mit nur zwei Hohlräumen 10 sind diese durch sich in Querrichtung Q erstreckende außenseitige Querstege 11, welche die Endabschnitte 6 des Profilabschnitts 3 bilden, in Hochrichtung H begrenzt. Zwischen den zumindest zwei Hohlräumen 10 erstreckt sich zumindest ein weiterer innenseitiger Quersteg 12, welcher diese in Hochrichtung H voneinander separiert. Das dargestellte und bevorzugte Ausführungsbeispiel mit den drei Hohlräumen 10 weist entsprechend zwei zwischen den außenliegenden Hohlräumen 10 und dem innenliegenden Hohlraum 10 sich in Querrichtung Q erstreckende innenseitige Querstege 12 auf, welche diese in Hochrichtung H voneinander separieren. Das Bezugszeichen 13 bezeichnet eine in Längsrichtung L verlaufende Mittenachse des Profilabschnitts 3, deren Abstand in Hochrichtung H und Querrichtung Q zur Außenkontur 9 des Profilabschnitts 3 überall gleich ist. Die Mittenachse 13 wird nachfolgend als neutrale Faser 14 bezeichnet. Unter dem Begriff neutrale Faser 14 des Profilabschnitts 3 ist diejenige Faser oder Schicht im Querschnitts des Profilabschnitts 3 zu verstehen, deren Länge sich bei Verdrehen bzw. Biegen nicht ändert, so dass die Beanspruchung dort keine Zug- oder Druckspannung verursacht.
Die Darstellung in 3 zeigt schematisch und exemplarisch eine Frontalansicht des Profilabschnitts 3 gemäß 2. In 3 ist eine neutrale Faserebene 15 des Profilabschnitts 3 eingezeichnet, welche entlang der Mittenachse 13 verläuft und sich in Querrichtung Q erstreckt. Die Hohlräume 10 sind untereinander durch die innenseitigen Querstege 12 voneinander separiert. Die außenseitigen Querstege 11 begrenzen die Hohlräume 10, die an diese angrenzen. In Querrichtung Q werden die Hohlräume 10 durch Seitenwände 16 begrenzt. Die Seitenwände 16 weisen eine geringere Wandstärke 17 als die außenseitigen Querstege 11 auf. Durch die geringere Wandstärke 17 der Seitenwände 16 entsteht ein Bereich erhöhter Elastizität und geringerer Steifigkeit zur Entkopplung der zwischen Lasteinleitelement 2 und außenseitigen Querstegen 11 übertragenen Kräfte.
Die außenseitigen Querstege 11 weisen eine Wandstärke 18 auf, die größer als eine Wandstärke 19 des zumindest einen innenseitigen Quersteges 12 ist. Die zumindest zwei Hohlräume 10 weisen in Hochrichtung H gesehen eine Erstreckung 20 auf, die bei allen Hohlräumen 10 gleich ist. Ebenso sind die Abmessungen der zumindest zwei Hohlräume 10 in Querrichtung Q identisch. Die Abweichung der Wandstärke 18 der außenseitigen Querstege 11 gegenüber der Wandstärke 19 des zumindest einen weiteren innenseitigen Quersteges 12 beträgt mindestens 5% und höchstens 20%. Beispielsweise kann die Wandstärke 19 des zumindest einen innenseitigen Quersteges 12 4,6 mm betragen und die Wandstärke 18 der außenseitigen Querstege 11 4,4 mm. Eine alternative Ausführung sieht beispielhaft eine Wandstärke 19 des zumindest einen innenseitigen Quersteges 12 von 7 mm vor, während die Wandstärke 18 der außenseitigen Querstege 11 6 mm beträgt. Die zunehmende Differenz der Wandstärken 18, 19 zwischen den außenseitigen Querstegen 11 und dem zumindest einen innenseitigen Quersteg 12 bewirkt eine Modifikation der Steifigkeit des Profilabschnitts 3.
Bei der Betrachtung des Profilabschnitts 3 im Querschnitt sind in die Eckbereiche 26 der Außenkontur 9 des Profilabschnitts 3 als Radien R ausgeführt. Die Radien R bilden einen Übergang von der vertikal zu einer Lastübertragungsfläche 21 verlaufenden Seitenwand 16 in den senkrecht dazu verlaufenden außenseitigen Quersteg 11.
In 4 ist schematisch und exemplarisch eine Frontalansicht des Profilabschnitts 3 und eine Detailansicht Z des Profilabschnitts 3 dargestellt. Der Profilabschnitt 3 unterscheidet sich von dem in 3 dargestellten durch die abweichende Ausgestaltung der Eckbereiche 26 der Außenkontur 9. Gemäß dieser bevorzugten Weiterbildung sind, bei der Betrachtung des Profilabschnitts 3 im Querschnitt, die Eckbereiche 26 der Außenkontur 9 des Hohlprofilabschnitts 3 als Fasen F ausgebildet.
Mittels der Radien R oder der Fasen F wird ein Übergang von der vertikal zur Lastübertragungsfläche 21 an der Außenfläche des außenseitigen Quersteges 11 verlaufenden Seitenwand 16 in den senkrecht dazu verlaufenden außenseitigen Quersteg 11 gebildet. Die Reduzierung der Breite der jeweiligen Lastübertragungsfläche 21 an der Außenfläche der außenseitigen Querstege 11 des Profilabschnitts 3 trägt zu einer Reduzierung der Querkontraktion in einer in dem Verbindungsabschnitt 4 zwischen dem außenseitigen Quersteg 11 und dem Außenzahn 8 eingebrachten - durch eine Strichlinie beispielhaft angedeutet - Klebstoffschicht 27 bei.
Die jeweilige Fase F kann gemäß einer bevorzugten Weiterbildung in einen ersten Abschnitt 22 mit einem ersten Winkel 23 und in einen sich an den ersten Abschnitt 22 anschließenden zweiten Abschnitt 24 mit einem zweiten Winkel 25 unterteilt sein, wobei der erste Winkel 23 größer als der zweite Winkel 25 ist. Dabei kann der erste Winkel 23 eine Neigung von 25° und der zweite Winkel 25 eine Neigung von 20° aufweisen. Insbesondere im ersten Abschnitt 22 kann, in Längsrichtung L des Profilabschnitts 3 gesehen, mehr Klebstoff eingebracht werden. Dies führt zu einer Reduzierung der Querkontraktion in der Klebstoffschicht 27. Die Außenfläche des jeweiligen außenseitigen Quersteges 11 bildet den jeweiligen von den Außenzähnen 8 überlappten Endabschnitt 6 aus.
In 5 ist schematisch und exemplarisch in einer perspektivischen Schnittdarstellung ein Teil des Mehrpunktlenkers 1 dargestellt. Die geklebte Steckverbindung 7 weist beiderseits der neutralen Faserebene 15 des Profilabschnitts 3, welche entlang der Mittenachse 13 verläuft und sich in Querrichtung Q erstreckt, mehrere in sich ebene Klebstoffschichten 27, 33, 34 auf, die sich in Längsrichtung L des Profilabschnitts 3 erstrecken und die zugleich in der sich senkrecht zu der Längsrichtung L erstreckenden Hochrichtung H des Profilabschnitts 3 parallel zueinander beabstandet sind. Die Klebstoffschichten 27, 33, 34 befinden sich zwischen den außenseitigen Querstegen 11 und Außenzähnen 8 sowie zwischen mit den außenseitigen Querstegen 11 und den innenseitigen Querstegen 12 in Eingriff stehenden Innenzähnen 28 des Lasteinleitungselementes 2. Die Klebstoffschichten 27, 33, 34 erstrecken sich im Wesentlichen über die Länge und Breite der Verbindungsabschnitte 4.
Dabei weisen sich in Längsrichtung L und in Querrichtung Q erstreckende Kontaktflächen der Außenzähne 8 und der Innenzähne 28, die mit den außenseitigen Querstegen 11 bzw. den zumindest zwei Hohlräumen 10 in Eingriff stehen, die Klebstoffschichten 27, 33, 34 auf. An den Innenzähnen 28 sind die Klebstoffschichten 33, 34 beidseitig an ihren Kontaktflächen vorgesehen.
Bevorzugt können die Außenzähne 8, ausgehend von ihrem Zahnfuß 30, einen sich in Längsrichtung L verjüngenden Querschnittsverlauf aufweisen. Der in Hochrichtung H bestehende Abstand der Kontaktflächen der Außenzähne 8 zu den Innenzähnen 28 nimmt, in Längsrichtung L gesehen, zu. Hierdurch bildet sich in Hochrichtung H ein Querschnittsverlauf der Klebstoffschicht 27 aus, welcher ausgehend vom Zahnfuß 30 des Außenzahn 8 am Lasteinleitungselement 2 in Längsrichtung L zunimmt.
Die außen außenseitigen Querstegen 11 und der zumindest eine innenseitige Quersteg 12 sind von Zahntaschen 31, 32 des Lasteinleitungselementes 2 aufgenommen. Die Zahntaschen 31, 32 bilden sich zwischen den Außenzähnen 8 und Innenzähnen 28 aus und sind die materialfreien Abschnitte zwischen den Außenzähnen 8 und den Innenzähnen 28 des Lasteinleitungselementes 2, welche die außenseitigen Querstege 11 und den zumindest eine innenseitigen Quersteg 12 in sich aufnehmen.
Weiter bevorzugt können die Zahntaschen 31 des Lasteinleitungselementes 2, welche die außenseitigen Querstege 11 in sich aufnehmen, eine größere Tiefe aufweisen als die zumindest eine weitere Zahntasche 32, welche den zumindest einen innenseitigen Quersteg 12 in sich aufnimmt. Durch die größere Tiefe der die außenseitigen Querstege 11 aufnehmenden Zahntaschen 31 kann beim Einstecken des Profilbauteils 3 in das Lasteinleitungselement 2 eine definiert dickere Klebstoffschicht 29 an den dem Boden der Zahntaschen 31 zugewandten Stirnflächen der außenseitigen Querstege 11 des Profilbauteils 3 erzeugt werden. Eine Drucklast kann somit über die Innenzähne 8 durch lokale Flächenpressung in den Profilabschnitt 3 eingeleitet werden, wobei durch die dickere Klebstoffschicht 29 eine höhere Duktilität an den Stirnflächen der außenseitigen Querstege 11 erreicht werden kann. Dies hat sich zur Verteilung der Spannungen an der Anbindung als vorteilhaft gezeigt.
Weitere Klebstoffschichten 29 erstrecken sich in Querrichtung Q und in Hochrichtung H an den dem Boden der Zahntaschen 32 zugewandten Stirnflächen der innenseitigen Querstege 12 des Profilbauteils 3. Die Nennstärke der verschiedenen Klebstoffschichten 27, 29, 33, 34 beträgt bevorzugt zwischen 0,2 mm und 0,25 mm.
Gemäß einem weiteren vorteilhaften Aspekt können zumindest die zur neutralen Faserebene 15 durch den zumindest einen innenseitigen Quersteg 12 beabstandeten Innenzähne 28 eine abschnittsweise asymmetrische Kontur ihrer Kontaktflächen aufweisen. Weiter bevorzugt können die Außenzähne 8 ebenfalls eine abschnittsweise asymmetrische Kontur ihrer den außenliegenden Querstegen 11 zugewandten Kontaktflächen aufweisen. Durch die asymmetrische Ausbildung zumindest der Innenzähne 28 und insbesondere durch eine damit einhergehende asymmetrische Ausbildung der an diesen aufgebrachten Klebstoffschichten 33, 34 kann eine gleichmäßige Belastung innerhalb der Klebeverbindung erreicht werden. Durch die zumindest teilweise asymmetrische Ausgestaltung der Innenzähne 28, die zur neutralen Faserebene 15 durch den zumindest einen innenseitigen Quersteg 12 beabstandet sind, kann somit eine gleichmäßige Spannungsverteilung innerhalb der Klebeverbindung und, bedingt durch eine Vermeidung von Spannungsspitzen, eine höhere Belastbarkeit des Profilbauteils 3 und somit Mehrpunktlenkers 1 erreicht werden.
Bevorzugt weist die abschnittsweise asymmetrische Kontur der Kontaktflächen zumindest der Innenzähne 28 in Längsrichtung L gesehen einen sich verjüngenden Verlauf auf, wobei der Verlauf an der der neutralen Faserebene 15 zugewandten Seite der Innenzähne 28 eine größere Neigung aufweist als der Verlauf der der neutralen Faserebene 15 abgewandten Seite der Innenzähne 28. Entsprechend bildet sich auf der jeweils der neutralen Faserebene 15 zugewandten Seite des jeweiligen Innenzahnes 28 eine Klebstoffschicht 33 mit einer größeren Querschnittsfläche aus als eine sich auf der gegenüberliegenden Seite ausbildende Klebstoffschicht 34.
Bei der in den 2 bis 5 dargestellten Ausführung des Profilbauteils 3, welches bevorzugt drei Hohlräume 10 aufweist, sind drei Innenzähne 28 vorgesehen, wobei die neutrale Faserebene 15 mittig durch den mittleren Innenzahn 28 verläuft, d.h. dieser ist durch die neutrale Faserebene 15 geteilt. Der mittlere Innenzahn 28 ist nicht durch einen innenseitigen Quersteg 12 zur neutralen Faserebene 15 beabstandet, sodass dieser mittlere Innenzahn 28, abweichend von den benachbarten Innenzähnen 28, eine symmetrische, sich in Längsrichtung L gesehen abschnittsweise verjüngende Kontur respektive einen in Hochrichtung H gesehen abnehmenden Querschnittsverlauf seiner Kontaktflächen aufweisen kann.
Die Darstellung in 6 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform des Mehrpunktlenkers 1 mit Fasen F in den Eckbereichen 26 des Profilabschnitts 3 und in 7 ist eine Schnittansicht A-A gemäß 6 dargestellt. Der Profilabschnitt 3 weist in seinen Eckbereichen 26 die sich in Längsrichtung L erstreckenden Fasen F auf, wie sie im anhand der Darstellung in 4 bereits erläutert wurden. Der dort beschriebene Effekt, welcher durch die Fasen F erreicht werden kann, wird dabei deutlich. Im Bereich der Fase F weist die Klebstoffschicht 27 mehr Klebstoff auf als im Verbindungsabschnitt 4 zwischen dem außenseitigen Steg 11 und dem Außenzahn 8.
Bezugszeichen

1: Mehrpunktlenker
2: Lasteinleitungselement
3: Profilabschnitt
4: Verbindungsabschnitt
5: Endabschnitt
6: Endabschnitt
7: Steckverbindung
8: Außenzahn
9: Außenkontur
10: Hohlraum
11: außenseitiger Quersteg
12: innenseitiger Quersteg
13: Mittenachse
14: Neutrale Faser
15: Neutrale Faserebene
16: Seitenwand
17: Wandstärke
18: Wandstärke
19: Wandstärke
20: Erstreckung
21: Lastübertragungsfläche
22: Erster Abschnitt
23: Erster Winkel
24: Erster Abschnitt
25: Zweiter Winkel
26: Eckbereich
27: Klebstoffschicht
28: Innenzahn
29: Klebstoffschicht
30: Zahnfuß
31: Zahntasche
32: Zahntasche
33: Klebstoffschicht
34: Klebstoffschicht

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102018221892 A1 [0002]

Claims

Mehrpunktlenker (1) für ein Fahrwerk eines Nutzkraftfahrzeugs, welcher zumindest einen aus einem faserverstärkten Kunststoff bestehenden Profilabschnitt (3) und zumindest ein Lasteinleitungselement (2) umfasst, wobei der Profilabschnitt (3), bei Betrachtung im Querschnitt, zumindest zwei als umfänglich geschlossene Kammern ausgebildete Hohlräume (10) aufweist, die durch zumindest drei sich in Längsrichtung (L) und Querrichtung (Q) des Profilabschnitts (3) erstreckende, parallel zueinander angeordnete außenseitige Querstege (11) und innenseitige Querstege (12) separiert sind, wobei der Profilabschnitt (3) und das Lasteinleitungselement (2) in einem gemeinsamen Verbindungsabschnitt (4) durch eine geklebte Steckverbindung (7) miteinander verbunden sind, wobei Außenzähne (8) des Lasteinleitungselementes (2) den Profilabschnitt (3) überlappen und Innenzähne (28) des Lasteinleitungselementes (2) mit den zumindest zwei Hohlräumen (10) in Eingriff stehen, dadurch gekennzeichnet, dass die außenseitigen Querstege (11), welche den Profilabschnitt (3) begrenzen, in Hochrichtung (H) gesehen, eine geringere Wandstärke (18) aufweisen, als der zumindest eine weitere, eine Wandstärke (19) aufweisende innenseitige Quersteg (12), der zwischen den zumindest zwei Hohlräumen (10) angeordnet ist.
Mehrpunktlenker (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abweichung der Wandstärke (18) der außenseitigen Querstege (11) gegenüber der Wandstärke (19) des zumindest einen weiteren innenseitigen Querstegs (12) zumindest 5% und höchstens 20% beträgt.
Mehrpunktlenker (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Anzahl von drei oder mehr Hohlräumen (10) die innenseitigen Querstege (12), deren Abstand in Hochrichtung (H) gesehen zur neutralen Faserebene (15) des Profilabschnitts (3) am geringsten ist, die größte Wandstärke (19) aufweisen.
Mehrpunktlenker (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine innenseitige Quersteg (12) und die außenseitigen Querstege (11), bei Betrachtung im Längsschnitt des Profilbauteils (3), eine identische, im Wesentlichen quaderförmige, Kontur aufweisen.
Mehrpunktlenker (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich in Längsrichtung (L) und in Querrichtung (Q) erstreckende Kontaktflächen der Außenzähne (8) und der Innenzähne (28), die mit den außenliegenden Querstegen (11) bzw. den zumindest zwei Hohlräumen (10) in Eingriff stehen, Klebstoffschichten (27, 29, 33, 34) aufweisen.
Mehrpunktlenker (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenzähne (8) auf ihrer der neutralen Faserebene (15) zugewandten Seite, ausgehend vom Zahnfuß (30), einen sich in Hochrichtung (H) gesehen verjüngenden Querschnittsverlauf aufweisen.
Mehrpunktlenker (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Zahntaschen (31) des Lasteinleitungselementes (2), welche die außenseitigen Querstege (12) in sich aufnehmen, eine größere Tiefe aufweisen als die zumindest eine weitere Zahntasche (31), welche den zumindest einen innenseitigen Quersteg (12) in sich aufnimmt.
Mehrpunktlenker (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zur neutralen Faserebene (15) zumindest durch den zumindest einen innenliegenden Quersteg (11) beabstandeten Innenzähne (28) eine abschnittsweise asymmetrische Kontur ihrer Kontaktflächen aufweisen.
Mehrpunktlenker (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenzähne (28) in Querrichtung (Q) des Lasteinleitungselementes (2) gesehen eine geringere Breite als die Außenzähne (12) aufweisen.
Mehrpunktlenker (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Profilabschnitt (3) eine Deckschicht aus einem Fasergewebe aufweist.
Mehrpunktlenker (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Profilabschnitt (3) eine im Wesentlichen polygone, insbesondere eine im Wesentlichen quaderförmige, Außenkontur (9) aufweist.
Mehrpunktlenker (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass in Eckbereichen (26) des Profilabschnitts (3) jeweils ein Radius (R) vorgesehen ist.
Mehrpunktlenker (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass in Eckbereichen (26) des Profilabschnitts (3) jeweils eine Fase (F) vorgesehen ist.
Mehrpunktlenker (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Fase (F) zumindest eine Neigung zwischen 15° und 30°, vorzugsweise eine Neigung zwischen 20° und 25°, aufweist.
Mehrpunktlenker (1) nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Fase (F) einen Übergang von der vertikal zu einer Lastübertragungsfläche (21) verlaufenden Seitenwand (16) in den horizontal verlaufenden außenseitigen Quersteg (11) bildet, wobei die jeweilige Fase (F) in einen ersten Abschnitt (22) mit einem ersten Winkel (23) und in einen sich an den ersten Abschnitt (22) anschließenden zweiten Abschnitt (24) mit einem zweiten Winkel (25) unterteilt ist, wobei der erste Winkel (23) größer als der zweite Winkel (25) ist.