包括框架元件、连接元件和固定在连接元件上的构件的装置

摘要

本发明涉及一种装置，包括机动车的框架元件、固定在框架元件上的连接元件和固定在连接元件上的构件；其中，这样构造设置在连接元件和框架元件之间的材料锁合连接部和/或连接元件，使得材料锁合连接部和/或连接元件的弹性模量小于构件的弹性模量。

说明书

技术领域

本发明涉及一种包括机动车的框架元件、连接元件和固定在连接 元件上的构件的装置。本发明尤其是还涉及一种包括这种装置的、机 动车的底盘。

背景技术

在汽车工业中或在汽车制造领域中，机动车的各个区段由框架结 构构成。这种框架结构的一种示例是在图8中所示的机动车底盘。相 应的框架结构由彼此连接的不同的框架元件ST2、ST3构成。为了连 接例如车轮悬架，在框架结构的特定位置上设置连接元件ST4，在所 述连接元件上可固定车轮悬架的相应导杆和/或横架。为了固定导杆或 横架，常常使用橡胶轴承，以便能够吸收高达一定程度的压力载荷或 拉力载荷。

这种橡胶轴承的使用一方面提高了重量并且另一方面使构成底盘 的部件数量增加。

发明内容

有鉴于此，本发明的任务在于提供一种装置，该装置实现重量减 轻和装置的简化。

所述任务借助根据权利要求1所述的装置来解决。

根据本发明的装置的其它优选实施方式构成从属权利要求的技术 方案。

根据本发明，该装置包括机动车的框架元件和固定在框架元件上 的连接元件。在该连接元件上又固定有构件。

设置在框架元件和连接元件之间的材料锁合连接部和/或根据本 发明的装置的连接元件被构造为，使得所述材料锁合连接部和/或连接 元件的弹性模量小于构件的弹性模量。

通过材料锁合连接部和/或连接元件的这种设计，它们具有如下弹 性特征，即它们具有弹性体轴承、如橡胶轴承的功能。换言之，所述 材料锁合连接部和/或连接元件被构造为，使得它们比固定在连接元件 上的构件更具弹性并且就此而言在符合规定的力经由构件和连接元件 导入框架元件时材料锁合连接部和/或连接元件的弹性变形要强于构 件的弹性变形。

通过根据本发明设计该装置，无需设置单独的弹性体轴承，因此 可减轻重量、简化整个装置并且减少部件数量。

机动车的框架元件可由金属或纤维增强塑料制成，其中，框架元 件可具有管状的或不同构造的横截面。

增强框架元件的纤维可以是短纤维(0.1至1mm)、长纤维(1至 50mm)或连续纤维(>50mm)。

材料锁合连接部可例如通过粘合剂形成。根据本发明的装置的符 合规定的载荷或根据符合规定的作用力的大小，可使用不同类型的粘 合剂。为此例如，弹性模量>800MPa的超高弹性模量的粘合剂、弹 性模量在100至800MPa的高弹性模量的粘合剂以及弹性模量 <100MPa的低弹性模量的弹性粘合剂。

此外，粘合剂可以是冷却硬化或加热硬化的粘合剂。

连接元件也可根据符合规定的载荷而在几何结构和材料方面构造 成不同的。在材料方面，连接元件例如可由金属、纤维增强塑料(如 关于框架元件所描述的纤维长度)、刚性粘合剂以及弹性体制成。

通过组合上述设计的材料锁合连接部和连接元件，可为装置的符 合规定的载荷和符合规定的应用实现必要的弹性。

优选方案在于：

－由具有特定弹性模量(用于实现弹性功能)的弹性体制成的连 接元件，该连接元件设有/不设有下面还将说明的包套，在此连接元件 在框架构件上的固定是任意的；

－包括由金属/纤维增强塑料制成的连接元件和具有特定弹性模 量(用于实现弹性功能)的材料锁合连接部的组合；以及

－由具有特定弹性模量(用于实现弹性功能)的弹性体制成的连 接元件，该弹性体本身用作粘合剂并且连接元件通过该弹性体固定在 框架元件上，该连接元件设有/不设有包套。

连接元件可根据装置的特定应用而设计成不同的。连接元件例如 是用于固定车轮悬架导杆的连接元件，该连接元件可包括一个或两个 附接区段，车轮悬架导杆可以经由螺纹连接装置固定在所述附接区段 上。所述附接区段可以是单独的部件或共同设置在一个贴靠区段上， 该贴靠区段与框架元件贴靠。当附接区段分别是单独的部件时，所述 附接区段也可具有侧向延伸的贴靠区段。

此外，也可这样设计连接元件，使得附接区段具有配合元件，附 接区段与配合元件一起包围框架元件。

材料锁合连接部通过连接元件和框架元件之间的粘合剂形成。

根据本发明，材料锁合连接部和/或连接元件在几何结构方面被设 计为，使得材料锁合连接部和/或连接元件具有弹性体轴承的力伸长特 性曲线。力伸长特性曲线尤其是涉及常见的力－行程特性曲线。

由此，弹性体轴承、如橡胶轴承的特性可很好地集成到装置中。

根据本发明，连接元件可由弹性体制成。在此情况下，连接元件 可通过材料锁合连接部或粘合剂间接固定在框架元件上。如果弹性体 本身用作粘合剂，则连接元件完全可以直接很好地固定在框架元件上。

在根据本发明的装置的一种优选方案中，材料锁合连接部由低弹 性模量的粘合剂制成，该粘合剂尤其是具有小于100MPa的弹性模量。

这种粘合剂尤其是适合用于底盘区域中，因为借助该粘合剂可很 好地模拟弹性体轴承的特性。

根据根据本发明的装置的另一种优选方案，连接元件由弹性体制 成并且被包套包围，该包套的弹性模量大于弹性体的弹性模量。包套 优选包括上壳和下壳。

通过本发明的该方案，连接元件可根据拉应力和压应力而表现不 同。尤其是在拉应力下辅助在框架元件和连接元件之间的连接以减小 该连接断开的危险。

根据本发明的另一种优选装置，材料锁合连接部由粘合剂制成并 且连接元件由金属制成，其中，位于框架元件和连接元件之间的、由 粘合剂制成的粘合剂层具有最大10mm、尤其是在1mm和10mm之 间的厚度。

通过由金属制成连接元件的设计，可确保构件在连接元件上的良 好固定。厚度最大10mm的粘合剂层在根据本发明的装置的该优选方 案中具有弹性体轴承的功能。

在根据本发明的装置的另一种优选方案中，连接元件由弹性体制 成并且具有通孔，构件可通过螺纹连接装置固定在该通孔上，在此， 增强环插入该通孔中。由弹性体制成的连接元件具有弹性体轴承的功 能，而通过增强环可实现构件在连接元件上的良好固定。

在根据本发明的装置的另一种优选方案中，除了材料锁合连接部 外，所述连接元件还通过纤维缠绕物固定在框架元件上。

纤维缠绕物可例如通过碳纤维、玻璃纤维、芳族聚酰胺纤维或天 然纤维制成。此外，纤维缠绕物可由一个单独的纤维或由多个纤维构 成。

此外，纤维缠绕物可嵌入由热固性塑料或热塑性塑料制成的塑料 基质中。

此外，可这样构造纤维缠绕物，使得构成纤维缠绕物的纤维这样 缠绕框架元件和连接元件，以致框架元件或连接元件的表面上的纤维 区段彼此平行延伸亦或彼此交叉。

通常可这样制出纤维缠绕物，使得构成纤维缠绕物的纤维垂直于 框架元件的纵向方向延伸。当纤维缠绕物由多个单独的纤维构成时， 各个纤维也可相互交叉。也就是，各纤维可形成连接各点的测地线， 所述点关于纵向方向位于相同高度上或彼此错开。

纤维缠绕物在其上延伸的表面可具有用于固定和定位纤维缠绕物 的凹形区段、如槽纹。

在连接元件被上述包套包围的情况下，通过包套确保基于连接元 件或材料锁合连接部的弹性运动而不产生纤维缠绕物松脱的危险。

在根据本发明的装置的另一种优选方案中，材料锁合连接部由粘 合剂制成并且框架元件沿纵向方向延伸。优选这样构造位于框架元件 和连接元件之间的、由粘合剂制成的粘合剂层，使得粘合剂的量在连 接元件的沿纵向方向的端部区段上增加。

例如这样设计连接元件，使得在框架元件和连接元件之间的间隙 在连接元件的沿纵向方向的端部区段上增大，在所述间隙中设有粘合 剂。这可通过下述方式实现，即，连接元件在贴靠表面上具有连续变 化的和/或阶梯状、优选多阶梯状的端部区段，连接元件借助于所述贴 靠表面贴靠在框架元件上。

此外，例如可这样施加过量的粘合剂，使得在端部区段上形成凸 缘。

本发明还涉及一种机动车的底盘，该底盘包括根据上述说明的装 置。

附图说明

下面参考附图说明根据本发明的装置的一种优选实施方式和相应 的变型方案。

所有上述说明、尤其是关于弹性模量、框架元件和连接元件的材 料以及纤维缠绕物的说明相应适用于下述实施方式。

附图如下：

图1示出包括框架元件的根据本发明的装置，在框架元件上通过 连接元件固定有导杆；

图2示出根据本发明的装置的两种不同变型方案，在两种所示变 型方案中固定在框架元件上的导杆构造不同；

图3A至3F示出根据本发明的装置的连接元件的不同变型方案；

图4示出根据本发明的装置，其中连接元件由弹性体制成；

图5示出根据本发明的装置，其中连接元件由弹性体制成并且框 架元件以及连接元件被包套包围；

图6示出根据本发明的装置，其中连接元件由金属制成并且位于 框架元件和连接元件之间的厚粘合剂层用于实现弹性体轴承的功能；

图7示出位于连接元件和框架元件之间的粘合剂层的放大图；

图8示出根据现有技术的框架结构或者说机动车的底盘。

具体实施方式

在图1中示出根据本发明的装置1。该装置1包括框架元件2，在 该框架元件上通过连接元件4固定一个构件3、如导杆。

在该实施方式中，框架元件2由纤维增强塑料制成并且具有管状 横截面。但框架元件2也可由金属制成并且此外也可具有其它形式的 横截面。

构件3在所示装置中是导杆，该导杆例如属于车轮悬架。导杆3 间接通过连接元件4固定在框架元件2上。导杆3通过所示螺纹连接 装置6直接固定在连接元件4上。为了螺纹连接装置6，连接元件4 包括两个附接区段40，所述附接区段分别具有一个通孔，螺纹连接装 置6穿过该通孔。由图1可见，螺纹连接装置6穿过导杆3的朝向框 架元件2的环状部31，使得导杆3固定在连接元件上并且导杆3的固 定或者说支承具有一个自由度(旋转)。

在相应车辆运行期间，力经由所示导杆3被导入框架元件2中。 为了避免连接元件4或导杆3的过度磨损，有利的是，导杆3弹性支 承在连接元件4上。但该弹性支承主要用于维持一定的驾驶舒适性并 且避免行驶运行期间的过多噪声。如在下面还将更详细描述的那样， 该弹性支承在图1所示装置1中不通过弹性体轴承或者说橡胶轴承实 现，而是通过连接元件4和/或设置在框架元件2和连接元件4之间的 材料锁合连接部的材料设计实现。

图2A和2B示出导杆3在连接元件4上的替代固定可能性。在图 1和2B中，连接元件4包括两个彼此独立的附接区段40，在各附接 区段之间设有导杆3的朝向框架元件2的环状部31，螺纹连接装置6 穿过该环状部，而如图2A所示，可以这样设计导杆3，使得该导杆具 有两个彼此间隔开的分腿32，在各分腿32之间安置连接元件4的附 接区段40。在导杆3的分腿32中设有用于螺纹连接装置6的通孔。 螺纹连接装置6穿过构造在分腿32中的通孔和存在于附接区段40中 的通孔，由此导杆3固定在附接区段40上并且该固定/支承具有一个 自由度(旋转)。

回到图1，装置1还包括连接元件4，导杆3通过该连接元件间接 固定在框架元件2上。如上所述，连接元件4在图1所示方案中包括 两个附接区段40，各附接区段分别以朝向框架元件的贴靠表面41贴 靠在框架元件2上。附接区段40在图1所示的X-Z平面中延伸，使 得附接区段40以其贴靠表面41面状贴靠在框架元件2上。

在贴靠表面41和框架元件2之间优选设有粘合剂层，该粘合剂层 在附接区段40和框架元件之间形成材料锁合连接部。如在下面还将描 述的那样，该粘合剂层可具有弹性体轴承的功能。

除了材料锁合连接部外，连接元件4还可通过纤维缠绕物5固定 在框架元件2上。在图1所示连接元件4的方案中，除了材料锁合连 接部外，每个附接区段40还通过缠绕物50固定在框架元件2上。缠 绕物50通过以纤维缠绕框架元件和相应附接区段40的方式制出。相 应于缠绕物50的纤维可被浸入塑料基质(热塑性或热固性塑料)中或 未经处理地缠绕框架元件2和相应附接区段40。当纤维未经处理地缠 绕框架元件2和相应附接区段40时，可随后施加塑料基质。

接下来参考图3A-F说明连接元件4的不同变型方案。

在图3A中示出的连接元件相应于图2A中的连接元件。也就是说， 连接元件4具有一个唯一的附接区段40，该附接区段按规定设置在图 2A所示的各分腿32之间。

附接区段40的朝向框架元件2的贴靠表面41面状贴靠在框架元 件2的圆形外表面21上。与图1所示附接区段40相比，图3A所示 附接区段40沿纵向方向(Y方向)构造得较厚。

纤维缠绕物未设置在图3A中，但也可设置。

图3B所示连接元件4相应于图3A所示连接元件，在此附加地在 附接区段40中构造空隙或者说贯通部42。贯通部42设置用以减轻重 量并且根据按规定的力流方向(X方向)而位于附接区段40的承受较 少载荷的区段上。就此而言，贯通部42或者说空隙涉及重量优化措施。

图3B所示连接元件4以两个贴靠表面41'贴靠在框架元件2上。 朝向框架元件2的贴靠表面41'因此彼此分开，这是因为贯通部42之 一位于朝向框架元件2的一侧上。

在图3B所示的变型方案中也省却了纤维缠绕物5，但可根据需要 设置。

在图3C中示出连接元件4的另一种变型方案。在该变型方案中， 附接区段40构造在沿纵向方向(Y方向)延伸的贴靠区段43上。贴 靠区段43适配框架元件2的外表面21并且面状贴靠在框架元件上。 附接区段40这样构造于贴靠区段43上，使得贴靠区段43的沿纵向方 向延伸的外侧区段构造在附接区段40的彼此背离的侧面上。在各附接 区段40之间设有贴靠区段43的连接区段45。

贴靠区段43通过配合元件46补充，使得贴靠区段43与配合元件 46除了它们之间形成的间隙外完全包围框架元件2。

在图3C所示的变型方案中，纤维缠绕物5包括五个缠绕物，在 此各一个缠绕物在外侧区段44上、一个纤维缠绕物在连接区段45上 并且各一个缠绕物在附接区段40上延伸。

在图3D中示出根据本发明的装置的另一种变型方案，其中连接 元件4与图3C的连接元件的区别在于，附接区段40和相应外侧区段 44'不通过连接区段45连接。也就是，各附接区段40如在图1的连接 元件4的方案那样不相互连接。在附接区段40的相互背离的侧面上沿 纵向方向延伸的每个外侧区段44'都包括一个配合元件46'，该配合元 件与相应外侧区段44'这样补充，使得它们共同包围框架元件2。

在图3D所示的变型方案中，纤维缠绕物5包括四个缠绕物，在 此各一个缠绕物缠绕外侧区段44'和相应配合元件46'并且各一个缠绕 物缠绕附接区段40及相应配合区段46'。

在图3E中示出根据本发明的装置的另一种变型方案，该变型方 案与图3C所示方案的区别在于，连接元件4不具有外侧区段44并且 仅在附接区段40之间设有唯一一个缠绕物。

由上述关于图3A至3E的描述可见，连接元件4的朝向框架元件 2的贴靠表面41在X-Z平面中这样构造，使得贴靠表面适配框架元件 2的圆形横截面。

对于所有上面所描述的变型方案，也可这样设计框架元件2的横 截面和连接元件4的贴靠表面41，使得在框架元件2和连接元件4之 间在组合状态中形成形锁合连接。这在图3F中示出。

图3F所示的视图相应于X-Z平面，由此可见，框架元件2在横 截面中具有一个圆弧区段和一个线形区段。也就是说，框架元件2包 括一个圆弧表面以及一个平面，连接元件4以其贴靠表面41贴靠在该 平面上。通过由此产生的形锁合连接有利地确保在大的力导入时连接 元件4不相对于框架元件2旋转。

导杆3或者说构件可通过螺纹连接装置安装到所有上面所描述的 连接元件4上。

在所有装置中，在螺纹连接装置6上未设置弹性体轴承，因为相 应功能通过连接元件4和/或在框架元件2和连接元件4之间的材料锁 合连接部的材料和几何结构设计得以实现。

尤其是所有在附图说明之前的解释、尤其是关于弹性模量、框架 元件和连接元件的材料以及纤维缠绕物方面的解释相应适用于根据本 发明的装置1的上述方案。

在图4所示装置1中，连接元件4由弹性体或极硬的粘合剂(粘 合剂本身可以是弹性体)制成，该连接元件的弹性模量小于导杆3的 材料的弹性模量。在图4所示的变型方案中，由弹性体或极硬的粘合 剂制成的连接部件4具有弹性体轴承的功能。连接元件4或附接区段 40通过材料锁合连接部、如粘合剂层固定在框架元件2上。当连接元 件本身的弹性体具有粘合剂功能时，连接元件可直接固定在框架元件 上。在图4中示意性示出弹簧元件，这些弹簧元件示意性表示连接元 件4的弹性特性。在几何结构方面可根据待通过构件3或者说导杆3 导入的力来设计连接元件4，使得该连接元件具有也在图4中示出的 力－伸长特性曲线。也就是说，基于连接元件的几何结构和材料设计， 连接元件可具有递减、线性或递增的力－伸长曲线。

为了改善螺纹连接装置6的支承，还可将环嵌入连接元件4的相 应通孔中。该环可由金属或塑料制成。

在图5中示出根据本发明的装置1的一种变型方案，其中连接元 件4、框架元件2和纤维缠绕物5的材料和几何结构设计与图4中相 同。图5所示变型方案与图4所示方案的区别在于，连接元件4被包 套48包围，该包套至少包围或者说包套框架元件2和连接元件4的外 表面，纤维缠绕物5在该外表面上延伸。

在图6中示出本发明实施方式另一种变型方案。在该变型方案中， 连接元件4由金属制成并且也具有图3C至3E所示的配合元件46、 46'。就此而言，连接元件4完全包围框架元件2。

作为替代方案，连接元件4也可由纤维增强塑料制成。

在连接元件4和框架元件2之间设有粘合剂层，该粘合剂层具有 弹性体轴承的功能。在相应粘合剂7或者说粘合剂层的硬化状态中， 粘合剂的弹性模量小于所固定的导杆3或者说构件的弹性模量。粘合 剂层的弹性模量具有≤100MPa的值并且粘合剂层优选具有最大10mm 的厚度。

可在几何结构方面这样设计连接元件4和粘合剂层，使得粘合剂 层具有相应于弹性体轴承的力－伸长曲线。在此可再次涉及递减、线 性或递增的特性曲线(参见图6)。

在图7中放大示出连接元件4的贴靠表面和框架元件2之间的粘 合剂层的结构。同样示出的根据本发明的装置1相应于图3C所示的 装置，在此粘合剂层的设计不局限于该方案，而是也可转移到所有方 案中。连接元件4的外侧区段44如图7所示在沿纵向方向的端部区段 上这样构造，使得粘合剂层或者说粘合剂7的量在端部区段上增加。 这例如可通过使外侧区段44阶梯状或连续/线形地倾斜实现。

此外，可这样施加过量的粘合剂，使得在端部区段上形成凸缘。

通过粘合剂层的所述设计可减小端部区段上的峰值应力。