DE102011084165A1

DE102011084165A1 - Verbindungsbauteil für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102011084165A1
Application number: DE102011084165A
Authority: DE
Inventors: Frank Nachbar; Volker Grube; Harald Böking; Jens Götze
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2011-10-07
Filing date: 2011-10-07
Publication date: 2013-04-11
Also published as: WO2013050219A1

Abstract

Verbindungsbauteil für ein Fahrzeug, mit einem sich in einer Längsrichtung (20) erstreckenden Profil (2), welches eine einen Innenraum (13) teilweise umschließende Wandung (12) aufweist, wenigstens einem Gelenk (3), welches sich an einen längsseitigen Endbereich (E) des Profils (2) anschließt, und einem das Profil (2) und das Gelenk (3) miteinander verbindenden Gusskörper (8), der durch zumindest teilweises Umgießen des längsseitigen Endbereichs (E) und des Gelenks (3) hergestellt ist, sodass der längsseitige Endbereich (E) und das Gelenk (3) zumindest teilweise in den Gusskörper (8) eingebettet sind, wobei das Profil (2) in Längsrichtung vor dem Gelenk (5) endet und wenigstens eine in den Gusskörper (8) eingebettete Lasche (18) aufweist, die von der Wandung (12) des Profils (2) abgewinkelt ist und zumindest bereichsweise schräg zur Längsrichtung (20) verläuft.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verbindungsbauteil für ein Fahrzeug, mit einem sich in einer Längsrichtung erstreckenden Profil, welches eine einen Innenraum teilweise umschließende Wandung aufweist, wenigstens einem Gelenk, welches sich an einen längsseitigen Endbereich des Profils anschließt, und einem das Profil und das Gelenk miteinander verbindenden Gusskörper, der durch zumindest teilweises Umgießen des längsseitigen Endbereichs und des Gelenks hergestellt ist, sodass der längsseitige Endbereich und das Gelenk zumindest teilweise in den Gusskörper eingebettet sind.
Ein derartiges Verbindungsbauteil ist aus der EP 1 953 012 A2 bekannt, die eine Gelenkstange mit einem Strebenkörper offenbart, an dessen wenigstens einem Ende sich ein Gelenk anschließt, wobei der Strebenkörper aus einem offenen Profil gebildet wird und das Gelenk aus einer, in einer dünnwandigen Gleitschale gelenkig gelagerten Kugel eines Kugelzapfens gebildet wird. Das Ende des Strebenkörpers und die Gleitschale sind gemeinsam zumindest teilweise mit einer Kunststoffummantelung umspritzt, welche die Verbindung zwischen dem Ende des Strebenkörpers und der dünnwandigen Gleitschale des Kugelgelenkes herstellt.
Bei dieser Gelenkstange ist das Ende des Strebenkörpers als offener oder geschlossener Ring ausgebildet, der das Gelenk vollständig oder zumindest teilweise umschließt. Bei thermischen Belastungen der Gelenkstange, insbesondere bei Temperaturschwankungen, können sich das Gelenk und der Strebenkörper aufgrund unterschiedlicher Temperaturausdehnungskoeffizienten relativ zueinander bewegen, sodass sich die Verbindung zwischen dem Gelenk und dem Strebenkörper lösen kann. Dies ist insbesondere bei den in der Praxis auftretenden dynamischen, mechanischen Belastungen der Gelenkstange problematisch.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einem Verbindungsbauteil der eingangs genannten Art die Gefahr eines Lösens der Verbindung zwischen dem Profil und dem Gelenkbauteil aufgrund thermischer Belastungen reduzieren zu können.
Diese Aufgabe wird durch ein Verbindungsbauteil nach Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen des Verbindungsbauteils sind in den Unteransprüchen und in der nachfolgenden Beschreibung gegeben.
Das Verbindungsbauteil für ein Fahrzeug umfasst ein sich in einer Längsrichtung erstreckendes Profil, welches eine einen Innenraum teilweise umschließende Wandung aufweist, wenigstens ein Gelenk, welches sich an einen längsseitigen Endbereich des Profils anschließt, und einen das Profil und das Gelenk miteinander verbindenden Gusskörper, der durch zumindest teilweises Umgießen des längsseitigen Endbereichs und des Gelenks hergestellt ist, sodass der längsseitige Endbereich und das Gelenk zumindest teilweise in den Gusskörper eingebettet sind, wobei das Profil in Längsrichtung vor dem Gelenk endet und wenigstens eine in den Gusskörper eingebettete Lasche aufweist, die von der Wandung des Profils abgewinkelt ist und zumindest bereichsweise schräg zur Längsrichtung verläuft.
Da das Profil in Längsrichtung vor dem Gelenk endet, wird dieses nicht von dem Profil umschlossen, sodass der Einfluss von thermischen Belastungen auf die Verbindung zwischen dem Profil und dem Gelenk auch dann relativ gering gehalten werden kann, wenn das Profil und das Gelenk unterschiedliche Temperaturausdehnungskoeffizienten aufweisen. Da das Gelenk aber nicht von dem Profil umschlossen ist, könnte ohne zusätzliche Maßnahmen die Stabilität der Verbindung zwischen dem Profil und dem Gelenk reduziert sein. Durch das Einbetten der Lasche in den Gusskörper kann aber eine ausreichende Stabilität dieser Verbindung sichergestellt werden.
Ein weiterer Vorteil des Verbindungsbauteils liegt darin, dass vor der Herstellung des Gusskörpers das Gelenk relativ zu dem Profil um eine in Längsrichtung verlaufende Längsachse des Profils beliebig verdreht sein kann. Auch ist der Abstand zwischen dem Profil und dem Gelenk einstellbar. Somit ist eine große Flexibilität hinsichtlich der Lage des Gelenks relativ zu dem Profil gegeben. Würde das Profil das Gelenk umschließen, wäre hingegen die Lage des Gelenks relativ zu dem Profil im Wesentlichen vorgegeben.
Die Lasche kann sich nach außen von dem Profil wegerstrecken. Bevorzugt erstreckt sich die Lasche aber in den Innenraum des Profils hinein. Somit kann der für den Gusskörper erforderliche Bauraum reduziert werden.
Gemäß einer Weiterbildung umfasst die Lasche in Längsrichtung ein dem Gelenk abgewandtes, freies erstes Ende und ein dem Gelenk zugewandtes zweites Ende, an dem die Lasche in die Wandung des Profils übergeht. Diese Weiterbildung verleiht der Verbindung zwischen dem Profil und dem Gelenk eine hohe Zugfestigkeit, da bei einer Zugbelastung der Gusskörper gegen das erste Ende der Lasche drückt und nicht von dieser abgezogen werden kann.
Gemäß einer Ausgestaltung weist die Wandung eine von dem Gusskörper durchsetzte, fensterartige Öffnung auf, deren dem Gelenk zugewandter Rand durch das zweite Ende der Lasche gebildet ist, welche zumindest einen Teil der Öffnung in Längsrichtung überstreicht. Diese Ausgestaltung bietet einerseits den Vorteil, dass die Stabilität der Verbindung zwischen dem Gusskörper und dem Profil erhöht wird, da die Öffnung von dem Gusskörper durchsetzt ist, wodurch ein zusätzlicher Formschluss realisiert wird. Andererseits bietet diese Ausgestaltung den Vorteil, dass die Lasche durch einen Teil der Wandung gebildet sein kann und somit nicht als separates Bauteil hergestellt und mit dem Profil verbunden werden muss. Insbesondere kann die Öffnung durch Abwinkeln und/oder Abbiegen der Lasche von der Wandung gebildet werden. Die Lasche bildet somit bevorzugt einen abgewinkelten und/oder abgebogenen Bereich der Wandung.
Die Lasche kann eben oder im Wesentlichen eben ausgebildet sein. Es ist aber auch möglich, dass die Lasche in Längsrichtung winklig ausgebildet ist. Die Ebene oder im Wesentlichen ebene Ausgestaltung der Lasche bietet den Vorteil, dass sie besonders einfach herzustellen ist und ferner eine sehr hohe Stabilität der Verbindung zwischen dem Profil und dem Gelenkbauteil gegenüber Zugbelastungen ermöglicht. Die in Längsrichtung winklige Ausbildung der Lasche bietet den Vorteil, dass die Stabilität der Verbindung zwischen dem Profil und dem Gelenkbauteil in Druckrichtung erhöht werden kann.
Gemäß einer ersten Variante ist das erste Ende der Lasche in dem Innenraum angeordnet. Diese Variante bietet sich insbesondere bei der ebenen oder im Wesentlichen ebenen Ausbildung der Lasche an. Gemäß einer zweiten Variante ist das erste Ende der Lasche in oder im Bereich der Öffnung angeordnet. Diese Variante bietet sich insbesondere an, wenn die Lasche in Längsrichtung winklig ausgebildet ist.
Das Profil ist insbesondere ein offenes Profil. Bevorzugt ist das Profil ein U-Profil oder ein offenes Hohlprofil. Derartige Profile sind relativ kostengünstig herstellbar. Das Profil kann aus Kunststoff, insbesondere aus faserverstärktem Kunststoff bestehen. Bei den Fasern kann es sich z. B. um Glasfasern oder Kohlefasern handeln. Bevorzugt besteht das Profil aber aus einem duktilen Material, insbesondere aus Metall, wobei die Lasche insbesondere von der Wandung abgebogen ist. Ein solches Abbiegen der Lasche von der Wandung ist während der Herstellung des Verbindungsbauteils relativ einfach möglich. Das Metall ist beispielsweise Stahl, Magnesium oder Aluminium.
Gemäß einer Ausgestaltung sind das Profil und das Gelenk mittels des Gusskörpers fest, insbesondere starr, miteinander verbunden. Bevorzugt besteht der Gusskörper aus Kunststoff, insbesondere aus faserverstärktem Kunststoff. Bei den Fasern kann es sich z. B. um Glasfasern oder Kohlefasern handeln. Alternativ besteht der Gusskörper aus Metall, beispielsweise aus Aluminium oder Magnesium. Insbesondere bildet der Gusskörper einen starren Körper.
Das Gelenk umfasst bevorzugt eine Kugelschale und einen Kugelzapfen, der bewegbar, insbesondere gleitfähig, in der Kugelschale gelagert ist. Das Gelenk ist somit vorzugsweise ein Kugelgelenk. Vorteilhaft umfasst der Kugelzapfen eine Gelenkkugel, mittels welcher der Kugelzapfen in der Kugelschale bewegbar, insbesondere gleitfähig, gelagert ist. Vorzugsweise ist der Kugelzapfen mit seiner Gelenkkugel drehbar und/oder schwenkbar in der Kugelschale gelagert. Insbesondere umschließt die Kugelschale die Gelenkkugel des Kugelzapfens. Bevorzugt erstreckt sich der Kugelzapfen durch eine in der Kugelschale vorgesehene Öffnung aus der Kugelschale heraus. Die Kugelschale besteht vorzugsweise aus Kunststoff, und der Kugelzapfen besteht vorzugsweise aus Metall, insbesondere aus Stahl.
Das Profil und die Kugelschale sind mittels des Gusskörpers vorzugsweise fest, insbesondere starr, miteinander verbunden. Bevorzugt ist die Kugelschale in den Gusskörper eingebettet und/ oder von diesem umschlossen. Vorteilhaft ist in dem Gusskörper eine Zapfenöffnung vorgesehen, durch welche hindurch sich der Kugelzapfen aus dem Gusskörper heraus erstreckt.
Die Wandung und/oder der Innenraum erstrecken sich bevorzugt in Längsrichtung. Vorzugsweise ist das Profil gerade oder im Wesentlichen gerade ausgebildet.
Das Profil ist bevorzugt an seinem anderen längsseitigen Endbereich fest mit einem anderen Gelenk verbunden, welches insbesondere ein Kugelgelenk ist. Das Verbindungsbauteil bildet vorzugsweise ein Fahrwerkbauteil, beispielsweise einen Radlenker oder eine Pendelstütze.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
1 einen Längsschnitt durch ein Verbindungsbauteil gemäß einer Ausführungsform,
2 eine Seitenansicht des aus 1 ersichtlichen Profils,
3 eine Schnittansicht des Profils entlang der aus 2 ersichtlichen Schnittlinie A-A,
4 einen Längsschnitt durch den aus 2 ersichtlichen Endbereich E des Profils,
5 eine Draufsicht auf den Endbereich E des Profils,
6 einen Längsschnitt durch den Endbereich E gemäß einer ersten Variante der Ausführungsform und
7 einen Längsschnitt durch den Endbereich E gemäß einer zweiten Variante der Ausführungsform.
Aus 1 ist ein Längsschnitt durch ein Verbindungsbauteil 1 gemäß einer Ausführungsform ersichtlich, wobei ein gerades Profil 2 an seinen Enden jeweils mit einem Kugelgelenk 3 bzw. 4 fest verbunden ist. Die Kugelgelenke 3 und 4 umfassen jeweils eine Kugelschale 5 und einen eine Gelenkkugel 6 aufweisenden Kugelzapfen 7, der mit seiner Gelenkkugel 6 gleitfähig in der Kugelschale 5 gelagert ist. Die Kugelschalen 5 sind jeweils mittels eines Gusskörpers 8 starr mit dem Profil 2 verbunden. Da beide Kugelgelenke 3 und 4 gleichartig aufgebaut und auch gleichartig mit dem Profil 2 verbunden sind, wird im Folgenden lediglich das Kugelgelenk 3 und dessen Anbindung an das Profil 2 beschrieben.
Der Gusskörper 8 umschließt die Kugelschale 5, die ihrerseits die Gelenkkugel 6 umschließt. Die Kugelschale 5 ist mit einer Öffnung 9 versehen, durch welche hindurch sich der Kugelzapfen 7 aus der Kugelschale 5 heraus erstreckt. Ferner ist der Gusskörper 8 mit einer Zapfenöffnung 10 versehen, durch welche hindurch sich der Kugelzapfen 7 aus dem Gusskörper 8 heraus erstreckt. Die Öffnungen 9 und 10 sind durch einen Dichtungsbalg 11 geschützt, der an dem Gusskörper 8 festgelegt ist und sich von diesem bis zu dem Kugelzapfen 7 erstreckt und dichtend an diesem anliegt. Der Dichtungsbalg 11 umringt dabei sowohl die Zapfenöffnung 10 als auch den Kugelzapfen 7. Der Gusskörper 8 ist durch Umgießen der Kugelschale 5 und eines Endbereichs E des Profils 2 mit einem gießfähigen, aushärtbaren Material hergestellt, welches nach seinem Aushärten den Gusskörper 8 bildet. Während des Umgießens des Endbereichs E und der Kugelschale 5 sitzt in dieser bereits der Kugelzapfen 7 mit seiner Gelenkkugel 6. Das Umgießen kann z. B. durch ein Spritzgussverfahren erfolgen.
Dem in einer Längsrichtung 20 gerade verlaufenden Profil 2 ist eine in Längsrichtung 20 verlaufende Längsachse 21 zugeordnet, die insbesondere durch die Mittelpunkte der Gelenkkugeln 6 verläuft. Bevorzugt bildet die Längsachse 21 eine Mittellängsachse des Profils 2.
Die 2 bis 5 zeigen das Profil 2 vor dem Ausbilden des Gusskörpers 8. Aus 2 ist eine Seitenansicht des Profils 2 ersichtlich, wobei 3 eine Schnittansicht durch das Profil 2 entlang der aus 2 ersichtlichen Schnittlinie A-A zeigt. Das Profil 2 ist als U-Profil ausgebildet und umfasst eine Wandung 12, die einen Innenraum 13 des Profils 2 begrenzt. Die Wandung 12 umfasst zwei einander gegenüberliegende Seitenwände 14 und 15 sowie einen diese Seitenwände miteinander verbindenden Boden 16.
Aus 4 ist ein Längsschnitt durch den Endbereich E entlang der Längsachse 21 ersichtlich, wobei von dem Boden 16 unter Ausbildung einer fensterartigen Öffnung 17 eine Lasche 18 abgebogen ist, die in den Innenraum 13 hineinragt und im Wesentlichen eben ausgebildet ist. Ein dem Gelenk 3 abgewandtes, längsseitiges Ende 22 (erstes Ende) der Lasche 18 ist in dem Innenraum 13 angeordnet, wohingegen ein dem Gelenk 3 zugewandtes, längsseitiges Ende 23 (zweites Ende) der Lasche 18 in den Boden 16 übergeht und einen dem Gelenk 3 zugewandten Rand der fensterartigen Öffnung 17 bildet. Ferner sind in der Seitenwand 14 mehrere durchgehende Löcher 19 vorgesehen. Eine Draufsicht auf den Endbereich E zeigt 5.
Werden die Kugelschale 5 und der Endbereich E mit dem gießfähigen, aushärtbaren Material umgossen, so umschließt das Material die Kugelschale 5. Ferner durchdringt das Material die Öffnung 17 sowie die Löcher 19, und die Lasche 18 wird in das Material eingebettet. Nach dem Aushärten des Materials ist der Gusskörper 8 somit starr mit dem Profil 2 verbunden.
Aus 6 ist ein Längsschnitt durch den Endbereich E gemäß einer ersten Variante ersichtlich, wobei die fensterartige Öffnung 17 in der Seitenwand 14 vorgesehen ist, von welcher die Lasche 18 abgebogen ist.
Aus 7 ist ein Längsschnitt durch den Endbereich E gemäß einer zweiten Variante ersichtlich, wobei die Lasche 18 in Längsrichtung 21 winklig ausgebildet ist. Ferner ist das dem Gelenk 3 abgewandte Ende 22 der Lasche 18 im Bereich der Öffnung 17 angeordnet.
Bezugszeichenliste

1: Verbindungsbauteil
2: Profil
3: Kugelgelenk
4: Kugelgelenk
5: Kugelschale
6: Gelenkkugel
7: Kugelzapfen
8: Gusskörper
9: Öffnung in Kugelschale
10: Zapfenöffnung im Gusskörper
11: Dichtungsbalg
12: Wandung
13: Innenraum
14: Seitenwand
15: Seitenwand
16: Boden
17: fensterartige Öffnung
18: Lasche
19: Loch
20: Längsrichtung
21: Längsachse
22: längsseitiges Ende der Lasche
23: längsseitiges Ende der Lasche
A-A: Schnittline
E: Endbereich des Profils

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1953012 A2 [0002]

Claims

Verbindungsbauteil für ein Fahrzeug, mit einem sich in einer Längsrichtung (20) erstreckenden Profil (2), welches eine einen Innenraum (13) teilweise umschließende Wandung (12) aufweist, wenigstens einem Gelenk (3), welches sich an einen längsseitigen Endbereich (E) des Profils (2) anschließt, und einem das Profil (2) und das Gelenk (3) miteinander verbindenden Gusskörper (8), der durch zumindest teilweises Umgießen des längsseitigen Endbereichs (E) und des Gelenks (3) hergestellt ist, sodass der längsseitige Endbereich (E) und das Gelenk (3) zumindest teilweise in den Gusskörper (8) eingebettet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil (2) in Längsrichtung vor dem Gelenk (5) endet und wenigstens eine in den Gusskörper (8) eingebettete Lasche (18) aufweist, die von der Wandung (12) des Profils (2) abgewinkelt ist und zumindest bereichsweise schräg zur Längsrichtung (20) verläuft.
Verbindungsbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lasche (18) sich in den Innenraum (13) des Profils (2) hinein erstreckt.
Verbindungsbauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lasche (18) in Längsrichtung (20) ein dem Gelenk (3) abgewandtes, freies erstes Ende (22) und ein dem Gelenk (3) zugewandtes zweites Ende (23) aufweist, an dem die Lasche (18) in die Wandung (12) des Profils (2) übergeht.
Verbindungsbauteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung (12) eine von dem Gusskörper (8) durchsetzte, fensterartige Öffnung (17) aufweist, deren dem Gelenk (3) zugewandter Rand durch das zweite Ende (23) der Lasche (18) gebildet ist, welche zumindest einen Teil der Öffnung (17) in Längsrichtung (20) überstreicht.
Verbindungsbauteil nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Ende (22) der Lasche (18) in dem Innenraum (13) angeordnet ist.
Verbindungsbauteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Ende (22) der Lasche (18) in oder im Bereich der Öffnung (17) angeordnet ist.
Verbindungsbauteil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lasche (18) eben oder im Wesentlichen eben ausgebildet ist.
Verbindungsbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lasche (18) in Längsrichtung (20) winklig ausgebildet ist.
Verbindungsbauteil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil (2) aus Metall besteht und die Lasche (18) von der Wandung (12) abgebogen ist.
Verbindungsbauteil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil (2) ein U-Profil oder ein offenes Hohlprofil ist.
Verbindungsbauteil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gelenk eine in den Gusskörper (8) eingebettete Kugelschale (5) aufweist, in der ein Kugelzapfen (7) gleitfähig gelagert ist.
Verbindungsbauteil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugelschale (5) und das Profil (2) mittels des Gusskörpers (8) starr miteinander verbunden sind.