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Die Erfindung betrifft ein Lenkerelement für ein Kraftfahrzeug zur beweglichen Kraftübertragung zwischen zwei Baugruppen, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Gattungsgemäße Lenkerelemente werden – beispielsweise als Pendelstützen – eingesetzt, um Kräfte und/oder Bewegungen zwischen benachbarten Baugruppen zu übertragen, z.B. zwischen verschiedenen relativbeweglichen Baugruppen im Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs. Mögliche Anwendungsfelder umfassen beispielsweise Pendelstützen zur Abstützung von Antriebsaggregaten (z.B. Motor/Getriebe) bei Kraftfahrzeugen gegenüber Chassis bzw. Karosserie, Pendelstützen zur Anlenkung von Federn, Dämpfern und/oder Stabilisatoren bei Fahrzeugachsen bzw. Einzelradaufhängungen, oder allgemein Pendelstützen zur Kopplung eines Karosseriebauteils mit einem Fahrwerksbauteil.
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Insbesondere im Fahrzeugbau werden dabei hohe Ansprüche an derartige Lenkerelemente gestellt, darunter vor allem hohe Belastbarkeit und Dauerfestigkeit bei geringer Masse ebenso wie Korrosionsbeständigkeit, bei gleichzeitig niedrigen Herstellungskosten.
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Werden solche Lenkerelemente einteilig – beispielsweise als Spritzgussteile aus Kunststoff – hergestellt, so muss für jede Strebenlänge (ebenso wie für jede auch geringfügige Variation bei Art oder Ausrichtung der Strebenenden) eigens ein separates Werkzeug für die Urformung eines gesamten Lenkerelements erstellt werden. Damit sind hohe Kosten nicht nur mit der Erstellung der Spritzgusswerkzeuge, sondern auch mit der späteren Produktion verbunden, da zur Herstellung jeder Ausführung eigens das zugehörige Spritzgusswerkzeug gerüstet werden muss. Hierdurch ist auch die Fertigung in Bezug auf Varianten entsprechend unflexibel, da mit jedem Spritzgusswerkzeug lediglich eine einzige Ausführung eines Lenkerelements produziert werden kann.
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Im Stand der Technik gibt es daher Ansätze, separat gefertigte Streben-Endstücke bzw. Gelenkköpfe mit ebenfalls separat gefertigten Streben-Zwischenstücken bzw. Strebenabschnitten zu verbinden. Auf diese Weise können Lenkerelemente insbesondere mit unterschiedlicher Länge aus entsprechend abgelängten Strebenabschnitten und aus den jeweiligen Endstücken zusammengesetzt werden. Bei derartigen gebauten Kunststoff-Lenkerelementen ist jedoch die Erzeugung der Verbindung zwischen dem abgelängten Strebenabschnitt mit entsprechenden Streben-Endstücken zumeist aufwändig und damit kostenintensiv.
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Aus der
DE 10 2004 042 964 A1 ist eine gebaute Kunststoffstrebe mit einem blasgeformten Strebenbereich aus Kunststoff bekannt, bei der die Endstücke zur Krafteinleitung (beispielsweise Kugelgelenkgehäuse) separat gefertigt und anschließend form-, haft- und/oder stoffschlüssig mit den Enden des Strebenbereichs verbunden werden. Bei dieser bekannten Kunststoffstrebe sind jedoch zur Erzeugung von Streben unterschiedlicher Länge wiederum unterschiedliche Produktionswerkzeuge, insbesondere jeweils passende, aufwändige Blasformen erforderlich. Zudem ist die Herstellung der Verbindung zwischen den Enden des Strebenbereichs und den Streben-Endstücken bei diesem Stand der Technik relativ aufwändig, zumal für eine Strebe jeweils zwei derartige Verbindungen erforderlich sind. Auch liegen bei diesem Stand der Technik die Verbindungen zwischen Strebenbereich und Streben-Endstücken, welche die Krafteinleitung von den Endstücken in den Strebenbereich dauerhaft sicherstellen müssen, im Strebenendbereich mit dem dortigen geringsten zur Verfügung stehenden Bauraum und mit der kleinsten Querschnittsfläche, was ungünstig im Hinblick auf Kraftfluss und Dauerfestigkeit ist.
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Mit diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Lenkerelement bereitzustellen, mit dem die im Stand der Technik vorhandenen Einschränkungen überwunden werden sollen. Das erfindungsgemäße Lenkerelement soll dabei – bei kostengünstiger Herstellung – eine geringe Masse mit einer gleichzeitig hohen Strebensteifigkeit verbinden. Zudem sollen mit geringem konstruktivem und herstellungsseitigem Aufwand Lenkerelemente mit unterschiedlicher Länge, mit unterschiedlichem Verdrehwinkel der Endstücke sowie ggf. mit unterschiedlichen Endstücken dargestellt werden können.
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Diese Aufgabe wird durch ein Lenkerelement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Das Lenkerelement dient zur beweglichen Kraftübertragung zwischen zwei Baugruppen, beispielsweise in Form einer Pendelstütze. Es besteht aus spritzgegossenem thermoplastischem Kunststoff und umfasst einen im Wesentlichen stabförmigen Strebenabschnitt sowie zwei Lagerbereiche mit jeweils einer Lageraufnahme zur Anordnung eines Krafteinleitungselements.
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Durch die Erfindung wird das Lenkerelement dahingehend weitergebildet, dass das Lenkerelement mittels einer Rotationsreibschweißverbindung aus zwei Lenkerendstücken zusammengesetzt ist. Dabei umfasst jedes der beiden Lenkerendstücke einstückig einen Strebenendabschnitt und einen Lagerbereich zur Aufnahme einer Lagerung.
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Dies bedeutet, dass das Lenkerelement im Unterschied zum Stand der Technik nur noch aus zwei jeweils einstückigen Lenkerendstücken besteht, die – nur noch an einer Verbindungsstelle – mittels Rotationsreibschweißung miteinander verbunden sind.
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Auf diese Weise werden somit zunächst einmal nur noch zwei Einzelteile und eine einzige Verbindungsstelle benötigt, um ein Lenkerelement zu erzeugen, womit Werkzeugkosten eingespart und die Produktionstaktzeiten verkürzt werden. Auch kann die Verbindungsstelle zwischen den beiden Lenkerendstücken an einer beliebigen Stelle im Bereich des stabförmigen Strebenabschnitts zwischen den beiden Lagerbereichen des Lenkerelements angeordnet werden. Die im Stand der Technik vorhandene Problematik bezüglich des geringen Strebenquerschnitts und des ungünstigen Kraftflusses (bei der dortigen Anordnung der Verbindungsbereiche zwischen Strebenabschnitt und Lagerbereich unmittelbar am Lagerbereich) entfällt ebenfalls mit der Erfindung.
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Weiterhin lassen sich auf diese Weise Lenkerelemente mit unterschiedlichster Länge, unterschiedlichstem Verdrehwinkel zwischen den Lenkerenden bzw. Lagerbereichen und/oder mit unterschiedlich ausgeführten Endstücken bzw. Lagerbereichen auf einfache Weise darstellen, indem entsprechende Lenkerendstücke ausgewählt, ggf. abgelängt und anschließend mittels Rotationsreibschweißung zusammengefügt werden.
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Darüber hinaus ist durch die nur eine Verbindungsstelle eine bessere Beherrschbarkeit und Reproduzierbarkeit der geforderten Form- und Lagetoleranzen des Lenkerelements, insbesondere in Bezug auf das Abstandsmaß zwischen den beiden Lagerbereichen, gegeben, da die Erstarrung des zuvor durch die Reibschweißung im Bereich der Schweißstelle zumindest partiell plastifizierten Kunststoffs lediglich an einer einzigen Stelle erfolgt.
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Die Erfindung ist dabei grundsätzlich nicht auf Pendelstützen im Sinne von Zweipunktlenkern beschränkt, sondern kann prinzipiell auch auf Drei- und Vierpunktlenker angewandt werden, mit einer entsprechend erhöhten Anzahl von mehr als zwei Lagerbereichen sowie Lageraufnahmen pro Lenkerelement.
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Als Material für das Lenkerelement kommt aufgrund der vorteilhaften Eigenschaften (Festigkeit, Zähigkeit, Elastizität, Temperatur- und Schmierstoffbeständigkeit) vorzugsweise faserverstärktes Polyamid in Betracht.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Darstellung eines Lenkerelements mit einem von Null verschiedenen, beliebigen Verdrehwinkel zwischen den beiden Lenkerenden bzw. Lagerbereichen vorgesehen. Dies lässt sich bei der Rotationsreibschweißverbindung zwischen den beiden Lenkerendstücken sehr einfach dadurch realisieren, dass die zur Erzeugung der Reibschweißnaht erforderliche relative Rotation der beiden Lenkerendstücke gegeneinander beim Erreichen des gewünschten Verdrehwinkels zwischen den beiden Lagerbereichen gestoppt und bis zum Erkalten der Schweißnaht so gehalten wird.
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Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass jedes der beiden Lenkerendstücke einstückig eine rotationssymmetrische Verbindungsscheibe aufweist, wobei jede Verbindungsscheibe eine Schweißkontaktfläche besitzt. Auf diese Weise steht eine dezidierte und – gegenüber dem reinen Strebenquerschnitt – vergrößerte Fläche zur definierten und reproduzierbaren Erzeugung der Rotationsreibschweißverbindung zur Verfügung.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die Verbindungsscheibe eines ersten Lenkerendstücks einen radial außen an der Verbindungsscheibe angeordneten Überlaufschutzring aufweist. Zudem weist die Verbindungsstelle eines der Lenkerendstücke, vorzugsweise des zweiten Lenkerendstücks, zudem einen radial innen an der Verbindungsscheibe angeordneten Reibschweißring auf.
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Der radial außen an der Verbindungsscheibe des ersten Lenkerendstücks angeordnete Überlaufschutzring dient dabei zum Einschluss der während der Erzeugung der Reibschweißverbindung anfallenden schmelzflüssigen Thermoplastmasse im Bereich der beiden gegeneinander gedrückten Verbindungsscheiben. Auf diese Weise wird reproduzierbar eine Rotationsreibschweißverbindung mit hoher Festigkeit erzeugt, und gleichzeitig die Entstehung eines Schweißgrats und eine damit etwa erforderliche Nachbearbeitung der Schweißnaht minimiert bzw. vermieden.
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Der radial weiter innen an der Verbindungsscheibe vorzugsweise des anderen Lenkerendstücks angeordnete Reibschweißring dient gleichzeitig zur Bereitstellung einer definierten Menge von schmelzflüssiger Thermoplastmasse bei der Erstellung der Reibschweißverbindung.
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Vorzugsweise ist dabei – in Axialrichtung des Lenkerelements gemessen – die Dicke des Überlaufschutzrings wesentlich geringer als die Dicke des Reibschweißrings. Hiermit wird gewährleistet, dass der reibende Kontakt zwischen den Verbindungsscheiben bzw. Schweißkontaktflächen der beiden Lenkerendstücke, die zur Erzeugung der Reibschweißverbindung gegeneinander in Rotation versetzt und axial aufeinander zu bewegt werden, zuerst im Bereich des Reibschweißrings stattfindet.
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Auf diese Weise wird zuerst der Reibschweißring aufgeschmolzen und stellt somit eine definierte Menge von schmelzflüssiger Thermoplastmasse in einem definierten radialen Bereich zwischen den Verbindungsscheiben der beiden Lenkerendstücke bereit. Aufgrund der gegenüber dem Reibschweißring geringeren axialen Dicke des Überlaufschutzrings kommt der Überlaufschutzring – bei der weiteren Annäherung der beiden Lenkerendstücke während des Rotationsreibschweißens – somit erst später mit der gegenüberliegenden Verbindungsscheibe in Kontakt, wird daher nicht oder nur geringfügig aufgeschmolzen, und kann die schmelzflüssige Masse des Reibschweißrings somit sicher einschließen.
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Insgesamt dient die Gestaltung der Verbindungsscheiben mit der charakteristischen Anordnung und Dimensionierung des Reibschweißrings und des Überlaufschutzrings somit der Sicherstellung einer reproduzierbar einwandfreien Verschweißung zwischen den beiden Lenkerendstücken.
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Eine weitere, besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass ein erstes Lenkerendstück im Bereich der Schweißverbindung einen mehrstufigen Schweißdorn, und das andere Lenkerendstück eine zu dem Schweißdorn des ersten Lenkerendstücks form- und funktionskorrespondierende Schweißausnehmung aufweist. Vorzugsweise umfasst dabei der mehrstufige Schweißdorn des ersten Lenkerendstücks eine Suchspitze, einen im Wesentlichen zylindrischen Zentrierabschnitt sowie einen zwischen Suchspitze und Zentrierabschnitt angeordneten kegelabschnittförmigen Übergangsbereich. Gleichzeitig umfasst die Schweißausnehmung des anderen Lenkerendstücks einen zu dem zylindrischen Zentrierabschnitt des ersten Lenkerelements maß- und formkorrespondierenden, zylindrischen Gegenabschnitt.
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Die Suchspitze, der kegelabschnittförmige Übergangsbereich und der zylindrische Zentrierabschnitt des ersten Lenkerendstücks sowie der Gegenabschnitt am anderen Lenkerendstück sorgen im gegenseitigen Zusammenwirken dafür, dass die beiden Lenkerendstücke bei der Einleitung des Rotationsreibschweißens (bei der die beiden Lenkerendstücke noch voneinander getrennt sind und aufeinander zu bewegt werden) auch dann ihre korrekte, koaxiale Relativposition zur Erzeugung der Schweißnaht finden und einnehmen, wenn geringfügige Ungenauigkeiten beispielsweise in der Einspannung der Lenkerendstücke oder am Schweißautomaten vorhanden sind. Insbesondere findet die Suchspitze des einen Lenkerendstücks die Schweißausnehmung des anderen Lenkerendstücks auch bei geringfügigen lateralen Abweichungen zwischen den beiden Lenkerendstücken. Die lateralen Abweichungen werden – bei der weiteren Annäherung der beiden Lenkerendstücke – durch Gleiten am kegelabschnittförmigen Übergangsbereich korrigiert, und schließlich erfolgt eine exakte gegenseitige Zentrierung der beiden Lenkerendstücke durch den zylindrischen Zentrierabschnitt und dessen Eingriff in den entsprechenden, zylindrischen Gegenabschnitt in der Schweißausnehmung des anderen Lenkerendstücks.
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Bevorzugt umfasst der Schweißdorn des ersten Lenkerendstücks sowie die Schweißausnehmung des anderen Lenkerendstücks zudem jeweils im Wesentlichen zylindrische, zueinander formkorrespondierende, radiale Reibschweißbereiche, deren Abmessungen (im nicht verschweißten Zustand) miteinander eine Presspassung bilden. Dies bedeutet, dass sich beim Rotationsreibschweißen der beiden Lenkerendstücke – zusätzlich zu der Schweißnaht im stirnseitigen Bereich der beiden Lenkerendstücke bzw. im Bereich der der beiden Verbindungsscheiben – auch im Bereich des Schweißdorns und der Schweißausnehmung eine weitere Schweißnaht ausbildet. Die Schweißnaht im Bereich des Schweißdorns und der Schweißausnehmung entsteht dadurch, dass – aufgrund des Übermaßes des am Schweißdorn angeordneten Reibschweißbereichs gegenüber dem zugehörigen Reibschweißbereich der Schweißausnehmung des anderen Lenkerendstücks – auch zwischen Schweißdorn und Schweißausnehmung Reibungswärme entsteht, durch die auch die Oberflächen der beiden radialen Reibschweißbereiche von Schweißdorn und Schweißausnehmung aufgeschmolzen und miteinander verschweißt werden.
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Die Erfindung wird unabhängig davon verwirklicht, wie die Lagerbereiche des Lenkerelements konstruktiv ausgebildet sind. Eine Ausführungsform der Erfindung jedoch sieht vor, dass die beiden Lageraufnahmen der beiden Lenkerendstücke zwei verschiedene Lagertypen enthalten. So kann beispielsweise ein Lenkerendstück zur Aufnahme eines Elastomerlagers, und das andere Lenkerendstück zur Aufnahme eines Kugelgelenks vorbereitet bzw. ausgebildet sein. Generell lässt sich die Erfindung mit allen Lagertypen verwirklichen, die bei Pendelstützen zum Einsatz kommen können, also beispielsweise mit Buchsenlagern, Elastomerlagern, Kugelhülsengelenken oder mit Kugelgelenken in Radial- oder Axialbauweise.
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Im Hinblick auf eine hohe Variabilität des Lenkerelements sieht eine weitere, besonders bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung vor, dass die Lenkerendstücke, aus denen das Lenkerelement gebildet ist, Elemente eines modularen Baukastensystems zur Darstellung unterschiedlichster Lenkerelemente mit unterschiedlichen Längen, unterschiedlichen Verdrehwinkel und/oder unterschiedlichen Lagertypen sind. Unter einem "modularen Baukastensystem" soll im Sinne der Erfindung dabei ein System aus einer Anzahl von unterschiedlichen Lenkerendstück-Varianten verstanden werden, welche "modular", also als Bausteine, zur Darstellung entsprechender Lenkerelemente bereitgestellt sind und aus dem Baukastensystem ausgewählt werden können.
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Dies bedeutet mit anderen Worten, dass je nach Anwendungsfall die Lenkerendstücke so aus dem Umfang des Baukastensystems gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung ausgewählt werden können, dass ein Lenkerelement mit der gewünschten Länge und/oder den gewünschten Lagertypen entsteht, wobei gleichzeitig der Verdrehwinkel zwischen den beiden Lagern bzw. Lenkerendstücken dank der Rotationsreibschweißung problemlos beliebig gewählt werden kann. Auf diese Weise lässt sich mit einer in dem Baukastensystem enthaltenen, überschaubaren Variantenzahl von Lenkerendstücken eine fast unbegrenzte Vielfalt an Lenkerelementen darstellen, ohne dass jeweils eigene Spritzgusswerkzeuge hergestellt oder gerüstet werden müssten. Unterschiedlichste Lenkerelemente für verschiedenste Einsatzzwecke lassen sich somit praktisch verzögerungsfrei und ohne nennenswerte Stückkostenerhöhung in fast jeder Stückzahl bereitstellen.
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Ein wichtiges Anwendungsbeispiel für Pendelstützen bzw. Lenkerelemente mit unterschiedlichem Verdrehwinkel zwischen den beiden Lageraufnahmen bzw. Lenkerendstücken ist der paarweise Einsatz derartiger Lenkerelemente am Kraftfahrzeug, wobei die fahrzeugbezogen linken bzw. rechten Lenkerelemente weitestgehend identisch, jedoch spiegelbildlich zueinander ausgebildet sind. In diesem Fall können die beiden spiegelbildlich ausgebildeten Lenkerelemente dank der Erfindung anhand zweier identischer Paare von Lenkerendstücken dargestellt werden, wobei sich die Lenkerelemente lediglich durch unterschiedliche (spiegelbildliche) Verdrehwinkel zwischen den beiden Lenkerendstücken unterscheiden.
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Im Hinblick auf den Einsatz der Erfindung bei hoher Variantenvielfalt sowie im Rahmen eines modularen Baukastensystems kann das Lenkerelement auch im Wesentlichen dreiteilig ausgebildet werden, bestehend aus zwei Lagerbereichen (wobei jeder Lagerbereich einstückig einen kurzen Strebenendabschnitt umfasst) sowie aus einem separat gefertigten, im Wesentlichen stabförmigen Strebenabschnitt. Hierbei können die beiden Lagerbereiche mit den angeformten Strebenendabschnitten insbesondere als identische Gleichteile ausgebildet werden, wodurch ebenfalls lediglich zwei Werkzeuge zur Erzeugung des Lenkerelements benötigt werden.
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Dabei kann ferner das Werkzeug zur Erzeugung des stabförmigen Strebenabschnitts modular ausgelegt sein, insbesondere indem es konstruktiv in zwei spiegelbildlich gleiche Werkzeug-Endabschnitte und ein (je nach Länge des zu erzeugenden Strebenabschnitts) zwischen den Endabschnitten angeordnetes Einsatzteil mit konstantem Querschnitt aufgeteilt wird. Auf diese Weise lassen sich – insbesondere bei einer hohen Variantenvielfalt und/oder relativ kleinen Stückzahlen – die anteiligen Betriebsmittelkosten weiter reduzieren.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand lediglich Ausführungsbeispiele darstellender Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt:
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1: zunächst ein aus dem Stand der Technik bekanntes, einstückiges Spritzguss-Lenkerelement;
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2: eine Ausführungsform eines Lenkerelements gemäß der vorliegenden Erfindung mit Blickrichtung auf ein kürzeres Lenkerendstück;
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3: das Lenkerelement gemäß 2 mit Blickrichtung auf das längere Lenkerendstück; und
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4: die beiden Lenkerendstücke des Lenkerelements gemäß 2 und 3 vor der Verschweißung.
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1 zeigt zunächst ein aus dem Stand der Technik bekanntes Lenkerelement aus spritzgegossenem thermoplastischem Kunststoff. Das Lenkerelement umfasst einen stabförmigen Strebenabschnitt 1 sowie zwei einstückig mit dem Strebenabschnitt ausgebildete Lageraufnahmen bzw. Lagerbereiche 2, 3. Die Lagerbereiche können je nach Bedarf zur Aufnahme unterschiedlicher Lager wie beispielsweise Elastomerlager oder Kugelgelenke ausgebildet sein.
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Man erkennt, dass das bekannte Lenkerelement jeweils nur für einen spezifischen Anwendungsfall geeignet ist, bei dem ein bestimmter Abstand zwischen den Lagerbereichen 2, 3 sowie ebenso ein bestimmter Verdrehwinkel (hier Verdrehwinkel = 0°) zwischen den beiden Lagerbereichen 2, 3 erforderlich ist. Für jeden neuen Anwendungsfall, der einen anderen Abstand und/oder einen anderen Verdrehwinkel zwischen den beiden Lagerbereichen 2, 3 erfordert, muss somit ein eigenes Spritzgusswerkzeug hergestellt und/oder gerüstet werden.
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Die 2 bis 4 zeigen ein Lenkerelement gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in den 2 und 3 ersichtlich, weist das Lenkerelement wieder zwei Lagerbereiche 2, 3 sowie einen Strebenabschnitt 4 auf. Das Lenkerelement gemäß 2 bis 4 setzt sich jedoch aus zwei Lenkerendstücken 5 und 6 zusammen, wobei der Strebenabschnitt 4 sich zweigeteilt aus den beiden Strebenendabschnitten 7 und 8 zusammensetzt. Die beiden Lenkerendstücke 5 und 6 sind mittels einer Rotationsreibschweißverbindung bei 9 stoffschlüssig miteinander verbunden. Auf diese Weise kann durch geeignete Auswahl von Lenkerendstücken 5, 6, (insbesondere aus einem modularen Baukastensystem, welches Lenkerendstücke 5, 6 mit unterschiedlichen Längen und/oder unterschiedlich ausgebildeten Lagerbereichen 2, 3 beispielsweise für Elastomergelenke oder Kugelgelenke enthält) sowie durch geeignete Festlegung eines Verdrehwinkels α bei der Erzeugung der Reibschweißverbindung 9 eine nahezu beliebige Vielzahl an Varianten von Lenkerelementen bereitgestellt werden, ohne dass hierzu eigens Spritzgusswerkzeuge hergestellt bzw. gerüstet werden müssten.
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Als Material für das Lenkerelement kommt aufgrund der vorteilhaften Eigenschaften (Festigkeit, Zähigkeit, Elastizität, Temperatur- und Schmierstoffbeständigkeit) vorzugsweise faserverstärktes Polyamid in Betracht.
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4 zeigt die beiden Lenkerendstücke 5, 6, aus denen sich das Lenkerelement gemäß 2 und 3 zusammensetzt, vor der Verschweißung der beiden Lenkerendstücke 5, 6.
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In 4 wird insbesondere die Gestaltung der Strebenabschnitte 7, 8 im Bereich der späteren Rotationsreibschweißverbindung deutlich. Zunächst einmal tragen beide Strebenabschnitte 7, 8 an den Enden jeweils eine Verbindungsscheibe 10, 11. Die Verbindungsscheiben 10, 11 dienen der späteren, definierten Erzeugung der Schweißnaht beim Rotationsreibschweißen. Ferner trägt das zeichnungsbezogen linke Lenkerendstück 6 auf der Verbindungsscheibe 10 einen Schweißdorn 12, welcher eine Anzahl unterschiedlicher Funktionsbereiche 14, 15, 16, 17 aufweist. Die Schweißausnehmung 13 im zeichnungsbezogen rechten, längeren Lenkerendstück 5 weist entsprechend Funktionsbereiche auf, die zu den Funktionsbereichen 14, 15, 16, 17 des Schweißdorns 12 form- bzw. funktionskorrespondierend ausgebildet sind.
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Der Schweißdorn 12 umfasst eine Suchspitze 14, einen kegelabschnittförmigen Übergangsbereich 15, einen zylindrischen Zentrierabschnitt 16 sowie einen radialen Reibschweißbereich 17. Ferner weist die Verbindungsscheibe 10 des Lenkerendstücks 6 einen radial außen liegenden Überlaufschutzring 18 und die Verbindungsscheibe 11 des Lenkerendstücks 8 einen auf der Verbindungsscheibe 11 radial innen angeordneten Reibschweißring 19 auf.
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Die Suchspitze 14 des Schweißdorns 12 dient zusammen mit dem kegelabschnittförmigen Übergangsbereich 15 und dem zylindrischen Zentrierabschnitt 16 der automatischen Zentrierung der beiden Lenkerendstücke 6, 8, wenn diese in der Reibschweißvorrichtung aufeinander zu bewegt werden. Hierzu weist die Schweißausnehmung 13 des anderen Lenkerendstücks 8 einen zum Zentrierabschnitt 16 des Schweißdorns 12 formkorrespondierenden, zylindrischen Gegenabschnitt auf (in 4 weitestgehend verdeckt), in welchen der Zentrierabschnitt 16 des Schweißdorns 12 spielfrei eingreifen kann, und somit die exakte Ausrichtung und Zentrierung der Enden der beiden Lenkerendstücke 5, 6 vor und während der Rotationsschweißung sicherstellt.
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Der an der Verbindungsscheibe 11 des zeichnungsbezogen rechten Lenkerendstücks 5 angeordnete Reibschweißring 19 dient der Bereitstellung einer exakt definierten Menge von schmelzflüssiger Thermoplastmasse während des Reibschweißvorgangs. Gleichzeitig dient der an der Verbindungsscheibe 10 des zeichnungsbezogen linken Lenkerendstücks 6 angeordnete Überlaufschutzring 18 dem radialen Einschluss der schmelzflüssigen Thermoplastmasse während des Reibschweißvorgangs. Auf diese Weise wird reproduzierbar eine definierte Schweißnaht erzeugt, und die Entstehung eines Schweißgrats fast vollständig vermieden.
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Der Reibschweißring 19 ist in Axialrichtung des Lenkerelements dabei deutlich dicker ausgeführt als der Überlaufschutzring 18. Hierdurch wird sichergestellt, dass der Reibschweißring 19 aufgeschmolzen wird, bevor die stirnseitige Fläche des Überlaufschutzrings 18 beim Schweißvorgang mit der Verbindungsscheibe 11 des gegenüberliegenden Lenkerendstücks 5 in Kontakt kommt und dadurch ebenfalls erwärmt bzw. teilweise aufgeschmolzen wird. Die hierdurch definierte Reihenfolge und abgestufte Intensität des Aufschmelzens von Reibschweißring 19 und Überlaufschutzring 18 stellt den sicheren Einschluss der durch den Reibschweißring 19 bereitgestellten schmelzflüssigen Thermoplastmasse durch den Überlaufschutzring 18 sicher.
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Zur Ausbildung einer besonders festen Reibschweißverbindung weisen der Schweißdorn 12 des zeichnungsbezogen linken Lenkerendstücks 6 und die Schweißausnehmung 13 im zeichnungsbezogen rechten Lenkerendstück 5 jeweils radiale, zueinander form- und funktionskorrespondierende Reibschweißbereiche 17, 20 auf. Die Reibschweißbereiche 17, 20 sind dabei so ausgebildet, dass sie im (gedachten) zusammengesteckten Zustand der beiden Lenkerendstücke 5, 6 eine Presspassung bzw. ein gegenseitiges Übermaß bilden. Dies führt dazu, dass beim Reibschweißvorgang, der unter gegenseitiger Rotation und gleichzeitiger axialer Annäherung zwischen den beiden Lenkerendstücken 5, 6 erfolgt, eine stoffschlüssige Schweißverbindung nicht nur im Bereich der beiden Verbindungsscheiben 10, 11 erzeugt wird. Vielmehr werden zudem auch die beiden Reibschweißbereiche 17, 20 – aufgrund des gegenseitigen Übermaßes sowie aufgrund der gegenseitigen Rotation – durch Reibungswärme erhitzt, aufgeschmolzen und schließlich miteinander verschweißt.
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Auf diese Weise wird im Ergebnis ein Lenkerelement erhalten, welches einem einstückig spritzgegossenen Lenkerelement bezüglich der Festigkeitswerte und Belastbarkeiten nicht nachsteht, dabei jedoch den entscheidenden Vorteil der fast beliebigen Variabilität im Hinblick auf Länge, Verdrehwinkel und Lagertypen im Sinne eines modularen Baukastensystems aufweist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Strebenabschnitt
- 2, 3
- Lageraufnahme, Lagerbereich
- 4
- Strebenabschnitt
- 5, 6
- Lenkerendstück
- 7, 8
- Strebenendabschnitt
- 9
- Rotationsreibschweißverbindung
- 10, 11
- Verbindungsscheibe
- 12
- Schweißdorn
- 13
- Schweißausnehmung
- 14
- Suchspitze
- 15
- kegelabschnittförmiger Übergangsbereich
- 16
- Zentrierabschnitt
- 17
- radialer Reibschweißbereich
- 18
- Überlaufschutzring
- 19
- Reibschweißring
- 20
- radialer Reibschweißbereich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004042964 A1 [0006]
