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Die Erfindung betrifft eine Koppelstange für eine Radaufhängung, mit einem mittleren Abschnitt, der zwei Endbereiche miteinander verbindet, in denen jeweils ein Montageauge zur Aufnahme eines Lagers oder Gelenks ausgebildet ist, wobei zumindest der jeweilige Endbereich durch mehrere sich senkrecht zu einer äußeren Mantelfläche der Koppelstange erstreckende Rippen verstärkt ist.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Radaufhängung für ein Kraftfahrzeug. Ferner hat die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Koppelstange zum Gegenstand, wobei die Koppelstange mit einem mittleren Abschnitt und zwei Endbereichen hergestellt wird, wobei die durch den mittleren Abschnitt miteinander verbundenen Endbereiche mit jeweils einem Montageauge zur Aufnahme eines Lagers oder Gelenks ausgebildet werden, wobei zur Verstärkung zumindest des jeweiligen Endbereichs mehrere radiale Rippen angeformt werden.
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Eine Koppelstange der eingangs genannten Art wird in Kraftfahrzeugen zur Anbindung eines Wankstabilisators an einem Radführungslenker oder einem Achsschenkel eingesetzt und ist mittels eines Lagers an dem Wankstabilisator sowie eines weiteren Lagers an dem Radführungslenker oder dem Achsschenkel angelenkt. Eine solche Koppelstange weist in den Endbereichen jeweils ein Montageauge zur Aufnahme eines Lagers auf. Die Koppelstange nimmt über die beiden Lager in den Endbereichen Zug- und Druckkräfte auf, die unter einem kardanischen Winkel in die Koppelstange eingeleitet werden. Zur Verstärkung der Endbereiche sind mehrere radiale Rippen angeformt, da in den Endbereichen der Koppelstange die mechanischen Belastungen aufgrund des kardanischen Effekts am höchsten sind.
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Aus der
DE 10 2009 049 231 A1 geht eine Koppelstange für eine Radaufhängung hervor. Die Koppelstange weist einen mittleren Abschnitt auf, der zwei ringförmige Endbereiche miteinander verbindet. In den Endbereichen ist jeweils ein Montageauge zur Aufnahme eines Lagers ausgebildet, wobei zumindest der jeweilige Endbereich durch drei Rippen verstärkt ist, die sich senkrecht zur äußeren Mantelfläche der Koppelstange erstrecken. Die in den Endbereichen angeordneten Rippen liegen in jeweils senkrecht zur jeweiligen Achse der Montageaugen liegenden Ebenen. Die Erstreckung der mittleren Rippe senkrecht zu der äußeren Mantelfläche der Koppelstange ist dabei größer als die der beiden äußeren Rippen. Die partielle Überdimensionierung dient dazu, die unter einem kardanischen Winkel auf die Koppelstange übertragenen Zug- und Druckkräfte dauerhaft aufnehmen zu können.
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Ausgehend vom vorstehend beschriebenen Stand der Technik ist es nun die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Koppelstange zu schaffen, welches sich bei geringem Gewicht durch eine hohe Belastbarkeit auszeichnet.
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Diese Aufgabe wird aus vorrichtungstechnischer Sicht ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Eine Radaufhängung, bei welcher zumindest ein erfindungsgemäßes stabförmiges Bauteil zur Anwendung kommt, ist ferner Gegenstand von Anspruch 11. Aus verfahrenstechnischer Sicht erfolgt eine Lösung der Aufgabe ausgehend vom Oberbegriff des nebengeordneten Anspruchs 12 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen. Die hierauf jeweils folgenden, abhängigen Ansprüche geben jeweils vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
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Gemäß der Erfindung wird eine Koppelstange für eine Radaufhängung mit einem mittleren Abschnitt, welcher zwei Endbereiche miteinander verbindet, vorgeschlagen, in denen jeweils ein Montageauge zur Aufnahme eines Lagers oder Gelenks ausgebildet ist, wobei zumindest der jeweilige Endbereich durch mehrere radiale Rippen verstärkt ist.
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Erfindungsgemäß sind in dem jeweiligen Endbereich zwei äußere Rippen und zumindest eine dazwischenliegende innere Rippe in jeweils senkrecht zur jeweiligen Achse eines Montageauges liegenden, axial beabstandeten Ebenen angeordnet sind in parallelen Ebenen liegend angeordnet, wobei eine Erstreckung der beiden äußeren Rippen senkrecht zur der äußeren Mantelfläche größer als eine Erstreckung der zumindest einen inneren Rippe senkrecht zur der Mantelfläche ist. Die äußeren und inneren Rippen sind sich senkrecht zur Achse des jeweiligen Montageauges auf der äußeren Mantelfläche der Koppelstange erstreckend angeordnet. Die mechanischen Belastungen sind in den äußeren Randbereichen der die Montageaugen aufweisenden Endbereiche aufgrund des kardanischen Effektes am größten, so dass die äußeren Rippen an den Außenseiten der Endbereiche eine größere Erstreckung aufweisen als die zumindest eine innere Rippe. Auf diese Weise lässt sich der Materialbedarf bei der Herstellung der Koppelstange reduzieren, wobei die notwendige mechanische Belastbarkeit in den Endbereichen gegeben bleibt. Mit der Materialreduzierung geht eine entsprechende Gewichtsreduzierung einher. Zudem lässt sich eine Bauraumreduzierung erreichen,
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Dagegen ist bei der Koppelstange der
DE 10 2009 049 231 A1 eine Ausgestaltung der Endbereiche vorgesehen, bei welcher die beiden äußeren Rippen zwar eine kleinere Erstreckung senkrecht zu der Mantelfläche als die eine innere Rippe aufweisen, sich die Erstreckung der äußeren Rippen jedoch an der maximal auftretenden Belastung orientiert. Dies führt zu einer Überdimensionierung des Endbereiches selbst, um die mechanischen Belastungen dauerhaft aufnehmen zu können.
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Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Koppelstange hat gegenüber der aus der
DE 10 2009 049 231 A1 bekannten Koppelstange den weiteren Vorteil, dass eine Bauraumreduzierung erreicht wird.
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Besonders bevorzugt können zumindest zwei innere Rippen vorgesehen sein, wodurch sich eine Erhöhung der Stabilität der Koppelstange erreichen lässt.
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Ferner kann ein jeweiliger axialer Abstand zwischen Ebenen einer äußeren Rippe und einer zu dieser benachbarten inneren Rippe kleiner sein als der axiale Abstand zwischen den Ebenen zweier benachbarter innerer Rippen. Zusätzlich zu den unterschiedlich dimensionierten äußeren Rippen und inneren Rippen lassen sich durch die Wahl des Abstands zwischen den Ebenen der äußeren Rippen und den Ebenen der zu diesen benachbarten inneren Rippen einerseits sowie zwischen den Ebenen benachbarter innerer Rippen andererseits unterschiedliche Spannungen, die vom Lager oder Gelenk auf den Endbereich übertragen werden, absorbieren.
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Bevorzugt kann die Erstreckung der inneren Rippen ausgehend von den äußeren Rippen zur Mitte der Mantelfläche der Koppelstange hin abnehmen. Die Erstreckung der inneren Rippen folgt dabei dem jeweiligen Verlauf der mechanischen Belastung von Druckkräften bzw. Spannungen, die aufgrund der unter dem kardanischen Winkel eingeleiteten Zugkräfte auftreten. Während die mechanischen Belastungen am Außenrand der Montageaugen in dem jeweiligen Endbereich am größten sind, nehmen diese nach innen zur Mitte der Koppelstange hin ab.
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Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung können sich die äußeren und zumindest eine innere Rippe in Längsrichtung der Koppelstange über deren gesamte äußere Mantelfläche erstrecken. Dabei liegen die äußeren und die zumindest eine innere Rippe in parallelen Ebenen gleicher Orientierung. Dies trägt zu einer erhöhten Verwindungssteifigkeit der Koppelstange bei.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung können die äußeren Rippen und die zumindest eine innere Rippe durch mehrere quer zu diesen verlaufende Stege miteinander verbunden sein. Hierdurch lässt sich die Stabilität und Verwindungssteifigkeit der Koppelstange sicherstellen. Die querverlaufenden Stege sind annähernd äquidistant zueinander in Längsrichtung der Koppelstange verteilt angeordnet. Gleichzeitig wird das Gewicht der Koppelstange durch eine weitere Materialersparnis reduziert.
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Dabei können die querverlaufenden Stege eine kleinere Erstreckung senkrecht zu der äußeren Mantelfläche aufweisen als die äußeren Rippen. Insbesondere kann die Erstreckung der der Stege höchstens der Erstreckung der zumindest einen inneren Rippe entsprechen. Die Materialanhäufung bei der Herstellung der Koppelstange wird auf das Notwendige reduziert.
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Bevorzugt kann die Koppelstange als ein Spritzgussteil ausgebildet sein. Die Ausbildung der Koppelstange als Spritzgussteil ermöglicht eine kostengünstige Fertigung in hoher Stückzahl. Besonders bevorzugt kann die Koppelstange aus einem Kunststoff, insbesondere einem Thermoplast, hergestellt werden.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung kann in die als ein Spritzgussteil ausgebildete Koppelstange zumindest ein Einlegeelement aus einem metallischen Werkstoff eingebettet sein. Durch das Einbetten des Einlegeelementes in ein Spritzgusswerkzeug, welches der Herstellung der Koppelstange im Spritzgussverfahren dient, wird dieses bei der Ausbildung der Koppelstange umspritzt. Hierzu weist das zumindest eine Einlegeelemente eine mit der zu fertigenden Koppelstange korrespondierende Querschnittsform auf. Bevorzugt kann das Einlegeelement aus einem Stahl hergestellt sein. Durch das Ausbilden der Koppelstange als eine Kunststoff-Stahl-Hybridkoppelstange lässt sich die Steifigkeit deutlich erhöhen. Durch diese Maßnahme wird die Steifigkeit der Koppelstange generell erhöht. Zusätzlich im Zusammenspiel mit dem erfindungsgemäßen Rippendesign ermöglicht dies ein optimiertes Design hinsichtlich Steifigkeit, Bauraum- und Materialreduzierung sowie Kosten.
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Ein weiterer positiver Aspekt der Verwendung zumindest eines Einlegeelementes aus einem metallischen Werkstoff zur Versteifung der Koppelstange besteht darin, dass sich dadurch längere Koppelstangen realisieren lassen, da auch das Knickverhalten bei einer Druckbelastung wesentlich erhöht wird. Es lassen sich auf diese Weise größere Abstände zwischen zwei Lager- oder Gelenkpunkten verbinden.
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Weiterhin kann das jeweilige Montageauge der Koppelstange zur Aufnahme eines Gelenks in Form eines Gummilagers, eines Drehgelenks, eines Kugelgelenks oder dergleichen eingerichtet sein.
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Bevorzugt umfasst eine Radaufhängung für ein Kraftfahrzeug zumindest eine erfindungsgemäß gestaltete Koppelstange.
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Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung einer Koppelstange für eine Radaufhängung vorgeschlagen, wobei die Koppelstange mit einem mittleren Abschnitt und zwei Endbereichen hergestellt wird, wobei die durch den mittleren Abschnitt miteinander verbundenen Endbereiche mit jeweils einem Montageauge zur Aufnahme eines Lagers oder Gelenks ausgebildet werden, wobei zur Verstärkung zumindest des jeweiligen Endbereichs mehrere sich senkrecht zur äußeren Mantelfläche der Koppelstange erstreckende Rippen vorgesehen sind. Für eine optimierte, material- und bauraumreduzierte Ausgestaltung der Koppelstange ist vorgesehen, dass in dem jeweiligen Endbereich zwei äußere Rippen und zumindest eine dazwischenliegende innere Rippe in jeweils senkrecht zu einer jeweiligen Achse eines Montageauges liegenden, axial beabstandeten Ebenen liegend angeformt werden, wobei eine Erstreckung der beiden äußeren Rippen senkrecht zu der Mantelfläche der Koppelstange größer als eine Erstreckung der zumindest einen innere Rippen senkrecht zu der Mantelfläche ausgeführt wird. Die für die Verstärkung bzw. Versteifung der Endbereiche angeformten Rippen werden entsprechend des aufgrund des kardanischen Effekts auftretenden Belastungsverlaufes ausgebildet. Daher weisen die beiden äußeren Rippen im Außenbereich eine größere Erstreckung auf als die zumindest eine innere Rippe im Innenbereich. Im mittleren Bereich der Endbereiche können bei einem Vorsehnen von mehr als einer inneren Rippe die inneren Rippen, in Abhängigkeit von dem Verlauf der mechanischen Belastungen, eine minimale radiale Erstreckung aufweisen, da hier die auftretenden Belastungen infolge von Druckkräften bzw. Spannungen am geringsten sind. Das Fertigen der Koppelstange im Spritzgussverfahren wird durch die Materialreduktion kostengünstiger und ist schneller durchführbar.
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Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung, die nachfolgend erläutert werden, sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt:
- 1 eine perspektivische Ansicht einer Koppelstange gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
- 2 eine Teilschnittansicht durch ein Montageauge der Koppelstange;
- 3 eine perspektivische Ansicht einer Koppelstange gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung; und
- 4 eine Schnittansicht entlang der Linie A-A der Koppelstange gemäß 3.
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In 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Koppelstange 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Die Koppelstange 1 weist einen mittleren Abschnitt 2 auf, der zwei im Wesentlichen ringförmige Endbereiche 3 und 4 miteinander verbindet. In dem jeweiligen Endbereiche 3, 4 ist jeweils ein Gelenkpunkt oder Montageauge 5, 6 ausgebildet, welche als Gelenkpunkte gestaltet sind. In dem Montageauge 5 ist ein Gelenk in Form eines Gummilagers 7 und in dem Montageauge 6 ein - vorliegend nicht weiter im Detail dargestelltes - Gelenk in Form eines Kugelgelenks vorgesehen.
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Die Koppelstange 1 besteht aus einem Kunststoff, bevorzugt einem thermoplastischen Kunststoff oder Faser-Kunststoff-Verbund. Die Koppelstange 1 wird im Spritzgussverfahren hergestellt. Zwischen den Montageaugen 5 und 6 weist der mittlere Abschnitt 2 eine Verbindungsstruktur 8 auf, welche eine Verrippung ausbildet. Durch die Verrippung der Verbindungsstruktur 8 lässt sich eine Materialreduzierung erreichen, ohne die Stabilität gegenüber einer Ausbildung des mittleren Abschnitts aus dem Vollen zu reduzieren. Auf einer äußeren Mantelfläche 2a der Koppelstange 1 sind in Längsrichtung umlaufende äußere Rippen 9 und innere Rippen 10 ausgebildet, die sich senkrecht zu der äußeren Mantelfläche 2a erstrecken. Die äußeren Rippen 9 und die inneren Rippen 10 dienen der Verstärkung der Koppelstange 1. Die in dem jeweiligen Endbereich 2 bzw. 3 angeordneten beiden äußeren Rippen 9 und die zumindest zwei inneren Rippen 10 sind in jeweils senkrecht zu einer jeweiligen Längsachse 11 der Montageaugen 5, 6 orientierten, axial zueinander beabstandeten Ebenen liegend angeordnet.
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Zwischen den äußeren und inneren Rippen 9, 10 sind mehrere querverlaufende Stege 12 vorgesehen, die beabstandet zueinander gleichmäßig in Längsrichtung auf der äußeren Mantelfläche 2a der Koppelstange 1 verteilt positioniert sind. Durch die querverlaufenden Stege 12, welche die äußeren Rippen 9 und inneren Rippen 10 miteinander verbinden, wird dazu beigetragen, die erforderliche Verwindungssteifigkeit der Koppelstange 1 zu gewährleistet. Die Erstreckung der Stege 12 senkrecht zu der Mantelfläche 2a ist geringer als die der äußeren Rippen 9. Die Koppelstange 1 dient der Anbindung eines Wankstabilisators an einem Radführungslenker oder einem Achsschenkel und ist mittels des Gummilagers 7 an dem Wankstabilisator sowie eines weiteren Lagers oder Gelenks an dem Radführungslenker oder dem Achsschenkel angelenkt. Die Aufnahme der Druck- bzw. Zugkräfte erfolgt dabei nicht ausschließlich senkrecht zur Längsachse 11 der Montageaugen 5, 6, sondern unter einem kardanischen Winkel geneigt.
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Die Darstellung in 2 zeigt eine Teilschnittansicht durch das Montageauge 5 im Endbereich 3 der Koppelstange 1. Der nachstehend beschriebene Aufbau des Endabschnittes 3 gilt entsprechend auch für den gegenüberliegenden Endabschnitt 4 der Koppelstange 1. Wie in 2 zu erkennen ist, weisen die äußeren Rippen 9 eine Erstreckung Ra senkrecht zu der äußeren Mantelfläche 2a auf, die größer ist, als eine Erstreckung Ri der inneren Rippen 10 senkrecht zu der äußeren Mantelfläche 2a. Zwischen den äußeren Rippen 9 ist zumindest eine innere Rippe 10 angeordnet. In dem in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind drei innere Rippen 10 vorgesehen, die von den äußeren Rippen 9 flankiert sind.
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Die Erstreckung der inneren Rippen 10 senkrecht zu der äußeren Mantelfläche 2a nimmt ausgehend von den äußeren Rippen 9 zur Mitte der Mantelfläche 2a der Koppelstange 1 hin ab. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die mittig angeordnete innere Rippe 10 eine geringe Erstreckung senkrecht zu der äußeren Mantelfläche 2a aufweist als die zu ihr benachbarten inneren Rippen 10. Alternativ weist eine, wie in der 2 dargestellt, das jeweilige Montageauge 5 ,6 der Endabschnitt 3, 4 in Umfangsrichtung begrenzende innere Mantelfläche einen keilförmigen Verlauf auf, wie in der 2 dargestellt. Ein jeweiliger äußerer axialer Abstand 13 zwischen den Ebenen der äußeren Rippen 9 und den Ebenen unmittelbar benachbarten inneren Rippen 10 ist kleiner als ein jeweiliger innerer axialer Abstand 14 zwischen den Ebenen zueinander benachbarter innerer Rippen 10.
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Die durch das Gummilager 7 in den Endbereich 3 eingeleitete mechanische Belastung in Form einer Druckkraft wird durch einen Pfeil 15 veranschaulicht. Die Einleitung der Druckkraft 15 erfolgt dabei unter einem kardanischen Winkel α. Dies führt zu einem Spannungsverlauf, der durch Pfeile 16 unterschiedlicher Größe veranschaulicht wird. Der Spannungsverlauf 16 nimmt ausgehend vom äußeren Randbereich des Gummilagers 7 in axialer Richtung nach innen zur Mitte des Gummilagers 7 bzw. Montageauges 5 hin ab. Korrespondierend mit dem durch die Pfeile 16 dargestellten Spannungsverlauf sind die aufzunehmenden mechanischen Belastungen an den Außenseiten der Koppelstange 1 am größten und nehmen zur Mitte der Koppelstange 1 hin ab. Entsprechend ist für eine ausreichende Stabilität der Koppelstange 1 vorgesehen, dass die äußeren Rippen 9 die höchste Erstreckung senkrecht zu der äußeren Mantelfläche 2a aufweisen, während die inneren Rippen 10 eine geringere Erstreckung aufweisen. Dieses optimierte Rippendesign hat den Vorteil, dass sich bei der Herstellung der Koppelstange 1 Material und somit Gewicht einsparen lässt, ohne dabei die erforderliche Steifigkeit zu beeinflussen.
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3 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Koppelstange 20 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Diese Koppelstange 20 unterscheidet sich von der vorstehend beschriebenen Variante dadurch, dass diese durch zumindest ein im Wesentlichen plattenförmiges Einlegeelement 21, welches in 3 separat dargestellt ist, verstärkt wird. Im Übrigen ist die Koppelstange 20 identisch ausgebildet, so dass für gleiche Bauteile die Bezugszeichen gemäß der ersten Ausführungsform beibehalten werden. Das Einlegeelement 21 besteht aus einem metallischen Werkstoff, vorzugsweise aus einem Stahl. Bevorzugt kann die Oberfläche des zumindest einen Einlegeelementes 21 profiliert ausgebildet sein. Hierzu können beidseitig in Längsrichtung des Einlegeelementes 21 verlaufende Segmente 28 vorgesehen sein, die zumindest über abschnittsweise über die Oberfläche des Einlegeelementes 21 hervorstehen Das Einlegeelement 21 bildet die Kontur der Koppelstange 20 ab. Ein durchgehender Mittenabschnitt 22 verbindet zwei einander gegenüberliegende Endabschnitt 23, 24 miteinander. Die Endabschnitt 23, 24 weisen kreisförmige Öffnungen 25, 26 auf, der Durchmesser größer als der Durchmesser der Montageaugen 5, 6 der Koppelstange 21 ist. Der Mittenabschnitt 22 ist mit einer Vielzahl von Durchbrechungen 27 versehen. Die Durchbrechungen 27 ermöglichen das Hindurchtreten des Kunststoffmaterials, welches bei der Herstellung der Koppelstange 21 im Spritzgussverfahren verwendet wird.
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Die Darstellung in 4 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie A-A der Koppelstange 20 gemäß der 3. In die Koppelstange 20 ist das zumindest eine Einlegeelement 21 eingebettet dargestellt. Durch das Einlegeelement 21 lässt sich die Steifigkeit der Koppelstange 20 erhöhen. Darüber hinaus lässt sich die Koppelstange 20 länger ausführen, da durch das Einlegeelement 21 das Knickverhalten bei einer Druckbelastung wesentlich erhöht wird. Bei der Herstellung der Koppelstange 20 wird das Einlegeelement 21 in ein Spritzgusswerkzeug eingelegt und umspritzt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Koppelstange
- 2
- Mittlerer Abschnitt
- 2a
- Äußere Mantelfläche
- 3
- Endbereich
- 4
- Endbereich
- 5
- Montageauge
- 6
- Montageauge
- 7
- Gummilager
- 8
- Verbindungsstruktur
- 9
- Äußere Rippe
- 10
- Innere Rippe
- 11
- Längsachse
- 12
- Steg
- 13
- Äußerer axialer Abstand
- 14
- Innerer axialer Abstand
- 15
- Druckkraft
- 16
- Spannungsverlauf
- Ra
- radiale Erstreckung
- Ri
- radiale Erstreckung
- α
- Kardanischer Winkel
- 20
- Koppelstange
- 21
- Einlegeelement
- 22
- Mittenabschnitt
- 23
- Endabschnitt
- 24
- Endabschnitt
- 25
- Öffnung
- 26
- Öffnung
- 27
- Durchbrechung
- 28
- Segment
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009049231 A1 [0004, 0009, 0010]
