DE102012001943A1

DE102012001943A1 - Verfahren zum Herstellen eines rohrförmigen rotationssymmetrischen Kfz-Fahrwerkbauteils wie einer Kolbenstange, und gebaute Kolbenstange

Info

Publication number: DE102012001943A1
Application number: DE201210001943
Authority: DE
Inventors: Thomas Krause; Gerd Esser; Matthias Schulenburg; Michael Minkow; Henning Gleich
Original assignee: Inpro Innovationsgesellschaft fuer Fortgeschrittene Produktionssysteme in der Fahrzeugindustrie mbH
Current assignee: Inpro Innovationsgesellschaft fuer Fortgeschrittene Produktionssysteme in der Fahrzeugindustrie mbH
Priority date: 2012-02-02
Filing date: 2012-02-02
Publication date: 2013-08-08
Anticipated expiration: 2032-02-03
Also published as: DE102012001943B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines rohrförmigen rotationssymmetrischen Kfz-Fahrwerkbauteils wie einer Kolbenstange (1), bei dem ein rohrförmiges rotationssymmetrisches Bauelement (2) und mindestens ein rotationssymmetrisches Ansatzelement (3) an einander axial zugewandten Enden gefügt werden, indem das Bauelement (2) und das mindestens eine Ansatzelement (3) mit einem radialen Spiel so dimensioniert gewählt werden, dass beim Einfügen eines axial gerichteten Fügeteils (4) des Ansatzelementes (3) in das diesem zugewandte Ende des rohrförmigen Bauelementes (2) mindestens ein sich axial erstreckender Klebespalt (11) zwischen dem Innen- (14) und/oder Außenmantel (18) des rohrförmigen Bauelementes (2) und mindestens einer Mantelfläche (12) des axial gerichteten Fügeteils (4) des Ansatzelementes (3) gebildet wird. Dann wird der Innen- (14) und/oder Außenmantel (18) des Bauelementes (2) und/oder die mindestens eine Mantelfläche (12) des axialgerichteten Fügeteils (4) des Ansatzelementes (3) mit einer Schicht mindestens eines kalthartenden oder warmhärtenden Klebstoffes (13) versehen werden derart, dass die radiale Stärke des Klebespaltes (11) beim Fügen der beiden Fügepartner vollkommen mit dem Klebstoff (13) ausgefüllt wird und durch diesen in Axialrichtung gleich lange Klebeabschnitte der einander gegenüberliegenden Mantelflächen (14 bzw. 12) der beiden Fügepartner kalt bzw. warm zu einer festen Fügeverbindung verklebt werden. Um die Verbundfestigkeit der beiden Fügepartner zu erhöhen, wird erfindungsgemäß in den mindestens einen kalthärtender oder warmhärtender Klebstoff (13) mindestens ein anorganischer Füllstoff (15) eingemischt, dessen Füllstoffpartikel (16) geometrische Abmessungen aufweisen, die größer als die radiale Stärke des zu bildenden Klebespaltes sind. Dann wird das axial gerichtete Fügeteil (4) des Ansatzelementes (3) in das rohrförmige Bauelement (2) rotierend vorschubmäßig eingeführt wird, wobei sich die Füllstoffpartikel (16) des mindestens einen anorganischen Füllstoffs (15) in dem mindestens einen kalthärtenden oder warmhärtenden Klebstoffs (13) in dem Klebespalt (11) zwischen den einander gegenüberliegenden Mantelflächen (14; 12) der beiden Fügepartner verkeilen und letztere dadurch zusätzlich zu ihrer Verklebung gleichzeitig mechanisch verbinden, und nach deren Aushärtung fortgesetzt in ihrer verkeilten Position mechanisch gehalten werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines rohrförmigen rotationssymmetrischen Kfz-Fahrwerkbauteils wie einer Kolbenstange, bei dem ein rohrförmiges rotationssymmetrisches Bauelement und mindestens ein rotationssymmetrisches Ansatzelement an einander axial zugewandten Enden gefügt werden, indem
das rohrförmige rotationssymmetrische Bauelement und das mindestens eine rotationssymmetrische Ansatzelement mit einem radialen Spiel so dimensioniert gewählt werden, dass beim Einfügen eines axial gerichteten Fügeteils des Ansatzelementes in das diesem zugewandte Ende des rohrförmigen rotationssymmetrischen Bauelementes mindestens ein sich axial erstreckender Klebespalt zwischen dem Innen- und/oder Außenmantel des rohrförmigen rotationssymmetrischen Bauelementes und mindestens einer Mantelfläche des axial gerichteten Fügeteils des Ansatzelementes gebildet wird,
dann der Innen- und/oder Außenmantel des rohrförmigen rotationssymmetrischen Bauelementes und/oder die mindestens eine Mantelfläche des axialgerichteten Fügeteils des rotationssymmetrischen Ansatzelementes jeweils über einen in Axialrichtung gleich langen Abschnitt ihrer einander axial zugewandten Enden mit einer Schicht mindestens eines kalthartenden oder warmhärtenden Klebstoffes versehen werden derart, dass die radiale Stärke des zu bildenden Klebespaltes vollkommen mit Klebstoff auszufüllen ist, und
anschließend das axial gerichtete Fügeteil des rotationssymmetrischen Ansatzelementes in das rohrförmige rotationssymmetrische Bauelement bis zum Anschlag eines radial gerichteten Basisteils des Ansatzelementes an der Stirnfläche des rohrförmigen rotationssymmetrischen Bauelementes eingeführt wird, wobei die zugeordnete Öffnung des rohrförmigen rotationssymmetrischen Bauelementes von dem radial gerichteten Basisteil dicht verschlossen wird, und der mindestens eine sich axial erstreckende Klebespalt zwischen dem Innen- und/oder Außenmantel des rohrförmigen rotationssymmetrischen Bauelementes und der mindestens einen Mantelfläche des axial gerichteten Fügeteils des rotationssymmetrischen Ansatzelementes mit dem mindestens einen kalthärtenden oder warmhärtenden Klebstoff gefüllt wird, durch den die in Axialrichtung gleich langen Klebeabschnitte der einander gegenüberliegenden Mantelflächen der beiden Fügepartner kalt bzw. warm zu einer festen Fügeverbindung verklebt werden.
Mit einem aus der DE 10 2010 007 404 A1 bekannten derartigen Verfahren lassen sich die beiden Fügepartner kalt zu einer hochfesten Fügeverbindung verkleben, die eine Zugscherfestigkeit aufweist, die einer Ausreißkraft von maximal 35 kN standhält. Durch dieses bekannte Verfahren können z. B. neue Werkstoff-Kombinationen, die nicht zwangsläufig schweißbar sein müssen, für eine Herstellung z. B. einer Kolbenstange verwendet werden. Zudem muss die Abfolge der einzelnen Fertigungsschritte nicht mehr auf einen Schweißprozess abgestimmt werden, d. h. Kosten und Zeitaufwand des bisherigen Fertigungsablaufes, die sich durch den Wärmeeintrag in die Fügepartner, deren Verzug und/oder eine erforderlicher Nacharbeit der Fügestellen ergeben, fallen weg. Ein Bauteilverzug wird vermieden und der Einsatz von vorveredelten, standardisierten Halbzeugen möglich gemacht. Durch die Möglichkeit der Verwendung neuer Werkstoff-Kombinationen ist die Kombination neuer Reibpartner, wie z. B. eine PTFE-beschichtete Kolbenstange plus Dämpferteller aus Stahl in Betracht zu ziehen. Ferner können Lagerkosten durch eine „Just-In-Time”-Fertigung der Kolbenstange vor einer Stoßdämpfermontage verringert werden.
Auch kann z. B. durch Variieren der radialen Abmessungen einer hohlzylindrischen Innenkomponente und einer hohlzylindrischen Außenkomponente des Fügeteils des rotationssymmetrischen Gewindezapfenelementes und damit der radialen Abmessungen der Klebespalte und/oder durch die Erzeugung unterschiedlicher axialer Längen der Klebespalte und damit der Klebelängen der mit kalthärtendem oder warmhärenden Klebstoff gefüllten Klebespalte und/oder durch Verwendung unterschiedlicher kalthärtender oder warmhärtender Klebstoffe in den Klebspalten die Stabilisierung der Spannungsverteilung in den kalthärtenden oder warmhärtenden Klebstoffsystemen der Klebespalte und damit die Zugscherfestigkeit optimiert werden, bis zu der die Fügeverbindung der Fügepartner standhält.
In jedem Fall ist jedoch zu beachten, dass die Kolbenstange als Teil des Stoßdämpfers ein sicherheitsrelevantes Bauteil im Fahrwerksbereich darstellt, das im Betrieb sehr großen dynamischen Belastungen ausgesetzt ist, und dass ein plötzliches Versagen der Klebung zu einem Crash führen kann. Die im Betrieb am Bauteil gemessenen Spitzentemperaturen können bis zu 160°C betragen. Bei Epoxidharzklebstoffe fällt jedoch deren Festigkeit oberhalb ihrer Glasübergangstemperatur, die im oberen Bereich der Temperatur liegt, die bei einer Kolbenstange eines Stoßdämpfers bei dessen Einsatz erreicht wird, um eine Dekade ab, was die Gefahr eines plötzlichen Versagens der im Stoßdämpfer eingesetzten gebauten Kolbenstange in sich bergen kann. Daher werden zur Erhöhung der Wärmeformbeständigkeit von Epoxidharzklebstoffen diesen anorganische Füllstoffe zugegeben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art zur Verfügung zu stellen, mit dem eine generelle Verbesserung der Verbundfestigkeit der Fügepartner zu erzielen ist. So soll insbesondere ein plötzliches Versagen des hergestellten rohrförmigen rotationssymmetrischen Kfz-Fahrwerksbauteils wie einer Kolbenstange praktisch ausgeschlossen werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in den mindestens einen kalthärtenden oder warmhärtenden Klebstoff, mit dem der Innen- und/oder Außenmantel des rohrförmigen rotationssymmetrischen Bauelementes und/oder die mindestens eine Mantelfläche des axial gerichteten Fügeteils des rotationssymmetrischen Ansatzelementes jeweils über den in Axialrichtung gleich langen Abschnitt ihrer einander axial zugewandten Enden beschichtet werden, mindestens ein anorganischer Füllstoff eingemischt wird, dessen Füllstoffpartikel geometrische Abmessungen aufweisen, die größer als die radiale Stärke des zu bildenden Klebespaltes sind,
das axial gerichtete Fügeteil des rotationssymmetrischen Ansatzelementes in das rohrförmige rotationssymmetrische Bauelement rotierend vorschubmäßig eingeführt wird, wobei sich zugleich die Füllstoffpartikel des mindestens einen anorganischen Füllstoffs in dem mindestens einen kalthärtenden oder warmhärtenden Klebstoff, von dem der mindestens eine sich axial erstreckende Klebespalt zwischen dem Innen- und/oder dem Außenmantel des rohrförmigen rotationssymmetrischen Bauelementes und der mindestens einen Mantelfläche des axial gerichteten Fügeteils des rotationssymmetrischen Ansatzelementes gefüllt wird, zwischen den einander gegenüberliegenden Mantelflächen der beiden Fügepartner verkeilen und letztere dadurch zusätzlich zu ihrer Verklebung gleichzeitig mechanisch verbinden, und dass
die Füllstoffpartikel des mindestens einen anorganischen Füllstoffs in der den Klebespalt ausfüllenden Klebstoffschicht nach deren Aushärtung fortgesetzt in ihrer verkeilten Position die beiden Fügepartner dauerhaft mechanisch verbindend gehalten werden.
Vorteilhafterweise werden vor dem Fügen des rohrförmigen rotationssymmetrischen Bauelementes und des rotationssymmetrischen Ansatzelementes in den Innen- und/oder Außenmantel des rohrförmigen rotationssymmetrischen Bauelementes und/oder in die mindestens eine Mantelfläche des axial gerichteten Fügelteils des rotationssymmetrischen Ansatzelementes Riefen eingebracht, die beim Fügen der beiden Fügepartner Führungsbahnen für die Füllstoffpartikel des mindestens einen anorganischen Füllstoffs der Klebeschicht bilden und deren Tiefe so ausgebildet wird, dass beim Fügen der beiden Fügepartner die Füllstoffpartikel des mindestens einen anorganischen Füllstoffs des kalthärtenden oder warmhärtenden Klebstoffs, deren geometrische Abmessungen größer als das gewählter radiale Spiel zwischen den Fügepartner ist, unzerstört bleiben.
Die Riefen können schraubenförmig sowie regellos und/oder mit einer Vorzugsrichtung in den Innen- und/oder Außenmantel des rohrförmigen rotationssymmetrischen Bauelementes und/oder in die mindestens eine Mantelfläche des axial gerichteten Fügeteils des rotationssymmetrischen Ansatzelementes mit einer Tiefe von vorzugsweise 0,021 mm eingeschliffen werden.
Bevorzugt wird der mindestens eine Klebespalt mit einer radialen Stärke im Bereich von 0,03 mm bis 0,1 mm gebildet.
Vorzugsweise wird als kalthärtender Klebstoff ein 2K-Epoxidharzklebstoff mit einer Viskosität im Bereich von 1500 mPas bis 10000 mPas und/oder ein einkomponentiger anaerober Klebstoff mit einer Viskosität im Bereich von 300 mPas bis 100 mPas verwendet.
Als warmhärtender Klebstoff wird bevorzugt ein Konstruktionskleber auf Epoxidharzbasis verwendet, und in den kalthärtenden oder warmhärtenden Klebstoff wird vorzugsweise ein mineralischer Füllstoff wie Quarzsand eingemischt, dessen Füllstoffpartikel geometrische Abmessungen aufweisen, die im Bereich von 0,040 mm bis 0,075 mm liegen.
Zum Fügen eines rohrförmigen rotationssymmetrischen Bauelementes und mindestens eines rotationssymmetrischen Ansatzelementes, die jeweils aus einem Material einer Mohs-Härte von ca. 5, wie z. B. Stahl hergestellt sind, können vorzugsweise vor dem Fügen der Fügepartner in dem kalthärtenden oder warmhärtenden Klebstoff Korundpartikel eingebracht werden, deren geometrische Abmessungen im Bereich von vorzugsweise 0,090 mm bis 0,125 mm liegen, und die somit größer als die Dicke der aufzutragenden Klebstoffschicht sind. Beim vorschubmäßig rotierenden Fügen des rohrförmigen, rotationssymmetrischen Bauelementes und des mindestens einen rotationssymmetrischen Ansatzelementes aus Stahl werden in den Innen- und/oder den Außenmantel des rohrförmigen, rotationssymmetrischen Bauelementes aus Stahl und/oder in die mindestens eine Mantelfläche des Fügeteils des rotationssymmetrischen Ansatzelementes aus Stahl während der Vorschubbewegung durch die Korundpartikel gleichsam selbstfurchend Mikroriefen einer solchen Tiefe eingebracht, dass die Füllstoffpartikel des mindestens einen anorganischen Füllstoffs wie Quarzsand in der Klebstoffschicht beim Fügen der beiden Fügepartner nicht durch Reibung an einer Mantelfläche zerstört werden.
Die oben genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß auch durch die gesamte Merkmale einer gebauten Kolbenstange gelöst, die ein rotationssymmetrische Kolbenstangenrohr besitzt, das an mindestens einem Ende mit einem rotationssymmetrischen Gewindezapfenelement durch Fügen verbunden ist, das eine Fügeteil aufweist, das sich von einem rotationssymmetrischen Basisteil des Gewindezapfenelementes, das einen dem Außendurchmesser des Kolbenstangenrohres entsprechenden Durchmesser aufweist, entgegengesetzt zum Gewindeteil des Gewindezapfenelementes in dessen Achsrichtung erstreckt, wobei das rotationssymmetrische Basisteil des Gewindezapfenelementes an der diesem zugewandten Stirnfläche des Endes des Kolbenstangenrohres bündig anliegt und die Öffnung am Ende des Kolbenstangenrohres dicht verschließt, und das Fügeteil des Gewindezapfenelementes koaxial im Ende des Kolbenstangenrohres positioniert ist und einen Durchmesser besitzt, der zum Innendurchmesser des Kolbenstangenrohres ein Untermaß aufweist, das der radialen Abmessung eines Klebespaltes entspricht, der zwischen dem Innenmantel des Kolbenstangenrohres und der Mantelfläche des Fügeteils über dessen axiale Länge gebildet und mit einem kalthärtenden oder warmhärtenden Klebstoff ausgefüllt ist, durch den die Mantelfläche des Fügeteils und der Innenmantel am Ende des Kolbenstangenrohres hochfest über eine der axialen Länge des Klebespaltes entsprechende Kleblänge miteinander verklebt und das Kolbenstangenrohr und das Gewindezapfenelement dadurch kalt oder warm zur Kolbenstange gefügt sind, die eine Zugscherfestigkeit besitzt, die einer Ausreißkraft von maximal 35 kN standhält und die dadurch gekennzeichnet ist, dass in dem mindestens einen kalthärtenden oder warmhärtenden Klebstoff, der den Klebespalt zwischen dem Innenmantel des Kolbenstangenrohres und der Mantelfläche des Fügeteils über dessen axiale Länge ausfüllt und durch den die einander gegenüberliegenden Mantelflächen der beiden Fügepartner über die dem Klebespalt entsprechende Kleblänge hochfest miteinander verklebt sind, mindesten einen anorganischen Füllstoff aufweist, dessen Füllstoffpartikel geometrische Abmessungen besitzen, die größer als die radiale Stärke des Klebespaltes sind und die zwischen den einander gegenüberliegenden Mantelflächen der Fügepartner über die Klebelänge hin verkeilt positioniert sind und die beiden Fügepartner zusätzlich dauerhaft mechanisch verbinden.
Vorzugsweise sind über die axiale Länge des Klebespaltes in dem Innenmantel des Kolbenstangenrohres und/oder in der Mantelfläche des Fügeteils Riefen eingeschliffen, die Führungsbahnen bilden, in denen die Füllstoffpartikel des kalthärtenden oder warmhärtenden Klebstoffs nach dessen Aushärtung dauerhaft unzerstört gehalten sind.
Bevorzugt sind die Riefen schraubenförmig, regellos und/oder mit einer Vorzugsrichtung in dem Innenmantel des Kolbenstangenrohres und/oder in der Mantelfläche des Fügeteils mit einer Tiefe von bevorzugt 0,021 mm eingeschliffen.
Das Fügeteil des rotationsymmetrischen Gewindezapfenelementes kann massiv ausgebildet sein und eine Außenkontur aufweisen, die sich in Achsrichtung des Fügeteils vom Basisteil des rotationssymmetrischen Gewindezapfenelementes weg konisch verjüngt oder konisch erweitert.
Die geometrischen Abmessungen der Füllstoffpartikel des mindestens einen Füllstoffs liegen im Bereich von vorzugsweise 0,040 mm bis 0,075 mm, und die definierte Stärke des Klebespaltes beträgt vorzugsweise 0,050 mm.
Die vorliegende Erfindung sorgt für eine generelle Verbesserung der Verbundfestigkeit der Fügeparnert durch deren mechanische Verklammerung infolge der Verkeilung der Füllstoffpartikel zwischen den im Klebespalt einander gegenüberliegenden Mantelflächen der Fügepartner. Insbesondere gewährleistet die vorliegende Erfindung eine zusätzliche mechanische Verbindung der beiden Fügepartner des rohrförmigen rotationssymmetrischen Kfz-Fahrwerkbauteils wie einer gebauten Kolbenstange, die die Festigkeit der Verklebung der beiden Fügepartner oberhalb der Glasübergangstemperatur positiv beeinflusst, so dass ein plötzliches Versagen der gebauten Kolbenstange verhindert bzw. eine sogenannte „Notlaufeigenschaft” erzielt wird. Zudem ist eine zusätzliche Fixierung der Fügepartner nach dem Fügeprozess nicht erforderlich, womit ein eventueller Fertigungsschritt erspart werden kann.
Statische Zugversuche zur Ermittlung der Verbundfestigkeit der Fügepartner der gebauten Kolbenstange, die mit einem Konstruktionskleber auf Epoxidharzbasis, in den mineralischen Füllstoffen eingemischt sind, verklebt worden sind, haben ergeben, dass bei Erreichen der Bruchfestigkeit der gehärteten Klebstoffschicht deren schlagartiges Versagen eintritt, wie es bei Epoxidharzen üblich ist. Aufgrund dieser schlagartigen Entlastung springt das Gewindezapfenelement sozusagen zunächst ca. 3 mm aus dem Ende des Kolbenstangenrohres heraus.
Um den Gewindezapfen weiter aus dem Kolbenstangenrohr zu ziehen, ist eine Restbruchkraft von 7 kN bis 12 kN aufzubringen, wie sich bei allen statischen Zugprüfungen gezeigt hat.
Die Erfindung wird nun unter Bezug auf die Zeichnungen erläutert. In diesen sind:
1 ein Diagramm, das beispielhaft die oben erwähnte Restbruchkraft nach statischem Zugversuch gemessen an Referenzproben des verwendeten Konstruktionsklebstoffes auf Epoxidharzbasis, in den mineralischem Füllstoffe eingemischt sind, zeigt,
2 eine Ansicht eines Teilschnitts einer schematisch dargestellten ersten Ausführungsform der erfindungsgemäß gebauten Kolbenstange,
3 eine Ansicht eines Teilschnitts einer schematisch dargestellten zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäß gebauten Kolbenstange,
4 eine Ansicht eines Teilschnitts einer schematisch dargestellten dritten Ausführungsform der erfindungsgemäß gebauten Kolbenstange,
5 eine Ansicht eines Teilschnitts einer schematisch dargestellten vierten Ausführungsform der gebauten Kolbenstange und
6 eine Ansicht eines Teilschnitts einer schematisch dargestellten fünften Ausführungsform der gebauten Kolbenstange.
Im Diagramm gemäß 1, in dem auf der Ordinate die Restbruchkraft F_b in kN und auf der Abszisse die Dehnung in % aufgetragen sind, ist nach dem statischen Zugversuch das weitere Verhalten bei Ausreißen aufgezeichnet.
Aus dem Diagramm der 1 ist ersichtlich, dass zunächst ein linearer Anstieg der Graphen bis Erreichen einer maximalen Restbruchkraft F_b gegeben ist. Danach verringert sich diese leicht und verharrt auf einem gleichförmigen Niveau (gestrichelte und strichpunktierte Kurven), das trotz Wegzunahme und damit Flächenverkleinerung zunächst nicht geringer wird. Erst nach deutlicher Wegzunahme fällt die Kraft bis zur Trennung der beiden Fügepartner ab.
Die Bruchbilder zeigen deutliche Riefen auf den entsprechenden Mantelflächen der getrennten Fügepartner und eine abgeschabte Klebstoffschicht, was darauf beruht, dass aufgrund der im Klebstoff zu hohem Grade befindlichen mineralischen Füllstoffe sich die Füllstoffpartikel, deren geometrische Abmessungen größer als die radiale Stärke des Klebespaltes sind, beim Fügevorgang durch Aufstauen bzw. Verdichten zwischen den einander gegenüberliegenden Mantelflächen der Fügepartner verkeilen und nach Aushärtung der Klebstoffschicht auch unter Last in der verkeilten Position dauerhaft gehalten sind.
Bei dynamischen Untersuchungen wurden Restbruchkräfte in derselben Größenordnung ermittelt. So ergaben sich in dem Fall, in dem die Prüfung nach Auftreten des Bruchs sofort gestoppt und der Gewindezapfen noch nicht aus dem Kolbenstangenrohr gezogen war, Restbruchbruchkräfte derselben Größenordnung. Zudem ist es im gegebenen Fall nach dem ersten Versagen der Klebschicht und dem Herausspringen des Gewindezapfens aus dem Kolbenstangenrohr um ca. 3 mm bis 5 mm nicht unmittelbar zu einer vollständigen Zerstörung der Fügeverbindung gekommen, sondern die dynamische Untersuchung konnte fortgesetzt werden. Dies ergab sich vorwiegend bei Proben, die nahe der Dauerfestigkeit, d. h. bei niedrigem Lastniveau geprüft wurden.
2 zeigt eine erste Ausführungsform der gebauten Kolbenstange 1 mit einem rotationssymmetrischen Kolbenstangenrohr 2, das an einem Ende mit einem rotationssymmetrischen Gewindezapfenelement 3 durch Fügen verbunden ist. Hierbei ist ein zylindrisches massives Fügeteil 4 des Gewindezapfenelementes 3, das sich entgegengesetzt zu dem Gewindeteil 19 des letzteren von einem Basisteil 5 des rotationssymmetrischen Gewindezapfenelementes 3 in dessen Achsrichtung 6 erstreckt, koaxial in dem Kolbenstangenrohr 2 positioniert, wobei das Basisteil 5 des Gewindezapfenelementes 3 bündig an der Stirnfläche 7 des Kolbenstangenrohres 2 anliegt und die Öffnung 8 am Ende des Kolbenstangenrohres 2 dicht verschließt. Das Fügeteil 4 des rotationssymmetrischen Gewindezapfenelementes 2 kann massiv, wie in 1 gezeigt, oder hohlzylindrisch gestaltet sein, wobei der Durchmesser 9 des massiven Fügeteils 4 ein Untermaß zum Innendurchmesser 10 am Ende des Kolbenstangenrohres 2 aufweist. Durch dieses Untermaß, das im Bereich von 0,06 mm bis 0,2 mm liegen kann, ist die radiale Abmessung eines Klebspaltes 11 bestimmt, der zwischen der Mantelfläche 12 des Fügeteils 4 und dem Innenmantel 14 am Ende des Kolbenstangenrohres 2 über die axiale Länge des Fügeteils 4 gebildet ist. Der Klebespalt 11 ist mit einem kalthärtenden oder warmhärtenden Klebstoff 13 gefüllt, in den mindestens ein anorganische Füllstoff 15 wie Quarzsand eingemischt ist, dessen Füllstoffpartikel 16 geometrische Abmessungen aufweisen, die größer als die Dicke des Klebespaltes 11 sind. Der Klebstoff 13 wird vor der Positionierung des Fügeteils 4 in dem Kolbenstangenrohr 2 auf dessen Innenmantel 14 und/oder auf die Mantelfläche 12 des Fügeteils 4 aufgebracht. Beim Fügevorgang wird durch die rotierenden Vorschubbewegen des massiven Fügeteils 4 des rotationssymmetrischen Gewindezapfenelementes 3 in das Kolbenstangenrohr 2 der Klebstoff 13 in dem Klebespalt 11 sozusagen verdrängt, wobei sich die Füllstoffpartikel 16 aufgrund ihrer geometrischen Abmessungen zwischen der Mantelfläche 12 des Fügeteils 4 und dem Innenmantel 14 am Ende des Kolbenstangenrohres 2 über die axiale Länge des Fügeteils 4 hin verkeilen und die beiden Fügepartner zusätzlich zu ihrer Verklebung mechanisch verbinden. Die Verkeilung der Füllstoffpartikel 16 zwischen der Mantelfläche 12 des Fügeteils 4 des rotationssymmetrischen Gewindezapfenelementes 3 und dem Innenmantel 14 am Ende des Kolbenstangenrohres 2 sorgt für eine unmittelbare mechanisch Fixierung der beiden Fügepartner und damit für eine Erhöhung deren Verbundfestigkeit, und sie kann eine induktive Klebstoffvorhärtung ersetzen.
Durch den kalthärtenden oder warmhärtenden Klebestoff 13, der den Klebespalt 11 ausfüllt, sind nach dessen Aushärtung der die Mantelfläche 12 des massiven Fügeteils 4 und der Innenmantel 14 am Ende des Kolbenstangenrohres 2 zudem hochfest über eine der axialen Länge des Klebespaltes 11 entsprechende Kleblänge miteinander verklebt und das rotationssymmetrische Kolbenstangenrohr 2 und das rotationssymmetrische Gewindezapfenelement 3 dadurch kalt bzw. warm zu der Kolbenstange 1 gefügt, deren Fügeverbindung eine Zugscherfestigkeit aufweist, die einer Ausreißkraft von maximal 35 kN standhält.
Durch den ausgehärteten Klebstoff werden die Füllstoffpartikel 16 des mindestens einen anorganischen Füllstoffs 15 in ihrer zwischen der Mantelfläche 12 des Fügeteils 4 des rotationssymmetrischen Gewindezapfenelementes 3 und dem Innenmantel 14 am Ende des Kolbenstangenrohres 2 verkeilten Position dauerhaft gehalten und die beiden Fügepartner dadurch zusätzlich mechanisch verbunden.
Bei der aus der 3 hervorgehenden zweiten Ausführungsform und der in 4 gezeigten dritten Ausführungsform der gebauten Kolbenstange 1 ist das massive Fügeteil 4 des rotationssymmetrischen Gewindezapfenelementes 3 im Unterschied zur ersten Ausführungsform nach 2 jeweils konisch ausgebildet, und zwar bei der zweiten Ausführungsform gemäß 3 sich konisch in Vorschubrichtung verjüngend und bei der dritten Ausführungsform gemäß 4 sich in Vorschubrichtung konisch erweiternd. Analog zur Herstellung der ersten Ausführungsform der gebauten Kolbenstange nach 2 werden beim rotierenden Einfügen des konisch Fügeteils 4 des rotationssymmetrischen Gewindezapfenelementes 3 in Vorschubrichtung 6 in das rotationssymmetrische Kolbenstangenrohr 2 bis zum bündigen Anliegen des Basisteils 5 des rotationssymmetrischen Gewindezapfenelementes 3 an der Stirnfläche 7 des Kolbenstangenrohres 2 die Füllstoffpartikel 16 in dem mindestens einen kalthärtenden oder heißhärtenden Klebstoff, der vor dem Fügen der beiden Fügepartner auf den Innenmantel 14 am Ende des Kolbenstangenrohres 2 und/oder auf die konisch verlaufende Mantelfläche 12 des Fügeteils 4 aufgebracht worden ist, zwischen letztere und dem Innenmantel 14 am Ende des Kolbenstangenrohres im Klebespalt 11 verkeilt, wobei die beiden Fügepartner zusätzlich zu ihrer Verklebung mechanisch verbunden werden.
Bei der aus 5 hervorgehenden vierten Ausführungsform der gebauten Kolbenstange 1 sind vor dem Fügen des rotationssymmetrischen Kolbenstangenrohres 2 und des Fügeteils 4 des rotationssymmetrischen Gewindezapfenelementes 3 in den Innenmantel 14 am Ende des Kolbenstangenrohres 2 und/oder in den Mantel 12 des Fügeteils 4 schraubenförmig verlaufende Riefen 17 eingeschliffen worden, die beim Fügen der beiden Fügepartner Führungsbahnen in der jeweiligen Mantelfläche 14 bzw. 12 für die Füllstoffpartikel 16 bilden und deren Tiefe derart ist, dass die sich beim Fügen zwischen den einander gegenüberliegenden Mantelflächen 14 und 12 verkeilenden Füllstoffpartikel 16 nicht durch Reibung an einer Mantelfläche 14 bzw. 12 zerstört werden.
6 zeigt eine fünfte Ausführungsform der gebauten Kolbenstange 1, bei der die Riefen 17 in den Innenmantel 14 am Ende des Kolbenstangenrohres 2 und/oder in die Mantelfläche 12 des massiven Fügeteils 4 des rotationssymmetrischen Gewindezapfenelementes 3 regellos und/oder mit Vorzugsrichtung eingeschliffen sind und die dafür sorgen, dass die Füllstoffpartikel 17, deren geometrische Abmessungen größer als die Dicke des Klebespalts 11 sind, beim Fügen der beiden Fügepartner in den Klebespalt 11 eingezogen und statistisch verteilt werden.
Bei Fügepartner aus einem Material einer Mohs-Härte von ca. 5 wie z. B. bei Fügepartner aus Stahl kann bevorzugt Korund, das eine Mohs-Härte 9 aufweist, als Füllstoff des Klebstoffs verwendet werden, der vor dem Fügen der beiden Fügepartner auf den Innenmantel 14 am Ende des Kolbenstangenrohres 2 und/oder auf die Mantelfläche 12 des massiven Fügeteils 4 des rotationssymmetrischen Gewindezapfenelementes 3 aufgebracht wird, so das beim rotierenden Einführen des Fügeteils 4 in Vorschubrichtung in das rotationssymmetrische Kolbenstangenrohr 2 die Riefen 17 simultan in die weichere Stahloberfläche nach dem Prinzip einer selbstfurchenden Schraube mit „losem” Gewinde eingebracht werden. Auf diese Weise kann der Fertigungsschritt des Einschleifens der Riefen 17 in die Mantelflächen 14; 12 eingespart werden.
Bezugszeichenliste

1: Kfz-Fahrwerksbauteil, Kolbenstange
2: rohrförmiges rotationssymmetrisches Bauelement, rotationssymmetrisches Kolbenstangenrohr
3: rotationssymmetrisches Ansatzelement, rotationssymmetrisches Gewindezapfenelement
4: Fügeteil des rotationssymmetrischen Gewindezapfenelementes
5: Basisteil des rotationssymmetrischen Gewindezapfenelementes
6: Achsrichtung des rotationssymmetrischen Gewindezapfenelementes
7: Stirnfläche des Endes des rotationssymmetrischen Kolbenstangenrohres
8: Öffnung des Endes des rotationssymmetrischen Kolbenstangenrohres
9: Durchmesser des Fügeteils
10: Innendurchmesser am Ende des rotationssymmetrischen Kolbenstangenrohres
11: Klebespalt
12: Mantelfläche des Fügeteils
13: Klebstoff
14: Innenmantel des rotationssymmetrischen Kolbenstangenrohres
15: anorganisch Füllstoff
16: Füllstoffpartikel
17: Riefen
18: Außenmantel des rotationssymmetrischen Kolbenstangenrohres
19: Gewindeteil des rotationssymmetrischen Gewindezapfenelementes
20: Korundpartikel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010007404 A1 [0002]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines rohrförmigen rotationssymmetrischen Kfz-Fahrwerkbauteils wie einer Kolbenstange (1), bei dem ein rohrförmiges rotationssymmetrisches Bauelement (2) und mindestens ein rotationssymmetrisches Ansatzelement (3) an einander axial zugewandten Enden gefügt werden, indem das rohrförmige rotationssymmetrische Bauelement (2) und das mindestens eine rotationssymmetrische Ansatzelement (3) mit einem radialen Spiel so dimensioniert gewählt werden, dass beim Einfügen eines axial gerichteten Fügeteils (4) des Ansatzelementes (3) in das diesem zugewandte Ende des rohrförmigen rotationssymmetrischen Bauelementes (2) mindestens ein sich axial erstreckender Klebespalt (11) zwischen dem Innen- (14) und/oder Außenmantel (18) des rohrförmigen rotationssymmetrischen Bauelementes (2) und mindestens einer Mantelfläche (12) des axial gerichteten Fügeteils (4) des Ansatzelementes (3) gebildet wird, dann der Innen- (14) und/oder Außenmantel (18) des rohrförmigen rotationssymmetrischen Bauelementes (2) und/oder die mindestens eine Mantelfläche (12) des axialgerichteten Fügeteils (4) des rotationssymmetrischen Ansatzelementes (3) jeweils über einen in Axialrichtung gleich langen Abschnitt ihrer einander axial zugewandten Enden mit einer Schicht mindestens eines kalthartenden oder warmhärtenden Klebstoffes (13) versehen werden derart, dass die radiale Stärke des zu bildenden Klebespaltes (11) vollkommen mit Klebstoff (13) auszufüllen ist, und anschließend das axial gerichtete Fügeteil (4) des rotationssymmetrischen Ansatzelementes (3) in das rohrförmige rotationssymmetrische Bauelement (2) bis zum Anschlag eines radial gerichteten Basisteils (5) des Ansatzelementes (34) an der Stirnfläche des rohrförmigen rotationssymmetrischen Bauelementes (2) eingeführt wird, wobei die zugeordnete Öffnung (8) des rohrförmigen rotationssymmetrischen Bauelementes (2) von dem radial gerichteten Basisteil (5) des rotationssymmetrischen Ansatzelementes (3) dicht verschlossen wird, und der mindestens eine sich axial erstreckende Klebespalt (11) zwischen dem Innen- (14) und/oder Außenmantel (18) des rohrförmigen rotationssymmetrischen Bauelementes (2) und der mindestens einen Mantelfläche (12) des axial gerichteten Fügeteils (4) des rotationssymmetrischen Ansatzelementes (3) mit dem mindestens einen kalthärtenden oder warmhärtenden Klebstoff (13) gefüllt wird, durch den die in Axialrichtung gleich langen Klebeabschnitte der einander gegenüberliegenden Mantelflächen (14 bzw. 12) der beiden Fügepartner kalt bzw. warm zu einer festen Fügeverbindung verklebt werden, dadurch gekennzeichnet, dass in den mindestens einen kalthärtender oder warmhärtender Klebstoff (13), mit dem der Innen- (14) und/oder Außenmantel (18) des rohrförmigen rotationssymmetrischen Bauelementes (2) und/oder die mindestens eine Mantelfläche (12) des axial gerichteten Fügeteils (4) des rotationssymmetrischen Ansatzelementes (3) jeweils über den in Axialrichtung gleich langen Abschnitt ihrer einander axial zugewandten Enden beschichtet werden, mindestens ein anorganischer Füllstoff (15) eingemischt wird, dessen Füllstoffpartikel (16) geometrische Abmessungen aufweisen, die größer als die radiale Stärke des zu bildenden Klebespaltes sind, das axial gerichtete Fügeteil (4) des rotationssymmetrischen Ansatzelementes (3) in das rohrförmige rotationssymmetrische Bauelement (2) rotierend vorschubmäßig eingeführt wird, wobei sich zugleich die Füllstoffpartikel (16) des mindestens einen anorganischen Füllstoffs (15) in dem mindestens einen kalthärtenden oder warmhärtenden Klebstoffs (13), von dem der mindestens eine sich axial erstreckende Klebespalt (11) zwischen dem Innen- (14) und/oder Außenmantel (18) des rohrförmigen rotationssymmetrischen Bauelementes (2) und der mindestens einen Mantelfläche (12) des axial gerichteten Fügeteils (4 des rotationssymmetrischen Ansatzelementes (3) gefüllt wird, zwischen den einander gegenüberliegenden Mantelflächen (14; 12) der beiden Fügepartner verkeilen und letztere dadurch zusätzlich zu ihrer Verklebung gleichzeitig mechanisch verbinden, und dass die Füllstoffpartikel (16) des mindestens einen anorganischen Füllstoffs (15) in der den Klebespalt (11) ausfüllenden Klebstoffschicht (13) nach deren Aushärtung fortgesetzt in ihrer verkeilten Position mechanisch gehalten werden und die beiden Fügepartner zusätzlich dauerhaft mechanisch verbinden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Fügen des rohrförmigen, rotationssymmetrischen Bauelementes (2) und des rotationssymmetrischen Ansatzelementes (3) auf den Innen- (14) und/oder den Außenmantel (18) des rohrförmigen, rotationssymmetrischen Bauelementes (2) und/oder auf die mindestens eine Mantelfläche (12) des axial gerichteten Fügelteils (4) des rotationssymmetrischen Ansatzelementes (3) Riefen (17) aufgebracht werden, die beim Fügen der beiden Fügepartner Führungsbahnen für die Füllstoffpartikel (16) des mindestens einen anorganischen Füllstoffs (15) der Klebeschicht (13) bilden und deren Tiefe so ausgebildet wird, dass beim Fügen der beiden Fügepartner die Füllstoffpartikel (16) des mindestens einen anorganischen Füllstoffs (15) des kalthärtenden oder warmhärtenden Klebstoffs (13), deren geometrische Abmessungen größer als das gewählte radiale Spiel (11) zwischen den Fügepartner ist, weitgehend unzerstört bleiben.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Riefen (17) schraubenförmig in den Innen- (14) und/oder Außenmantel (18) des rohrförmigen rotationssymmetrischen Bauelementes (2) und/oder in die mindestens eine Mantelfläche (12) des axial gerichteten Fügeteils (4) des rotationssymmetrischen Ansatzelementes (3) eingeschliffen werden.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Riefen (17) regellos und/oder mit einer Vorzugsrichtung in den Innen- (14) und/oder Außenmantel (18) des rohrförmigen, rotationssymmetrischen Bauelementes (2) und/oder in die mindestens eine Mantelfläche (12) des axial gerichteten Fügeteils (4) des rotationssymmetrischen Ansatzelementes (3) eingeschliffen werden.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Fügen von Fügepartner aus einem Material einer Mohs-Härte von ca. 5 wie aus Stahl in den kalthärtenden oder warmhärtenden Klebstoff (13) Korundpartikel (20) mit einer Mohs-Härte von 9 eingemischt werden, deren geometrische Abmessungen größer als die radiale Stärke des Klebespaltes (11) ist, und dass beim rotierenden Einführen des sich in axialer Richtung erstreckenden Fügelteils (4) des rotationssymmetrischen Ansatzelementes (3) aus Stahl in das rohrförmigen rotationssymmetrische Bauelement (2) aus Stahl in dem Innen- (14) und/oder Außenmantel (18) und/oder in der mindestens einen Mantelfläche (12) des Fügeteils (4) des rotationssymmetrischen Ansatzelementes (3) aus Stahl von den Korundpartikeln (20) mit einer Mohs-Härte von 9 selbstfurchend die Riefen (17) einer solchen Tiefe gebildet werden, dass die beim Fügevorgang in den Riefen (17) geführten Füllstoffpartikel (16) des mindestens einen anorganischen Füllstoffs (15) in der Klebeschicht (13) sich zwischen den einander gegenüberliegenden Mantelflächen (14; 12) der beiden Fügepartner verkeilen und unzerstört bleiben.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Klebespalt (11) mit einer radialen Stärke im Bereich von 0,03 mm bis 0,10 mm gebildet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als warmhärtender Klebstoff (13) ein Konstruktionskleber auf Epoxidharzbasis mit mindestens einem mineralischen Füllstoff (15) verwendet wird, dessen Füllstoffpartikel (16) geometrische Abmessungen aufweisen, die im Bereich von 0,040 mm bis 0,075 mm liegen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Korundpartikel (20) mit einer Mohs-Härte von 9 verwendet werden, deren geometrische Abmessungen im Bereich von 0,090 mm bis 0,125 nun liegen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Füllstoff Quarzsand verwendet wird.
Gebauten Kolbenstange (1) mit einem rotationssymmetrische Kolbenstangenrohr (2), das an mindestens einem Ende mit einem rotationssymmetrischen Gewindezapfenelement (3) durch Fügen verbunden ist, das ein Fügeteil (4) aufweist, das sich von einem Basisteil (5) des rotationssymmetrischen Gewindezapfenelementes (3), das einen dem Außendurchmesser des Kolbenstangenrohres (2) entsprechenden Durchmesser aufweist, entgegengesetzt zum Gewindeteil (19) des Gewindezapfenelementes (3) in dessen Achsrichtung erstreckt, wobei das Basisteil (5) des rotationssymmetrischen Gewindezapfenelementes (3) an der diesem zugewandten Stirnfläche (7) des Endes des Kolbenstangenrohres (2) bündig anliegt und die Öffnung (8) am Ende des rotationssymmetrischen Kolbenstangenrohres (2) dicht verschließt, und das Fügeteil (4) des rotationssymmetrischen Gewindezapfenelementes (3) koaxial im Ende des rotationssymmetrischen Kolbenstangenrohres (2) positioniert ist und einen Durchmesser (9) besitzt, der zum Innendurchmesser (10) des Kolbenstangenrohres (2) ein Untermaß aufweist, das der radialen Abmessung eines Klebespaltes (11) entspricht, der zwischen dem Innenmantel (14) am Ende des Kolbenstangenrohres (2) und der Mantelfläche (12) des Fügeteils (4) über dessen axiale Länge gebildet und mit einem kalthärtenden oder warmhärtenden Klebstoff (13) ausgefüllt ist, durch den die Mantelfläche (12) des Fügeteils (4) und der Innenmantel (14) am Ende des Kolbenstangenrohres (2) hochfest über eine der axialen Länge des Klebespaltes (13) entsprechende Kleblänge miteinander verklebt und das Kolbenstangenrohr (2) und das Gewindezapfenelement (3) dadurch kalt oder warm zur Kolbenstange (1) gefügt sind, die eine Zugscherfestigkeit besitzt, die einer Ausreißkraft von maximal 35 kN standhält, dadurch gekennzeichnet, dass in dem mindestens einen kalthärtenden oder warmhärtenden Klebstoff (13), der den Klebespalt (11) zwischen dem Innenmantel (14) des rotationssymmetrischen Kolbenstangenrohres (2) und der Mantelfläche (12) des Fügeteils (4) über dessen axiale Länge ausfüllt und durch den die einander gegenüberliegenden Mantelflächen (12; 14) der beiden Fügepartner über die dem Klebespalt (11) entsprechende Kleblänge hochfest miteinander verklebt sind, mindesten einen anorganischen Füllstoff (15) aufweist, dessen Füllstoffpartikel (16) geometrische Abmessungen besitzen, die größer als die radiale Stärke des zu bildenden Klebespaltes (11) sind und die zwischen den einander gegenüberliegenden Mantelflächen (14; 12) der Fügepartner (2; 3) über die Klebelänge hin verkeilt positioniert sind und die beiden Fügepartner (2; 3) zusätzlich dauerhaft mechanisch verbinden.
Gebaute Kolbenstange nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass über die axiale Länge des Klebespaltes (11) in dem Innenmantel (14) des Kolbenstangenrohres (2) und/oder in der Mantelfläche (12) des Fügeteils (4) Riefen (17) eingeschliffen sind, die Führungsbahnen bilden, in denen die Füllstoffpartikel (16) des mindestens einen Füllstoffs (15) des kalthärtenden oder warmhärtenden Klebstoffs (13) nach dessen Aushärtung dauerhaft unzerstört verkeilt gehalten sind.
Gebaute Kolbenstange nach Anspruch 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Riefen (17) schraubenförmig, regellos und/oder mit einer Vorzugsrichtung in dem Innenmantel (14) des Kolbenstangenrohres (2) und/oder der Mantelfläche (12) des Fügeteils (4) mit einer Tiefe von 0,021 mm eingeschliffen sind.
Gebaute Kolbenstange nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Fügeteil (4) des rotationsymmetrischen Gewindezapfenelementes (3) massiv ausgebildet ist und eine Außenkontur aufweist, die sich in Achsrichtung (6) des Fügeteils (4) vom Basisteil (5) des rotationssymmetrischen Gewindezapfenelementes (3) weg konisch verjüngt oder konisch erweitert.
Gebaute Kolbenstange nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff Quarzsand ist.