DE102014220796A1

DE102014220796A1 - Gelenkstange für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102014220796A1
Application number: DE102014220796.7A
Authority: DE
Inventors: Frank Nachbar; Volker Grube
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2014-10-14
Filing date: 2014-10-14
Publication date: 2016-04-14
Also published as: KR20170071529A; CN106794734A; US20170276170A1; WO2016058760A1; US10036417B2; EP3207265A1; JP2017533138A

Abstract

Gelenkstange für ein Kraftfahrzeug, mit einer als offenes Profil ausgebildeten und sich in einer axialen Richtung (x) erstreckenden Verbindungsstange (4), die einen Rücken (8) und zwei einander gegenüberliegende Schenkel (9, 10) umfasst, die über den Rücken (8) miteinander verbunden sind, sich von diesem weg erstrecken und einen Winkel (α) von weniger als 180° miteinander einschließen, und zwei über die Verbindungsstange (4) miteinander verbundenen Gelenken (2, 3), die jeweils ein Gelenkgehäuse (5) und ein bewegbar in diesem gelagertes und sich aus diesem herauserstreckendes Gelenkinnenteil (6) umfassen, wobei die Verbindungsstange (4) mit ihren axialen Enden jeweils in eines der Gelenkgehäuse (5) eingebettet ist, und wobei die Schenkel (9, 10) einen Winkel (α) von wenigstens 90° miteinander einschließen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Gelenkstange für ein Kraftfahrzeug, mit einer als offenes Profil ausgebildeten und sich in einer axialen Richtung erstreckenden Verbindungsstange, die einen Rücken und zwei einander gegenüberliegende Schenkel umfasst, die über den Rücken miteinander verbunden sind, sich von diesem weg erstrecken und einen Winkel von weniger als 180° miteinander einschließen, und zwei über die Verbindungsstange miteinander verbundenen Gelenken, die jeweils ein Gelenkgehäuse und ein bewegbar in diesem gelagertes und sich aus diesem herauserstreckendes Gelenkinnenteil umfassen, wobei die Verbindungsstange mit ihren axialen Enden jeweils in eines der Gelenkgehäuse eingebettet ist.
Die DE 10 2010 041 791 A1 offenbart ein Fahrzeugbauteil mit einer einen Anschlussbereich aufweisenden Gelenkaufnahme, in dem eine Ausnehmung vorgesehen ist, einem langgestreckten, mit einem axialen Endbereich in die Ausnehmung des Anschlussbereichs eingreifenden und sich in Richtung seiner Längsachse von diesem weg erstreckenden Verbindungselement, welches über seine gesamte Länge einen im Wesentlichen konstanten Querschnitt aufweist und gegenüber einer Verschiebung in Richtung seiner Längsachse formschlüssig in dem Anschlussbereich gesichert ist, wobei das Verbindungselement ferner gegenüber einer Verdrehung um seine Längsachse formschlüssig in dem Anschlussbereich gesichert ist. Das Verbindungselement besteht aus Metall, wohingegen die Gelenkaufnahme aus Kunststoff besteht. Ferner ist in der Gelenkaufnahme ein Gelenkinnenteil bewegbar gelagert. Zusätzlich ist ein anderer axialer Endbereich des Verbindungselements mit einer anderen Gelenkaufnahme verbunden, in der ein anderes Gelenkinnententeil bewegbar gelagert ist, wobei die Gelenkaufnahmen gleichartig ausgebildet und gleichartig mit dem Verbindungselement verbunden sind, welches als U-Profil ausgebildet ist.
Ein Anwendungsbeispiel für ein solches Fahrzeugbauteil ist z.B. ein Lenker oder eine Pendelstütze in der Radaufhängung eines Kraftfahrzeugs. Da das Verbindungselement aus einem anderen Werkstoff als die Gelenkaufnahmen besteht, wird ein solches Fahrzeugbauteil auch als Hybridlenker oder Hybridpendelstütze bezeichnet.
Hybridlenker und Hybridpendelstützen bestehen in der Regel aus Kunststoff-Metallverbindungen, die unter Anwendung eines Kunststoffspritzgussverfahrens hergestellt werden. Die Gelenkgehäuse bestehen dabei aus Kunststoffköpfen, die über ein Verbindungselement miteinander verbunden werden, welches nicht aus Kunststoff, sondern z.B. aus Metall besteht. Bekannte Grundgeometrien des Verbindungselementes sind unter anderem die Rundstange und das U-Profil. Zum Herstellen der Kunststoffköpfe wird das Verbindungselement in ein Kunststoffspritzgusswerkzeug eingelegt und mit Kunststoff umspritzt. Dabei ist eine Abdichtung des Verbindungselementes zur Spritzgusskavität des Spritzgusswerkzeugs erforderlich. Dem Spritzgusswerkzeug sind in der Regel zwei senkrecht zueinander verlaufende Hauptentformungsrichtungen zugeordnet. Wenn das Verbindungselement nicht rotationssymmetrisch, sondern z.B. ein U-Profil ist, können sich Probleme bei der Abdichtung im Spritzgusswerkzeug ergeben. Insbesondere bei einem Verdrehwinkel der Kunststoffköpfe zueinander von ungleich 0° oder ungleich 180° ergeben sich Problematiken bei der Abdichtung des Verbindungselementes im Spritzgusswerkzeug, sodass ggf. ein schräg zu den Hauptentformungsrichtungen bewegbarer Schrägschieber eingesetzt werden muss. Das Vorsehen eines Schrägschiebers ist aber aufwändig und mit relativ hohen Kosten verbunden. Um dieses Problem zu umgehen, könnte an eine Rundstange als Verbindungselement gedacht werden. Eine Rundstange weist gegenüber einem Hohlprofil in der Regel aber ein relativ hohes Gewicht auf, was unerwünscht ist.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Gelenkstange der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass beliebige Winkelstellungen der Gelenke zueinander möglich sind, ohne Schrägschieber bei der Herstellung der Gelenkstange einsetzen zu müssen.
Diese Aufgabe wird durch eine Gelenkstange nach Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Gelenkstange sind in den Unteransprüchen und in der nachfolgenden Beschreibung gegeben.
Die Gelenkstange für ein Kraftfahrzeug weist eine als offenes Profil ausgebildete und sich in einer axialen Richtung erstreckende Verbindungsstange, die einen Rücken und zwei einander gegenüberliegende Schenkel umfasst, die über den Rücken miteinander verbunden sind, sich von diesem, insbesondere einseitig, wegerstrecken und einen Winkel von weniger als 180° miteinander einschließen, und zwei über die Verbindungsstange miteinander verbundene Gelenke auf, die jeweils ein Gelenkgehäuse und ein bewegbar in diesem gelagertes und sich aus diesem herauserstreckendes Gelenkinnenteil umfassen, wobei die Verbindungsstange mit ihren axialen Enden jeweils in eines der Gelenkgehäuse eingebettet ist und wobei die Schenkel, insbesondere im Querschnitt der Verbindungsstange, einen Winkel von wenigstens 90° miteinander einschließen.
Dadurch, dass die Schenkel einen Winkel von wenigstens 90° miteinander einschließen, kann die Verbindungsstange bezüglich der axialen Richtung beliebig verdreht in ein Spritzgusswerkzeug eingelegt werden, ohne dass sich ein Hinterschnitt bezüglich der beiden senkrecht zueinander verlaufenden Hauptentformungsrichtungen ergibt. Die Verbindungsstange kann somit stets in den Hauptentformungsrichtungen gegenüber der Spritzgusskavität abgedichtet werden. Ferner kann die Verbindungsstange stets in den Hauptentformungsrichtungen entformt werden. Der Einsatz eines Schrägschiebers zum Abdichten und/oder Entformen der Verbindungsstange ist somit unabhängig von der Winkelstellung der Gelenke zueinander nicht mehr erforderlich.
Der Rücken erstreckt sich insbesondere in axialer Richtung. Vorzugsweise ist der Rücken eben oder im Wesentlichen eben ausgebildet. Die Schenkel erstrecken sich insbesondere jeweils in axialer Richtung. Vorzugsweise sind die Schenkel jeweils eben oder im Wesentlichen eben ausgebildet. Die Schenkel liegen bevorzugt quer zur axialen Richtung einander gegenüber. Insbesondere liegen die Schenkel im Abstand einander gegenüber. Vorzugsweise nimmt, insbesondere quer zur axialen Richtung, der Abstand zwischen den Schenkeln mit zunehmendem Abstand zum Rücken zu. Bevorzugt gehen die Schenkel an ihren dem Rücken zugewandten Enden in den Rücken, insbesondere materialhomogen, über. Bei den dem Rücken abgewandten Enden der Schenkel handelt es sich insbesondere um freie Enden der Schenkel. Vorzugsweise sind die Schenkel, insbesondere quer zur axialen Richtung, im Abstand zueinander angeordnet. Vorteilhaft weisen die Schenkel an ihren dem Rücken zugewandten Enden, insbesondere quer zur axialen Richtung, einen Abstand zueinander auf. Vorzugsweise weisen die Schenkel im Bereich des Rückens, insbesondere quer zur axialen Richtung, einen Abstand zueinander auf, der bevorzugt durch den Rücken geschlossen wird. Die Schenkel stehen bevorzugt einseitig von dem Rücken vor und/oder erstrecken sich bevorzugt einseitig von dem Rücken weg. Insbesondere sind die Schenkel an ihren dem Rücken zugewandten Enden durch den Rücken miteinander verbunden. Bevorzugt schließen die Schenkel mit dem Rücken jeweils einen Winkel von wenigstens 135° ein. Insbesondere schließen die Schenkel mit dem Rücken jeweils einen Winkel von weniger als 180° ein.
Die Schenkel schließen z.B. einen Winkel von 90° oder von mehr als 90° miteinander ein. Beispielsweise schließen die Schenkel mit dem Rücken jeweils einen Winkel von 135° oder von mehr als 135° ein.
Jedes der Gelenkgehäuse ist oder wird bevorzugt durch Umspritzen des jeweiligen axialen Endes der Verbindungsstange mit einem spritzgussfähigen Werkstoff hergestellt, der insbesondere ein Kunststoff ist. Als Kunststoff wird bevorzugt ein thermoplastischer Kunststoff, wie z.B. ein Polyamid, ein Polypropylen oder ein Polyphthalamid eingesetzt. Alternativ kann aber auch ein Metall, wie z.B. Aluminium oder Magnesium, als spritzgussfähiger Werkstoff eingesetzt werden.
Die Gelenkgehäuse bestehen bevorzugt aus Kunststoff. Insbesondere bestehen die Gelenkgehäuse aus einem thermoplastischen Kunststoff, wie z.B. aus einem Polyamid, aus einem Polypropylen oder aus einem Polyphthalamid. Alternativ bestehen die Gelenkgehäuse z.B. aus Metall, wie z.B. aus Aluminium oder aus Magnesium. Das Gelenkinnenteil besteht bevorzugt aus Metall, insbesondere aus Eisenwerkstoff, wie z.B. Stahl.
Die Gelenkstange besteht bevorzugt aus Metall, insbesondere aus Eisenwerkstoff, wie z.B. Stahl. Alternativ besteht die Gelenkstange z.B. aus Organoblech.
Während des Spritzgießens kann auf die Verbindungstange ein hoher Druck wirken, sodass sich diese aus dem Spritzgusswerkzeug heraus bewegen könnte. Bevorzugt ist daher in dem Rücken eine oder wenigstens eine durchgehende Positionierausnehmung vorgesehen. Die Verbindungsstange kann somit in dem Spritzgusswerkzeug auf einen Positionierstift aufgesetzt werden, der sich durch die Positionierausnehmung hindurch erstreckt, sodass die Verbindungsstange in dem Spritzgusswerkzeug fixiert ist.
Bevorzugt ist die Verbindungsstange bezüglich einer in axialer Richtung verlaufenden Symmetrieebene spiegelsymmetrisch ausgebildet. Vorzugsweise verläuft die Symmetrieebene senkrecht oder quer zum Rücken. Vorteilhaft liegen die Schenkel bezüglich der Symmetrieebene einander gegenüber. Bevorzugt sind die Schenkel bezüglich der Symmetrieebene spiegelsymmetrisch zueinander ausgebildet und/oder angeordnet. Ferner ist vorzugsweise der Rücken bezüglich der Symmetrieebene spiegelsymmetrisch ausgebildet.
Der Gelenkstange ist insbesondere eine in axialer Richtung verlaufende Längsmittelachse zugeordnet. Bevorzugt verläuft die Längsmittelachse in der Symmetrieebene. Die Gelenke und/oder die Gelenkinnenteile können bezüglich der axialen Richtung, insbesondere bezüglich der Längsmittelachse, gleich ausgerichtet sein. Bevorzugt sind die Gelenke und/oder die Gelenkinnenteile bezüglich der axialen Richtung, insbesondere bezüglich der Längsmittelachse, aber gegeneinander verdreht. Beispielsweise sind die Gelenke und/oder die Gelenkinnenteile bezüglich der axialen Richtung, insbesondere bezüglich der Längsmittelachse, um einen Winkel von mehr als 0° und/oder von weniger als 180° gegeneinander verdreht. Alternativ sind die Gelenke und/oder die Gelenkinnenteile bezüglich der axialen Richtung, insbesondere bezüglich der Längsmittelachse, z.B. um einen Winkel von 0° oder von 180° gegeneinander verdreht.
Gemäß einer Ausgestaltung ist jedes der Gelenkinnenteile als Kugelzapfen ausgebildet. Die Gelenke bilden insbesondere Kugelgelenke. Jeder Kugelzapfen umfasst bevorzugt eine Gelenkkugel und ist mit dieser in dem jeweiligen Gelenkgehäuse bewegbar gelagert. Beispielsweise ist jeder Kugelzapfen, insbesondere mit seiner Gelenkkugel, direkt in dem jeweiligen Gelenkgehäuse bewegbar gelagert. Alternativ ist jeder Kugelzapfen, insbesondere mit seiner Gelenkkugel, unter Zwischenschaltung einer Lagerschale in dem jeweiligen Gelenkgehäuse bewegbar gelagert. Die Lagerschale ist vorzugsweise eine Kugelschale. Insbesondere besteht die Lagerschale aus Kunststoff. Die Längsmittelachse verläuft bevorzugt durch die Mittelpunkte der Gelenkkugeln.
Die Gelenkstange ist z.B. ein Lenker oder eine Pendelstütze. Insbesondere ist die Gelenkstange für eine Radaufhängung eines Kraftfahrzeugs vorgesehen. Vorteilhaft ist die Gelenkstange mit ihren Gelenkinnenteilen mit unterschiedlichen Fahrzeugbauteilen eines oder des Kraftfahrzeugs verbunden. Bevorzugt ist die Gelenkstange mit einem ihrer Gelenkinnenteile mit einem ersten Fahrzeugbauteil des oder eines Kraftfahrzeugs verbunden. Ferner ist die Gelenkstange mit einem anderen ihrer Gelenkinnenteile bevorzugt mit einem zweiten Fahrzeugbauteil des Kraftfahrzeugs verbunden. Bei den Fahrzeugbauteilen handelt es sich insbesondere um Radaufhängungsbauteile. Beispielsweise handelt es sich bei dem ersten Fahrzeugbauteil um einen Wankstabilisator, um einen Fahrzeugaufbau oder um einen Hilfsrahmen. Bei dem zweiten Fahrzeugbauteil handelt es sich z.B. um einen Lenker oder um einen Radträger.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht einer Gelenkstange gemäß einer Ausführungsform,
2 eine Seitenansicht der Gelenkstange,
3 eine Draufsicht auf die Gelenkstange und
4 eine Schnittansicht einer Verbindungsstange der Gelenkstange entlang der aus 2 ersichtlichen Schnittlinie A-A.
Aus 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Gelenkstange 1 gemäß einer Ausführungsform ersichtlich, wobei die Gelenkstange 1 zwei Kugelgelenke 2 und 3 umfasst, die über eine sich in einer axialen Richtung x erstreckende Verbindungsstange 4 miteinander verbunden sind. Eine Seitenansicht der Gelenkstange 1 ist in 2 und eine Draufsicht auf die Gelenkstange 1 ist in 3 gezeigt.
Die Kugelgelenke 2 und 3 umfassen jeweils ein aus Kunststoff bestehendes Gelenkgehäuse 5 und einen Kugelzapfen 6, der gelenkig in dem jeweiligen Gelenkgehäuse 5 gelagert ist und sich aus diesem heraus erstreckt. Ferner sind die Kugelgelenke 2 und 3 bezüglich einer sich in axialer Richtung x erstreckenden Längsmittelachse 7 der Gelenkstange 1 um 180° zueinander verdreht. Die Verbindungsstange 4 ist mit ihren axialen Enden jeweils in eines der Gelenkgehäuse 5 eingebettet und als offenes Profil ausgebildet.
Eine Schnittansicht der Verbindungsstange 4 entlang der aus 2 ersichtlichen Schnittlinie A-A ist in 4 gezeigt. Die Verbindungsstange 4 umfasst einen Rücken 8 und zwei einander gegenüberliegende Schenkel 9 und 10, die an ihren dem Rücken 8 zugewandten Enden 12 durch den Rücken 8 miteinander verbunden sind und sich von diesem wegerstrecken. Die dem Rücken 8 abgewandten Enden 13 der Schenkel 9 und 10 bilden freie Enden der Schenkel. Dabei schließen die beiden Schenkel 9 und 10 einen Winkel α von wenigstens 90° und weniger als 180° miteinander ein. Ferner schließen die Schenkel 9 und 10 mit dem Rücken 8 jeweils einen Winkel β von wenigstens 135° und weniger als 180° ein. Der Rücken 8 und die Schenkel 9 und 10 sind jeweils im Wesentlichen eben ausgebildet und verlaufen in axialer Richtung x. Ferner ist die Verbindungsstange 4 bezüglich einer in axialer Richtung x verlaufenden Symmetrieebene E spiegelsymmetrisch ausgebildet, in der auch die Längsmittelachse 7 verläuft. In dem Rücken 8 sind zwei durchgehende Positionierausnehmungen 11 vorgesehen, die z.B. aus 3 ersichtlich sind.
Bezugszeichenliste

1: Gelenkstange
2: Kugelgelenk
3: Kugelgelenk
4: Verbindungsstange
5: Gelenkgehäuse
6: Kugelzapfen
7: Längsmittelachse
8: Rücken der Verbindungsstange
9: Schenkel der Verbindungsstange
10: Schenkel der Verbindungsstange
11: Positionierausnehmung
12: dem Rücken zugewandtes Schenkelende
13: dem Rücken abgewandtes Schenkelende
α: Winkel zwischen den Schenkeln
β: Winkel zwischen Schenkel und Rücken
x: axiale Richtung
E: Symmetrieebene

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010041791 A1 [0002]

Claims

Gelenkstange für ein Kraftfahrzeug, mit einer als offenes Profil ausgebildeten und sich in einer axialen Richtung (x) erstreckenden Verbindungsstange (4), die einen Rücken (8) und zwei einander gegenüberliegende Schenkel (9, 10) umfasst, die über den Rücken (8) miteinander verbunden sind, sich von diesem weg erstrecken und einen Winkel (α) von weniger als 180° miteinander einschließen, und zwei über die Verbindungsstange (4) miteinander verbundenen Gelenken (2, 3), die jeweils ein Gelenkgehäuse (5) und ein bewegbar in diesem gelagertes und sich aus diesem herauserstreckendes Gelenkinnenteil (6) umfassen, wobei die Verbindungsstange (4) mit ihren axialen Enden jeweils in eines der Gelenkgehäuse (5) eingebettet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schenkel (9, 10) einen Winkel (α) von wenigstens 90° miteinander einschließen.
Gelenkstange nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rücken (8) eben oder im Wesentlichen eben ausgebildet ist.
Gelenkstange nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schenkel (9, 10) an ihren dem Rücken (8) zugewandten Enden mit dem Rücken (8) verbunden sind und einen Abstand zueinander aufweisen.
Gelenkstange nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schenkel (9, 10) mit dem Rücken (8) jeweils einen Winkel (β) von wenigstens 135° und weniger als 180° einschließen.
Gelenkstange nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Rücken (8) wenigstens eine durchgehende Positionierausnehmung (11) vorgesehen ist.
Gelenkstange nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenke (2, 3) bezüglich einer in axialer Richtung (x) verlaufenden Längsmittelachse (7) gegeneinander verdreht sind.
Gelenkstange nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenke (2, 3) Kugelgelenke bilden und jedes der Gelenkinnenteile (6) als Kugelzapfen ausgebildet ist.
Gelenkstange nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Gelenkgehäuse (5) durch Umspritzen des jeweiligen axialen Endes der Verbindungsstange (4) mit einem spritzgussfähigen Werkstoff hergestellt ist.
Gelenkstange nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkgehäuse (2, 3) aus Kunststoff bestehen.
Gelenkstange nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsstange (4) aus Metall besteht.