WO2023094508A1

WO2023094508A1 - Koppelstange und verfahren zum herstellen

Info

Publication number: WO2023094508A1
Application number: PCT/EP2022/083097
Authority: WO
Inventors: Arne BUSCH; Eduardo GONZÁLEZ PÉREZ; Christian Friedrich
Original assignee: Muhr Und Bender Kg
Priority date: 2021-11-25
Filing date: 2022-11-24
Publication date: 2023-06-01
Also published as: CN118302311A; EP4436807A1; DE102021130919A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Koppelstange umfassend: ein Verbindungselement (3), das mittels eines Pultrusionsverfahrens aus einem faserverstärkten Kunststoff hergestellt ist, wobei das Verbindungselement (3) einen Strebenabschnitt (8) mit einer Längsachse (A3) und einen Verbindungsabschnitt (9, 9') aufweist; ein Gelenkelement (4, 5); und ein mit dem Verbindungselement (3) und dem Gelenkelement (4, 5) verbundenes Trägerelement (6, 7), das durch Umspritzen aus Kunststoff hergestellt ist; wobei die Matrix des faserverstärkten Kunststoffs ein Duroplast ist und der Verbindungsabschnitt gegenüber dem Strebenabschnitt umgeformt ist, wobei durch das umspritzte Trägerelement ein Formschluss zwischen dem Verbindungsabschnitt (9, 9') und dem Trägerelement (6, 7) gebildet ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen einer Koppelstange.

Description

Koppelstange und Verfahren zum Herstellen

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Koppelstange für ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs sowie ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Koppelstange.

Eine Koppelstange dient dazu, den Stabilisator mit dem Fahrwerk eines Fahrzeugs zu verbinden. Die während der Fahrt auftretenden Auf- und Abwärtsbewegungen eines Rades werden über die Koppelstangen an den Stabilisator weitergegeben. Wenn die Kräfte zwischen den Rädern einer Achse unterschiedlich sind, wird der Stabilisator belastet. Bei Kurvenfahrt wird das Wanken des Fahrzeugs somit reduziert und die Fahrstabilität erhöht.

Koppelstangen können an ihren Enden Kugelgelenke aufweisen, über die sie mit dem Fahrwerk beziehungsweise Stabilisator verbunden sind. Koppelstangen werden auch als Pendelstütze, Stabilisatorstrebe, Drehstabgestänge oder Achsstrebe bezeichnet.

Aus der gattungsbildenden FR 2 862 559 A1 ist eine Koppelstange bekannt, deren Verbindungsstab durch Pultrusion aus faserverstärktem Kunststoff hergestellt ist. Die Enden sind mit den Gelenken an den Verbindungsstab angespritzt. Das Profil, das den Stab bildet, kann aus einem thermoplastischen oder wärmehärtbaren steifen Polymermaterial oder Aluminium hergestellt werden. Der Verbindungsstab hat einen einheitlichen Querschnitt über der Länge.

Aus der EP 3385097 A1 ist ein Stabilisator für eine Kraftfahrzeugaufhängung bekannt. Der Stabilisator umfasst einen rohrförmigen Körper, der an seinen Enden jeweils zwei abgeflachte Bereiche aufweist, zwischen denen ein dichter Hohlraum gebildet ist, und ein Ummantelungskörper aus polymerem Material, der im Formgebungsprozess mit dem jeweiligen Ende des rohrförmigen Körpers verbunden wird, so dass er die abgeflachten Bereiche umgibt. Die endseitigen Ummantelungskörper weisen jeweils eine Gelenkverbindung auf. Der rohrförmige Körper ist vorzugsweise aus Metall hergestellt, kann aber auch aus einem thermoplastischen Material hergestellt werden.

Aus der DE 10 2017 207 164 A1 , entsprechend WO 2018/197136 A1 , ist eine Achsstrebe für ein Fahrzeug bekannt, die ein Tragprofil und zwei hiermit durch Kleben verbundene Lasteinleitelemente aufweist. Das Tragprofil ist endlosfaserverstärkt aus faserverstärktem Kunststoff ausgeformt und kontinuierlich mittels eines Pultrusionsver- fahrens oder mittels eines Pulwindingverfahrens hergestellt.

Aus der DE 10 2018 213 322 A1 ist ein Mehrpunktlenker für ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs bekannt, der einen pultrudierten Hohlprofilabschnitt aus einem faserverstärkten Kunststoff aufweist.

Aus der DE 10 2005 034 210 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Kugelgelenks für eine Koppelstange bekannt.

Aus der EP 3 283 279 B1 ist eine Pultrusionsvorrichtung zum Erzeugen eines faserverstärkten Endlosprofils mit einem in Pultrusionsrichtung diskontinuierlichen Querschnittsverlauf, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung bekannt.

Aus der DE 10 2019 218 124 B3 ist ein Verfahren zum formschlüssigen Verbinden eines Hohlkörpers aus faserverstärktem Kunststoff mit einem Metallkörper bekannt. Der Hohlkörper wird in eine Druckgussform eingebracht, in die anschließend eine Metallschmelze mit Druck eingebracht wird. Der Druck der Metallschmelze ist größer als der Druck im Innenraum des Hohlkörpers, sodass dessen Wandung in einem Verbindungsabschnitt aufgrund des Druckunterschieds unter Ausbildung einer Vertiefung bereichsweise eingedrückt wird. In die Vertiefung dringt Metallschmelze ein, die anschließend erstarrt und im erstarrten Zustand den Metallkörper bildet. Aus der DE 102010041 791 A1 ist ein Stabilisator mit einer Gelenkaufnahme bekannt, die einen Endbereich mit einer Ausnehmung aufweist, in die ein Verbindungselement formschlüssig eingreift. Das Ausgangsmaterial des Verbindungselements kann aus Metall und/oder faserverstärktem Kunststoff bestehen.

Aus der DE 10 2013 007 284 A1 ist eine Verbindungsstrebe bekannt, mit einem Stangenabschnitt und endseitigen Lageraugen. Die Verbindungsstrebe besteht zumindest teilweise aus faserverstärktem Kunststoff, welcher durch Prepregs gebildet wird.

Aus der DE 10 2014 220 796 A1 ist eine Gelenkstange für ein Kraftfahrzeug bekannt, mit einer als offenes Profil ausgebildeten Verbindungsstange und zwei über diese miteinander verbundenen Gelenken. Die Gelenke umfassen jeweils ein Gelenkgehäuse, in das die Verbindungsstange mit ihren axialen Enden eingebettet ist.

Aus der EP 1 953 012 A2 ist eine Gelenkstange für Fahrzeuge bekannt, mit einem Strebenkörper, an dessen Enden jeweils ein Gelenk angeschlossen ist. Der Strebenkörper ist aus einem offenen Profil gebildet, und das Gelenk umfasst einen Kugelzapfen, der in einer dünnwandigen Gleitschale gelenkig gelagert ist. Das Ende des Strebenkörpers und die Gleitschale sind gemeinsam mit einer Kunststoffummantelung umspritzt.

Aus der EP 1 733 859 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines Anschluss- und Kraftübertragungselement für Aufhängungs- und Lenkmechanismen von Kraftfahrzeugen mittels Überspritzung bekannt. Das Anschlusselement weist ein stabförmiges Mittelteil aus einem Material hoher mechanischer Festigkeit und ein Endteil aus Kunststoffmaterial auf, das auf einem Ende des Mittelteils überspritzt wird, so dass ein einstückiges Verbindungselement gebildet wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Koppelstange für ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs vorzuschlagen, die einfach herstellbar ist und ein geringes Gewicht aufweist. Die Aufgabe liegt weiter darin, ein entsprechendes Verfahren vorzuschlagen, mit dem eine solche Koppelstange einfach und effizient hergestellt werden kann. Zur Lösung der Aufgabe wird eine Koppelstange für ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen, umfassend: ein Verbindungselement, das mittels eines Pultrusionsver- fahrens aus einem faserverstärkten Kunststoff hergestellt ist, wobei der faserverstärkte Kunststoff in eine Matrix eingebettete Endlosfasern umfasst, die sich in eine Längsrichtung des Verbindungselements erstrecken, wobei das Verbindungselement einen Strebenabschnitt mit einer Längsachse und an zumindest einem Ende einen gegenüber dem Strebenabschnitt umgeformten Verbindungsabschnitt aufweist; ein Gelenkelement; und ein mit dem Verbindungselement und dem Gelenkelement verbundenes Trägerelement, das durch Umspritzen aus Kunststoff hergestellt ist, wobei eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Verbindungsabschnitt des Verbindungselements und dem Trägerelement gebildet ist.

Ein Vorteil der Koppelstange ist, dass diese durch Verwendung von faserverstärktem Kunststoff ein geringes Gewicht aufweist und mittels des Pultrusionsverfahrens einfach herstellbar ist. Dabei kann der umgeformte Verbindungsabschnitt, welcher von einer kontinuierlichen Langform mit konstantem Querschnitt abweicht, im Wege des Pultrusionsverfahrens hergestellt werden. Durch den umgeformten Verbindungsabschnitt kann eine sichere Verbindung zum angespritzten Trägerelement beziehungsweise dem darin aufgenommenen Gelenkelement hergestellt werden.

Die Koppelstange weist zumindest an einem Ende einen gegenüber dem Strebenabschnitt umgeformten Verbindungsabschnitt auf, was die Möglichkeit mit einschließt, dass auch beide Enden einen umgeformten Verbindungsabschnitt aufweisen können. Im Rahmen des Umspritzens mit Kunststoff kann das Gelenkelement mit seiner Gelenkachse nach Bedarf positioniert und so mit dem Stangenelement verbunden werden. Das angespritzte Trägerelement dient zum Verbinden des Gelenkelements mit dem Stangenelement und zur Aufnahme des Gelenkelements; insofern kann das Trägerelement auch als Gelenkaufnahme bezeichnet werden. Bei Verwendung von zwei Gelenkelementen können diese entsprechend in beliebigen Winkeln zueinander positioniert werden, das heißt zwischen 0° und 180° in Bezug auf die Längsachse der Koppelstange. Das Gelenkelement weist ein im Trägerelement aufgenommenes Lagerteil und ein mit einem Fahrwerksteil verbindbares Anschlussteil auf. Die Ausgestaltung des Gelenkelements ist beliebig und kann je nach Anforderung gewählt werden. Beispielsweise kann die Koppelstange zumindest ein aus einem metallischen Werkstoff hergestelltes Gelenkelement aufweisen, mit einem Kugelabschnitt als Lagerteil und einem Zapfenabschnitt als Anschlussteil. Dabei kann das Gelenkelement mit oder ohne Kugelschale ausgeführt werden beziehungsweise in die Gelenkaufnahme aus Kunststoff eingebettet sein. Alternativ oder ergänzend kann die Koppelstange zumindest ein aus einem elastischen Material hergestelltes Gelenkelement aufweisen. Das elastische Gelenkelement kann ein elastisches Lagerteil und eine hiermit verbundene starre Hülse als Anschlussteil aufweisen. Das elastische Lagerteil kann beispielsweise aus Gummi hergestellt sein und mit dem Trägerelement durch Umspritzen oder Einpressen verbunden werden. Die Hülse ist vorzugsweise aus Metall, beispielsweise Aluminium oder Stahl hergestellt, und kann in das Lagerteil eingesteckt werden. Alternativ kann das Lagerteil an die Hülse anvulkanisiert werden. Nach einer möglichen Ausgestaltung weist der umgeformte Verbindungsabschnitt eine kleinste Quererstreckung im Querschnitt auf, der kleiner ist als das 0,5-fache, insbesondere kleiner als das 0,75-fache des kleinsten Durchmessers des Strebenabschnitts. Ein Umformbereich ist insbesondere so gestaltet, dass damit eine formschlüssige Verbindung in axialer Richtung sowie gegen Verdrehen gegenüber dem angespritzten Trägerelement hergestellt ist. Nach einer möglichen Ausgestaltung kann eine Querschnittsfläche des umgeformten Verbindungsabschnitts von einer Querschnittsfläche des Strebenabschnitts um weniger als 25 %, insbesondere weniger als 10 % abweichen. Hierdurch wird eine homogene Struktur der Endlosfasern über die gesamte Länge des Verbindungselements erreicht, was zu einer hohen Belastbarkeit und langen Lebensdauer führt.

Nach einer Ausführungsform ist das Verbindungselement zumindest im Strebenabschnitt als Hohlprofil gestaltet, wobei eine Ausführung als Vollprofil auch möglich ist. Bei Herstellung als Hohlprofil ist die Wandstärke vorzugsweise größer als 2 mm und/oder kleiner als 4 mm. Ein Verbindungsabschnitt kann durch radiales Eindrücken des Hohlprofils hergestellt werden, so dass eine Einschnürung erzeugt wird. Das Eindrücken kann derart erfolgen, dass das Hohlprofil in diesem Abschnitt geschlossen wird, insbesondere dadurch, dass im Querschnitt zwei einander gegenüberliegende Wandungsabschnitte miteinander verbunden werden. Durch das Schließen des Hohlprofils im Verbindungsabschnitt wird verhindert, dass beim Anspritzen des Gelenkelements Kunststoff ungewünscht in den Hohlraum des Verbindungselements eindringt.

Die Matrix des faserverstärkten Kunststoffs kann ein Duroplast oder ein Thermoplast sein. Duroplaste sind engmaschig vernetzte Polymerwerkstoffe, wobei das Material nach der Vernetzung fest ist. Ein Duroplast kann auch als gehärtetes Kunstharz bezeichnet werden. Duroplaste werden üblicherweise als unvernetzte Vorkondensate aus dem gelösten, flüssigen oder plastischen Zustand geformt und anschließend gehärtet. Die Vernetzung kann gleichzeitig oder nach der Formgebung erfolgen. Für die Matrix des Verbindungselements werden vorzugsweise duroplastische Kunststoffe aus der Gruppe der Vinylesterharze, Epoxidharze oder ungesättigten Polyesterharze oder Kombinationen davon verwendet. Die verwendeten Duroplaste können so gewählt werden, dass sie vorzugsweise bei Raumtemperatur aushärten, das heißt ohne Zufuhr von Wärme. Ferner können die Duroplaste insbesondere schnell aushärtend sein, das heißt beim Härten in weniger als 10 Sekunden eine Formstabilität erreichen.

Die Kunststoffumspritzung wird vorzugsweise aus einem Thermoplast hergestellt. Die Endlosfasern können Glasfasern (GF) und/oder Carbonfasern (CF) und/oder Aram id- fasern (AF) und/oder Naturfasern oder Kombinationen der genannten Fasern umfassen. Die Endlosfasern sind entlang des Verbindungselements beziehungsweise zumindest des Strebenabschnitts unidirektional oder quasi-isotrop angeordnet. Sie können sich über die gesamte Länge von einem Ende zum anderen Ende des Verbindungselements erstrecken. Das Verbindungselement kann im Strebenabschnitt einen Faservolumenanteil am Gesamtvolumen von zwischen 50 % und 70 % aufweisen. Im an den Strebenabschnitt anschließenden Verbindungsabschnitt kann der Matrixanteil etwas reduziert sein, so dass der Faservolumenanteil hier beispielsweise zwischen 50 % und 80 % liegen kann.

Die Eigenschaften der faserverstärkten Kunststoffe können nach Bedarf mittels der einsetzbaren Verbindungen und Vernetzersubstanzen der Duroplaste, sowie der Verstärkungsmatenalien der Fasern (GF, CR, AF) eingestellt werden. Vorzugsweise ist der faserverstärkte Kunststoff, insbesondere mit duroplastischer Matrix, so gestaltet, dass das Verbindungselement eine Querzugfestigkeit von mindestens 40 MPa, insbesondere mindestens 50 MPa aufweist. Der effektive E-Modul eines faserverstärkten Kunststoffs wird insbesondere durch den E-Modul der Fasern, den E-Modul der Matrix sowie den Faservolumenanteil definiert. Erfindungsgemäß ist der faserverstärkte Kunststoff aus duroplastischem Material vorzugsweise so gestaltet, dass der effektive E-Modul in Faserrichtung größer als 35 GPa, insbesondere größer 40 GPa ist.

Der Verbindungsabschnitt kann nach einer ersten Ausführungsform so gestaltet sein, dass er vor dem Gelenkkopf endet. Dabei weist der umgeformte Verbindungsabschnitt vorzugsweise mindestens eine querschnittsreduzierende Einformung auf, welche die formschlüssige Verbindung mit dem angespritzten Trägerelement bildet. Es können auch mehrere, axial voneinander beabstandete Einformungen vorgesehen sein, die beispielsweise um das 0,5 bis 2-fache des Durchmessers des Strebenabschnitts axial voneinander versetzt sein können. Vorzugsweise sind genau zwei Einformungen, eine axial endseitige Einformung und eine hiervon axial beabstandete Einformung, vorgesehen, zwischen denen genau eine Verdickung gebildet ist. Bei Verwendung eines Hohlprofils ist das Ende des Verbindungsabschnitts vorzugsweise geschlossen, um beim Anspritzen des zugehörigen Gelenkelements ein Eindringen von Kunststoff zu verhindern.

Nach einer alternativen Ausführungsform kann der umgeformte Verbindungsabschnitt so gestaltet sein, dass er sich in Seitenansicht bis zum Lagerteil beziehungsweise Gelenkkopf erstreckt. Dabei kann der Verbindungsabschnitt des Verbindungselements das Lagerteil beziehungsweise den Kugelabschnitt des Gelenkkopfs über einen Winkelbereich von mindestens 90°, insbesondere mindestens 180° und/oder bis zu 360°, um die Gelenkachse umgreifen. Auf diese Weise wird eine Verstärkung des Verbindungsbereichs gewährleistet.

Das Gelenkelement kann einen Zapfenabschnitt aufweisen, der mit dem Kugelabschnitt fest verbunden ist, wobei ein Dichtbalg vorgesehen ist, welcher den Zapfenabschnitt gegenüber dem angespritzten Trägerelement abdichtet. Dabei ist der Balg mit einem ersten Bund am Zapfenabschnitt und mit einem zweiten Bund am Trägerelement abdichtend fixiert. Die Aufgabe wird weiter gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen einer Koppelstange, mit den Schritten: Herstellen eines Endlosprofils mittels Pultrusion im kontinuierlichen Verfahren aus in einer Kunststoffmatrix eingebetteten Endlosfasern, wobei das Endlosprofil zumindest teilweise gehärtet wird, wobei das Endlosprofil in zweiten Teilabschnitten mit einer höheren Duktilität beziehungsweise Umformbarkeit versehen wird als in gehärteten ersten Teilabschnitten; Umformen des Endlosprofils in den zweiten Teilabschnitten, so dass umgeformte Bereiche entstehen; Härten der zweiten Teilabschnitte nach dem Umformen, so dass das Endlosprofil vollständig gehärtet ist; Schneiden des vollständig gehärteten Endlosprofils zu einem Verbindungselement, das einen Strebenabschnitt und zumindest einen umgeformten Verbindungsabschnitt aufweist; Bereitstellen eines Gelenkelements mit einem Lagerteil und einem Anschlussteil; Einlegen und Ausrichten des Verbindungselements und des Gelenkelements in einem Spritzwerkzeug, wobei um den Verbindungsabschnitt des Verbindungselements ein Formhohlraum gebildet wird; und Einspritzen von Kunststoff in den Formhohlraum, wobei durch Aushärten des eingespritzten Kunststoffs eine formschlüssige Verbindung zwischen dem so gebildeten Trägerelement und dem Verbindungsabschnitt des Verbindungselements gebildet wird.

Mit dem Verfahren werden analog dieselben Vorteile erzielt, wie oben im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Koppelstange beschrieben. Es versteht sich, dass die bezüglich des Erzeugnisses beschriebenen Merkmale sinngemäß auf das Verfahren übertragbar sind, und umgekehrt.

Zum Erzeugen der umgeformten Bereiche sind zwei Verfahrensführungen möglich. Nach einer ersten Option, die insbesondere für eine duroplastische Matrix gilt, wird das Endlosprofil so weit gehärtet, dass es bereits formstabil ist, aber noch so duktil, dass es in Teilbereichen durch eine äußere Kraft umgeformt werden kann. Nach dem Umformen wird das Endlosprofil dann vollständig gehärtet, z.B. mit oder ohne Wärmezufuhr. Nach einer zweiten Option, die insbesondere für eine thermoplastische Matrix gilt, wird das Endlosprofil zunächst vollständig gehärtet und anschließend die zweiten Teilabschnitte durch Erwärmen wieder weicher gemacht, so dass sie umformbar sind. Nach dem Umformen der zweiten Teilabschnitte werden diese dann erneut abgekühlt und dadurch gehärtet, so dass das Endlosprofil vollständig gehärtet ist. Nach einer möglichen Verfahrensführung kann der Verbindungsabschnitt des Verbindungselements vor dem Umspritzen einer strukturgebenden Oberflächenbearbeitung unterzogen werden. Hierdurch wird die Oberfläche vergrößert, womit eine verbesserte Fügeverbindung zum angespritzten Kunststoff erreicht wird. Die Oberflächenbearbeitung kann beispielsweise durch mechanisches Einbringen einer Mikroverzahnung bewerkstelligt werden. Dies kann insbesondere im Rahmen der Umformung mittels einer geeigneten formgebenden Struktur des Umformwerkzeugs erfolgen. Alternativ kann die Oberflächenbearbeitung auch durch teilweises Abtragen der oberen Kunststoffschicht erfolgen, beispielsweise durch eine Laserbearbeitung. Vorzugsweise werden mindestens 50 % der zu umspritzenden Oberfläche entsprechend strukturgebend behandelt, insbesondere mindestens 75 %. Die erzeugte Struktur kann eine Rauigkeit von beispielsweise mehr als 100 Mikrometern und weniger als 1 mm haben. Alternativ oder ergänzend zur strukturgebenden Oberflächenbearbeitung kann der Verbindungsabschnitt mit einem Haftvermittler versehen werden. So wird neben der formschlüssigen auch eine stoffschlüssige Verbindung hergestellt, was zu einer besonders zuverlässigen Verbindung führt.

Bei Verwendung eines Kugelgelenks kann im Rahmen des Umspritzens optional auch eine Lagerschale für die Gelenkkugel mit eingespritzt beziehungsweise überspritzt werden.

Bevorzugte Ausführungsformen werden nachstehend anhand der Zeichnungsfiguren erläutert. Hierin zeigt:

Figur 1A eine erfindungsgemäße Koppelstange in einer ersten Ausführungsform in Seitenansicht, teilweise geschnitten;

Figur 1 B ein erstes Ende der Koppelstange aus Figur 1A als Detail in vergrößerter Darstellung, ohne Dichtung;

Figur 1 C ein zweites Ende der Koppelstange aus Figur 1A als Detail in vergrößerter Darstellung im Längsschnitt, ohne Dichtung;

Figur 1 D das Verbindungselement der Koppelstange aus Figur 1A in perspektivischer Darstellung, teilweise geschnitten; Figur 1 E das Ende des Verbindungselements aus Figur 1 D in vergrößerter Darstellung;

Figur 2 das Ende einer erfindungsgemäßen Koppelstange in einer gegenüber der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform leicht abgewandelten Ausführung;

Figur 3A eine erfindungsgemäße Koppelstange in einer weiteren Ausführungsform in Seitenansicht, teilweise geschnitten;

Figur 3B das Verbindungselement der Koppelstange aus Figur 3A in perspektivischer Darstellung, teilweise geschnitten;

Figur 3C das Ende des Verbindungselements aus Figur 3B in vergrößerter Darstellung;

Figur 4 eine erfindungsgemäße Koppelstange in einer weiteren Ausführungsform im Längsschnitt, teilweise in Explosionsdarstellung; und

Figur 5 eine erfindungsgemäße Koppelstange in einer weiteren Ausführungsform teilweise geschnitten.

Die Figuren 1A bis 1 E, welche zusammenfassend auch als Figur 1 bezeichnet und im Folgenden gemeinsam beschrieben werden, zeigen eine erfindungsgemäße Koppelstange 2 in einer ersten Ausführungsform. Die Koppelstange 2 kann beispielsweise für ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs verwendet werden, um einen Achs-Stabilisator mit dem Fahrwerk zu verbinden.

Die Koppelstange 2 umfasst ein Verbindungselement 3 aus einem faserverstärkten Kunststoff, an dessen Enden jeweils ein Gelenkelement 4, 5 mittels eines angespritzten Trägerelements 6, 7 befestigt ist.

Das Verbindungselement 3 ist mittels eines Pultrusionsverfahrens aus endlosfaserverstärktem Kunststoff hergestellt. Dabei umfasst das Verbindungselement in eine Matrix 23 eingebettete Endlosfasern 22, die sich über die Länge des Verbindungselements erstrecken. Bei der Pultrusion wird in einem kontinuierlichen Prozess durch gezielte Verbindung von Faserverstärkungen und Harzsystemen das Profil des Verbindungselements 3 hergestellt. Das Verbindungselement 3 ist vorliegend als Hohlprofil gestaltet, ohne darauf eingeschränkt zu sein, und umfasst einen Strebenabschnitt 8 und an den beiden Enden umgeformte Verbindungsabschnitte 9, 9'. Die Wandstärke des Hohlprofils kann entsprechend der technischen Anforderungen gewählt werden und beispielsweise zwischen 2 mm und 4 mm im Strebenabschnitt betragen.

Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die umgeformten Verbindungsabschnitte 9, 9' jeweils durch Eindrücken des Hohlprofils an mehreren axial zueinander beabstan- deten Stellen hergestellt. Im Längsschnitt betrachtet entsteht so ein doppelwellenförmiges Profil, mit verjüngten Bereichen 10, 11 und jeweils dazwischen liegenden erweiterten Bereich 12. Die Umformungen können im Zuge des Pultrusionsverfahrens in einem teilgehärteten Zustand erzeugt werden, das heißt, bevor diese umgeformten Bereiche vollständig gehärtet werden. Mit der Abfolge aus den verjüngten beziehungsweise abgeflachten Bereichen 10, 11 und dem dazwischen liegenden erweiterten Profilbereich 12 wird eine sichere Formschlussverbindung zum Trägerelement 6, 7 hergestellt, und zwar sowohl in axialer Richtung sowie gegen Verdrehen.

Die Matrix 23 des faserverstärkten Kunststoffs kann ein Duroplast oder ein Thermoplast sein. Die Endlosfasern 22 können Glasfasern (GF) und/oder Carbonfasern (CF) und/oder Aram idfasern (AF) und/oder Naturfasern oder Kombinationen der genannten Fasern umfassen. Die Endlosfasern sind entlang des Verbindungselements 3 beziehungsweise des Strebenabschnitts 8 vorzugsweise unidirektional oder quasi-isotrop angeordnet. Im Strebenabschnitt 8 liegt der Faservolumenanteil am Gesamtvolumen aus Fasern 22 und Matrix 23 zwischen 50 % und 70 %. Im Verbindungsabschnitt kann der Matrixanteil aufgrund der Umformung etwas reduziert sein, so dass sich hier ein Faservolumenanteil von beispielsweise zwischen 50 % und 80 % ergeben kann. Die Querschnittsfläche S9 des Verbindungsabschnitts 9, 9' kann der Querschnittsfläche S8 des Strebenabschnitts 8 im Wesentlichen entsprechen, wobei Abweichungen von weniger als 25 %, insbesondere von weniger als 10 %, möglich sind.

Das Verbindungselement 3 ist vorzugsweise derart aus einer Matrix aus Duroplast mit darin eingebetteten Endlosfasern 22 hergestellt, dass es eine Querzugfestigkeit von mindestens 40 MPa aufweist. Der effektive E-Modul des Verbindungselements 3 in Faserrichtung ist insbesondere größer als 35 GPa. Bei der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform endet der Verbindungsabschnitt 9, 9' vor dem Gelenkelement 4, 5, wobei die formschlüssige Verbindung zwischen den genannten Komponenten durch das umspritzte Trägerelement 6, 7 gebildet wird. Die Gelenkelemente 4, 5 sind in der vorliegenden Ausführung in Form von Kugelzapfen gestaltet, die jeweils aus einem metallischen Werkstoff hergestellt sind, und einen Kugelabschnitt als Lagerteil 13 und einen Zapfenabschnitt als Anschlussteil 14 aufweisen. Bei der vorliegenden Ausführung wird eine Kugelschale 21 mit in das jeweilige Trägerelement 6, 7 eingespritzt, in welcher der Kugelabschnitt 13 schwenkbar gelagert ist.

Das Gelenkelement 4, 5 wird durch Umspritzen mit Kunststoff an dem Verbindungselement 3 angebracht. Dabei bildet der umspritzte Kunststoff in ausgehärtetem Zustand das Trägerelement 6, 7, das einerseits formschlüssig mit dem Verbindungselement 3 verbunden ist und andererseits eine Aufnahme für ein zugehöriges Gelenkelement bildet. Für die Kunststoffumspritzung wird vorzugsweise ein thermoplastischer Kunststoff verwendet. Im Rahmen des Umspritzens wird das jeweilige Gelenkelement 4, 5 mit seiner Gelenkachse A4, A5 nach Bedarf positioniert und so mit dem Verbindungselement 3 verbunden. Die beiden Gelenkelemente 4, 5 können in beliebigen Winkeln zueinander positioniert werden, wobei die beiden Gelenkachsen A4, A5, in Axialansicht auf die Längsachse der Koppelstange betrachtet, einen Winkel zwischen 0° und 180° miteinander einschließen können.

Der Gelenkraum kann mittels einer Dichtung 15, 15' abgedichtet werden. Am ersten Ende in Figur 1A ist die Dichtung 15 in Explosionsdarstellung gezeigt, und am zweiten Ende ist die Dichtung 15' montiert dargestellt. Die Dichtung 15, 15' umfasst einen Dichtbalg 16, 16', der mit einem ersten Bund auf eine Ringnut 17 des Trägerelements 6, 7 aufgezogen und mittels eines Sicherungsrings 18, 18' abdichtend befestigt wird, und mit einem zweiten Bund in eine Ringnut 19 des Gelenkelements 4, 5 eingreift und mittels eines Sicherungsrings 20, 20' abdichtend befestigt wird.

Ein Verfahren zum Herstellen einer erfindungsgemäßen Koppelstange 2 kann folgende Schritte umfassen: Es wird ein Endlosprofil mittels Pultrusion im kontinuierlichen Verfahren aus in einer Kunststoffmatrix 23 eingebetteten Endlosfasern 22 hergestellt. Das Endlosprofil wird gehärtet, wobei zumindest Teilbereiche noch umformbar sind, beziehungsweise wieder umformbar gemacht werden, welche später die Verbindungsabschnitte 9 bilden. Nach dem teilweisen Härten werden die Verbindungsabschnitte 9 durch Umformen in das Endlosprofil eingeformt. Das Endlosprofil wird vollständig gehärtet und anschließend zu einem Verbindungselement 3 mit Strebenabschnitt 8 und Verbindungsabschnitt 9 abgelängt. Das Verbindungselement 3 und ein vorgefertigtes Gelenkelement 4, 5 werden in ein Spritzwerkzeug eingelegt und zueinander in die gewünschte Position ausgerichtet. In den so gebildeten Formhohlraum wird Kunststoff eingespritzt, welcher dann zum Trägerelement 7 aushärtet. Auf diese Weise ist eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Trägerelement 7 und dem Verbindungsabschnitt 9 des Verbindungselements 3 gebildet.

Die Figur 2 zeigt den Endabschnitt einer erfindungsgemäßen Koppelstange in einer abgewandelten Ausführungsform, bei der im Trägerelement 6, 7 keine Kugelschale vorgesehen ist. Vielmehr ist der Kugelabschnitt 13 unmittelbar in einer kugeligen Innenfläche 24 des Trägerelements 6 schwenkbar gelagert. Im Übrigen entspricht die vorliegende Ausführung nach Figur 2 der in Figur 1 gezeigten, auf deren Beschreibung insofern abkürzend verwiesen wird.

Die Figuren 3A bis 3C, gemeinsam auch als Figur 3 bezeichnet, zeigen eine erfindungsgemäße Koppelstange in einer weiteren Ausführungsform. Diese entspricht weitestgehend der in Figur 1 gezeigten Ausführung, auf deren Beschreibung insofern verwiesen wird. Dabei sind gleiche beziehungsweise einander entsprechende Einzelheiten mit gleichen Bezugszeichen versehen, wie in Figur 1.

Eine Besonderheit der Ausführungsform nach Figur 3 ist die Ausgestaltung der Verbindungsabschnitte 9, 9' an den Enden des Verbindungselements 3, die C-förmig umgeformt sind, so dass sie den Kugelabschnitt des jeweiligen Gelenkelements umgreifen und eine Verstärkung hierfür bilden. Die Verbindungsabschnitte 9, 9' sind dabei vorzugsweise so gestaltet, dass sie den Kugelabschnitt des Gelenkkopfs über einen Winkelbereich von mindestens 90°, insbesondere mindestens 180°, um die Gelenkachse A4, A5 umgreifen. Auf diese Weise wird eine effektive Verstärkung des Verbindungsbereichs und gute Kraftabstützung vom Gelenkelement 4, 5 in das Verbindungselement 3 gewährleistet. Die Figur 4 zeigt eine erfindungsgemäße Koppelstange in einer weiteren Ausführungsform. Diese entspricht weitestgehend der in Figur 3 gezeigten Ausführung, auf deren Beschreibung insofern verwiesen wird. Dabei sind gleiche beziehungsweise einander entsprechende Einzelheiten mit gleichen Bezugszeichen versehen, wie in den obigen Figuren.

Eine Besonderheit der Ausführung nach Figur 4 ist, dass die beiden Gelenkelemente 4, 5' unterschiedlich gestaltet sind. Das eine Gelenkelement 4, hier auf der linken Seite, ist als Kugelgelenk so gestaltet, wie in der Ausführung gemäß Figur 3 gezeigt. Das andere Gelenkelement 5', hier auf der rechten Seite, ist in Form eines elastischen Gelenks gestaltet. Das elastische Gelenkelement 5' umfasst ein elastisches Lagerteil 13" und ein hiermit verbundenes Anschlussteil 14" in Form einer starren Hülse. Das elastische Lagerteil 13" kann beispielsweise aus Gummi hergestellt sein und mit dem Trägerelement 7 durch Umspritzen oder Einpressen verbunden werden. Das elastische Lagerteil 13" kann eine umlaufende, insbesondere konkave Ausnehmung 25 aufweisen, die vom Ringabschnitt des Trägerelements 7 umgriffen wird. Das Verbindungselement 3 kann wie bei der Ausführungsform gemäß Figur 3 mit zwei C-förmigen Verbindungsabschnitten 9, 9' gestaltet sein. Dabei ist der dem elastischen Gelenk 5' zugeordnete Verbindungsabschnitt in das Trägerelement 7 eingebettet und umgreift das elastische Lagerteil 13" weitestgehend. Die Hülse ist vorzugsweise aus Metall, beispielsweise Aluminium oder Stahl hergestellt. Die Hülse kann in das Lagerteil 13" eingesteckt werden. Alternativ kann das Lagerteil 13" an die Hülse anvulkanisiert werden.

Die Figur 5 zeigt eine erfindungsgemäße Koppelstange in einer weiteren Ausführungsform. Diese entspricht weitestgehend der in Figur 4 gezeigten Ausführung, auf deren Beschreibung insofern verwiesen wird. Dabei sind gleiche beziehungsweise einander entsprechende Einzelheiten mit gleichen Bezugszeichen versehen, wie in den obigen Figuren.

Die Besonderheit der Ausführung nach Figur 5 ist, dass die beiden Gelenkelemente 4', 5' als elastische Gelenke wie in Figur 4, rechte Seite, ausgestaltet sind. Beide Gelenke sind gleich gestaltet, wobei die linke Seite geschnitten dargestellt ist, mit Hülse in Explosionsdarstellung, während die rechte Seite in Seitenansicht gezeigt ist. Bezugszeichenliste

2 Koppelstange

3 Verbindungselement

4, 4' Gelenkelement

5, 5' Gelenkelement

6 Trägerelement

7 Trägerelement

8 Strebenabschnitt

9, 9' Verbindungsabschnitt

10, 10' Bereich

11 , 11' Bereich

12, 12' Bereich

13, 13', 13" Lagerteil

14, 14', 14" Anschlussteil

15, 15' Dichtung

16, 16' Dichtbalg

17 Ringnut

18, 18' Sicherungsring

19 Ringnut

20, 20' Sicherungsring

21 , 21' Kugelschale

22 Fasern

23 Matrix

24 Innenfläche

25 Ausnehmung

A Achse

D Durchmesser

S Fläche

Claims

Ansprüche

1. Koppelstange, insbesondere für ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs, umfassend: ein Verbindungselement (3), das mittels eines Pultrusionsverfahrens aus einem faserverstärkten Kunststoff hergestellt ist, wobei der faserverstärkte Kunststoff in eine Matrix (23) eingebettete Endlosfasern (22) umfasst, die sich in eine Längsrichtung des Verbindungselements (3) erstrecken, wobei das Verbindungselement (3) einen Strebenabschnitt (8) mit einer Längsachse (A3) und an zumindest einem Ende einen Verbindungsabschnitt (9, 9') aufweist, ein Gelenkelement (4, 4', 5, 5'), ein mit dem Verbindungselement (3) und dem Gelenkelement (4, 4', 5, 5') verbundenes Trägerelement (6, 7), das durch Umspritzen aus Kunststoff hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrix (23) des faserverstärkten Kunststoffs des Verbindungselements (3) ein Duroplast ist, und der Verbindungsabschnitt (9, 9') des mittels Pultrusion hergestellten Verbindungselements (3) gegenüber dem Strebenabschnitt (8) umgeformt ist, wobei durch das umspritzte Trägerelement (6, 7) ein Formschluss zwischen dem umgeformten Verbindungsabschnitt (9, 9') und dem Trägerelement (6, 7) gebildet ist. Koppelstange nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Matrix (23) des faserverstärkten Kunststoffs aus der Gruppe der Vinylesterharze, Epoxidharze oder Polyesterharze gewählt ist. Koppelstange nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (3) zumindest im Strebenabschnitt (8) als Hohlprofil gestaltet ist, wobei die Wandstärke des Hohlprofils insbesondere größer als 2 mm und kleiner als 4 mm ist. Koppelstange nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Endlosfasern (22) entlang des Verbindungselements (3) unidirektional angeordnet sind. Koppelstange nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (6, 7) aus einem thermoplastischen Kunststoff hergestellt ist. Koppelstange nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Trägerelement (6, 7) und dem Verbindungsabschnitt (9, 9') des Verbindungselements (3) eine stoffschlüssige Verbindung vorgesehen ist, die mittels eines auf den Verbindungsabschnitt (9, 9') vor dem Umspritzen aufgebrachten Haftvermittlers erzeugt ist, und/oder der Verbindungsabschnitt (9, 9') vor dem Umspritzen mit einer Oberflächenstruktur versehen ist. Koppelstange nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, 18 dass der Verbindungsabschnitt (9, 9') eine querschnittsreduzierende erste Einformung (11 ) am axialen Ende des Verbindungselements (3) sowie axial versetzt hierzu eine querschnittreduzierende zweite Einformung (10) umfasst, wobei die erste Einformung (11 ) einen dichten Verschluss des Verbindungselements (3) bildet, und wobei die kleinste Querschnittserstreckung (D9) im Bereich der ersten und zweiten Einformungen (10, 11 ) jeweils kleiner ist als das 0,5-fache des kleinsten Durchmessers (D8) des Strebenabschnitts (8). Koppelstange nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gelenkelement (4, 5) einen Kugelabschnitt (13, 13') und einen Zapfenabschnitt (14, 14') aufweist, wobei der Verbindungsabschnitt (9, 9') so gestaltet ist, dass er den Kugelabschnitt (13, 13') über einen Winkelbereich von mindestens 90°, insbesondere mindestens 180°, um die Gelenkachse (A4, A5) umgreift, und/oder dass das Gelenkelement (4', 5') ein elastisches Lagerteil (13") und ein Anschlussteil (14") aufweist, wobei der Verbindungsabschnitt (9, 9') so gestaltet ist, dass er das elastische Lagerteil (13") über einen Winkelbereich von mindestens 90°, insbesondere mindestens 180°, um die Gelenkachse (A4, A5) umgreift. Koppelstange nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gesamtquerschnittsfläche (S9) des Verbindungsabschnitts (9, 9') von einer Gesamtquerschnittsfläche (S8) des Strebenabschnitts (8) um weniger als 25 % abweicht. Koppelstange nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (3) im Strebenabschnitt (8) einen Faservolumenanteil am Gesamtvolumen aufweist, der zwischen 50 % und 70 % beträgt, wobei der Faservolumenanteil des Verbindungselements (3) im Verbindungsabschnitt (9, 9') gleich groß oder größer dem Faservolumenanteil im Strebenabschnitt (8) ist. 19 Koppelstange nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (3) derart aus duroplastischem Material mit darin eingebetteten Endlosfasern (22) hergestellt ist, dass das Verbindungselement eine Querzugfestigkeit von mindestens 40 MPa aufweist, und/oder, dass der effektive E-Modul des Verbindungselements (3) in Faserrichtung größer als 35 GPa ist. Koppelstange nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Oberfläche des Verbindungsabschnitts (9, 9') eine höhere Rauigkeit aufweist als eine Oberfläche des Strebenabschnitts (8). Koppelstange nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Gelenkelement (4, 5) mittels eines Dichtbalgs (16, 16') abgedichtet ist, wobei ein erster Bund des Dichtbalgs mit dem Trägerelement (6, 7) verbunden ist, und ein zweiter Bund des Dichtbalgs mit dem Zapfenabschnitt (14, 14') des Gelenkelements (4, 5) verbunden ist. Verfahren zum Herstellen einer Koppelstange, umfassend:

Herstellen eines Endlosprofils mittels Pultrusion im kontinuierlichen Verfahren aus in einer Kunststoffmatrix (23) eingebetteten Endlosfasern (22), wobei die Kunststoffmatrix (23) einen Duroplast enthält, und das Endlosprofil soweit gehärtet wird, dass es mindestens in Teilabschnitten eine höhere Duktilität aufweist, so dass diese umformbar sind;

Umformen des Endlosprofils in den duktilen Teilabschnitten, so dass umgeformte Bereiche (10, 11 ) entstehen;

Härten der umgeformten Teilabschnitte nach dem Umformen, so dass das Endlosprofil vollständig gehärtet ist; 20

Schneiden des vollständig gehärteten Endlosprofils zu einem Verbindungselement (3), das einen Strebenabschnitt (8) und zumindest einen umgeformten Verbindungsabschnitt (9, 9') aufweist;

Bereitstellen eines Gelenkelements (4, 5);

Einlegen und Ausrichten des Verbindungselements (3) und des Gelenkelements (4, 5) in einem Spritzwerkzeug, wobei um den Verbindungsabschnitt (9, 9') des Verbindungselements (3) ein Formhohlraum gebildet wird;

Einspritzen von Kunststoff in den Formhohlraum, wobei durch Aushärten des eingespritzten Kunststoffs eine formschlüssige Verbindung zwischen dem so gebildeten Trägerelement (6, 7) und dem Verbindungsabschnitt (9, 9') des Verbindungselements (3) gebildet wird. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Pultrusion mit den Schritten Teilhärten des Endlosprofils, Umformen der duktilen Teilabschnitte und vollständiges Härten durchgeführt wird. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsabschnitt (9, 9') des Verbindungselements (3) vor dem Umspritzen einer strukturgebenden Oberflächenbearbeitung unterzogen und/oder mit einem Haftvermittler versehen wird.