DE102022122215A1

DE102022122215A1 - Koppelstange

Info

Publication number: DE102022122215A1
Application number: DE102022122215.2A
Authority: DE
Inventors: Eduardo González Pérez; Arne Busch; Christian Friedrich
Original assignee: Muhr und Bender KG
Current assignee: Muhr und Bender KG
Priority date: 2022-09-01
Filing date: 2022-09-01
Publication date: 2024-03-07

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Koppelstange umfassend: ein aus einem runden Stahlmaterial hergestelltes Verbindungselement (3), das einen Strebenabschnitt (8) und an zumindest einem Ende einen abgeflachten Umformabschnitt (9, 9') aufweist; ein Gelenkelement (4, 4', 5, 5') mit einem Lagerteil (13, 13', 13") und einem Anschlussteil (14, 14', 14"), das eine Gelenkachse (A4, A5) definiert; wobei ein mit dem Umformabschnitt (9, 9') verbundener Verstärkungsabschnitt (11, 11') mit einer Öffnung (10, 10') vorgesehen ist, in der das Lagerteil (13, 13', 13") aufgenommen ist, wobei der Verstärkungsabschnitt (11, 11') das Lagerteil (13, 13', 13") zumindest über 120° um die Gelenkachse (A4, A5) umgreift; wobei eine größte Öffnungserstreckung (D11, D11') des Verstärkungsabschnitts (11, 11') größer ist als der Außendurchmesser (D8) des Strebenabschnitts (8); und ein Trägerelement (6, 7), das durch Umspritzen aus Kunststoff hergestellt ist, so dass der Umformabschnitt (9, 9'), der Verstärkungsabschnitt (11, 11') und das Lagerteil (13, 13') miteinander verbunden sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Koppelstange für ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs sowie ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Koppelstange.
Eine Koppelstange dient dazu, den Stabilisator mit dem Fahrwerk eines Fahrzeugs zu verbinden. Die während der Fahrt auftretenden Auf- und Abwärtsbewegungen eines Rades werden über die Koppelstangen an den Stabilisator weitergegeben. Wenn die Kräfte zwischen den Rädern einer Achse unterschiedlich sind, wird der Stabilisator belastet. Bei Kurvenfahrt wird das Wanken des Fahrzeugs somit reduziert und die Fahrstabilität erhöht.
Koppelstangen können an ihren Enden Kugelgelenke aufweisen, über die sie mit dem Fahrwerk beziehungsweise Stabilisator verbunden sind. Koppelstangen werden auch als Pendelstütze, Stabilisatorstrebe, Drehstabgestänge oder Achsstrebe bezeichnet.
Aus der DE 10 2017 207 164 A1 , entsprechend WO 002018197136 A1 , ist eine Achsstrebe für ein Fahrzeug bekannt, die ein Tragprofil und zwei Lasteinleitelemente aufweist. Das Tragprofil ist aus Faserkunststoffverbundmaterial ausgebildet und weist zwei endseitige Verbindungsbereiche auf, mit denen jeweils ein Lasteinleitungselement durch Klebeverbindung verbunden ist. Das Tragprofil ist endlosfaserverstärkt aus faserverstärktem Kunststoff ausgeformt. Das Tragprofil ist kontinuierlich mittels eines Pultrusionsverfahrens oder mittels eines Pulwindingverfahrens hergestellt.
Aus der EP 3 213 944 A1 ist ein Lenkerelement zum Verbinden einer Aufhängung und eines Stabilisators für eine Fahrzeugaufhängung bekannt. Das Lenkerelement umfasst einen Trägerstab, der durch plastisches Verformen eines hohlen Metallrohrs an seinen beiden Enden abgedichtet ist, und an jedem Ende ein aus Harz hergestelltes, an den Trägerstab angespritztes Gehäuseteil. Das Gehäuseteil weist eine Aufnahme für das Kugelteil eines Kugelzapfens auf, an dem die Aufhängung oder der Stabilisator befestigt ist.
Aus der DE 100 63 928 B4 ist ein Verbindungsstück zum gelenkigen Verbinden einer Pendelstütze im Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs bekannt. Das Verbindungsstück umfasst einen langgestreckten Metallkörper mit zwei Endbereichen, die jeweils mit dem Kunststoffgehäuse eines Gelenks verbunden sind, und einem zwischen diesen liegenden Mittelbereich. Die Endbereiche sind gegenüber dem Mittelbereich abgeflacht und haben eine Durchgangsöffnung, in der die Lageraufnahme eines Kugelzapfens einsitzt. Die Endbereiche des Metallkörpers und die endseitigen Lageraufnahmen sind formschlüssig durch Umspritzen mit einem Kunststoff miteinander verbunden.
Aus der EP 2 502 764 B1 ist ein Stabilisatorelement für eine Fahrzeugaufhängung bekannt. Das Stabilisatorelement umfasst einen aus zwei identischen Bauelementen gebildeten Längskörper, der an jedem Endabschnitt eine Öffnung aufweist, in der ein Gelenkelement angeordnet ist. Die beiden Bauelemente werden mittels mindestens eines plastisch verformten Halterungselementes zusammengehalten werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Koppelstange für ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs vorzuschlagen, die einfach herstellbar ist und eine sichere Verbindung in den Gelenkbereichen aufweist. Die Aufgabe liegt weiter darin, ein entsprechendes Verfahren vorzuschlagen, mit dem eine solche Koppelstange einfach und effizient hergestellt werden kann.
Zur Lösung der Aufgabe wird eine Koppelstange für ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen, umfassend: ein aus einem runden Stahlmaterial hergestelltes Verbindungselement, das einen Strebenabschnitt mit einem Außendurchmesser und einer Längsachse und an zumindest einem Ende einen gegenüber dem Strebenabschnitt zumindest teilweise abgeflachten Umformabschnitt aufweist; ein Gelenkelement mit einem Lagerteil und einem Anschlussteil, das eine Gelenkachse definiert; wobei ein mit dem Umformabschnitt verbundener Verstärkungsabschnitt mit einer Öffnung vorgesehen ist, in dem das Lagerteil des Gelenkelements aufgenommen ist, wobei der Verstärkungsabschnitt das Lagerteil zumindest über 120° um die Gelenkachse umgreift; wobei die größte innere Öffnungserstreckung des Verstärkungsabschnitts größer als der Außendurchmesser des Strebenabschnitts ist; und ein Trägerelement, das durch Umspritzen aus Kunststoff hergestellt ist, so dass der Umformabschnitt, der Verstärkungsabschnitt und das Lagerteil miteinander verbunden sind.
Ein Vorteil der Koppelstange ist, dass diese bei vergleichbarer Baugröße der Gelenkelemente eine Reduzierung des Durchmessers des Rundmaterials für den Verbindungsabschnitt ermöglicht, beziehungsweise, bei vergleichbarem Durchmesser des Rundmaterials für den Verbindungsabschnitt eine Vergrößerung der Gelenkelemente ermöglicht. Insgesamt wird damit das spezifische Gewicht verringert beziehungsweise die Leistungsdichte der Koppelstange vergrößert.
Der abgeflachte Umformabschnitt, welcher von dem Profil des Rundmaterials mit konstantem Querschnitt abweicht, kann durch einen Umformprozess hergestellt werden. Durch den abgeflachten Umformabschnitt kann eine sichere Verbindung zum Verstärkungsabschnitt sowie zum angespritzten Trägerelement beziehungsweise dem darin aufgenommenen Gelenkelement hergestellt werden. Der zumindest teilweise abgeflachte Umformabschnitt soll im Rahmen der vorliegenden Offenbarung als Optionen mit umfassen, dass der Umformabschnitt vollständig abgeflacht wird, oder nur teilweise, beispielsweise um mindestens 30 % gegenüber dem Ausgangsdurchmesser. Nach einer möglichen Ausgestaltung kann der Umformabschnitt eine kleinste Quererstreckung im Querschnitt aufweisen, die kleiner als das 0,5-fache, insbesondere kleiner als das 0,75-fache des kleinsten Durchmessers des Strebenabschnitts ist. Der Umformabschnitt ist insbesondere so gestaltet, dass eine sichere formschlüssige Verbindung gegen Verdrehen gegenüber dem angespritzten Trägerelement hergestellt ist.
Mit größter innerer Öffnungserstreckung ist im Rahmen der vorliegenden Offenbarung eine größte lichte Innenweite zwischen zwei einander gegenüberliegenden Bereichen des Verstärkungsabschnitts gemeint. Bei einem C-förmigen Verstärkungsabschnitt kann es sich um den größten Öffnungsabstand zwischen den beiden einander gegenüberliegenden Schenkeln, oder bei einem ringförmigen Verstärkungsabschnitt um den Innendurchmesser des Verstärkungsrings handeln.
Gemäß einer Ausführungsform kann die größte innere Öffnungserstreckung des Verstärkungsabschnitts größer als die größte Quererstreckung des abgeflachten Umformabschnitts sein. Hiermit wird ein besonders geringes Gewicht beziehungsweise hohe Leistungsdichte erreicht. Je nach Baugröße des Fahrzeugs und damit der Koppelstange kann die größte Quererstreckung des abgeflachten Umformabschnitts beispielsweise kleiner als 25 mm sein. Die lichte Innenweite der Öffnung des Verstärkungsabschnitts kann beispielsweise größer als 25 mm sein. Bei einer kleineren Baugröße kann die größte Quererstreckung des abgeflachten Umformabschnitts beispielsweise kleiner als 17 mm sein, während die lichte Innenweite der Öffnung des Verstärkungsabschnitts beispielsweise größer als 17 mm sein kann.
Nach einer ersten Möglichkeit kann ein hohles Ausgangsmaterial verwendet werden, insbesondere ein Stahlrohr. Die Wanddicke des Stahlrohrs kann beispielsweise größer gleich 1 mm und/oder kleiner gleich 2 mm sein. Der Außendurchmesser des Stahlrohres beziehungsweise Strebenabschnitts kann insbesondere kleiner gleich 16 mm sein, beispielsweise zwischen 16 mm und 10 mm liegen. Nach einer alternativen Möglichkeit kann auch ein Vollmaterial als Ausgangsmaterial verwendet werden, insbesondere eine Stahlstange mit einem Durchmesser von beispielsweise 8 mm bis 12 mm.
Die Koppelstange weist zumindest an einem Ende einen gegenüber dem Strebenabschnitt abgeflachten Umformabschnitt mit integralem Verstärkungsabschnitt auf, was die Möglichkeit mit einschließt, dass auch beide Enden so gestaltet sein können. Im Rahmen des Umspritzens mit Kunststoff kann das Gelenkelement mit seiner Gelenkachse nach Bedarf positioniert und so mit dem Stangenelement verbunden werden. Das angespritzte Trägerelement dient zum Verbinden des Gelenkelements mit dem abgeflachten Umformabschnitt beziehungsweise dem Strebenabschnitt und zur Aufnahme des Gelenkelements; insofern kann das Trägerelement auch als Gelenkaufnahme bezeichnet werden. Bei Verwendung von zwei Gelenkelementen können diese entsprechend in beliebigen Winkeln zueinander positioniert werden, das heißt zwischen 0° und 180° in Bezug auf die Längsachse der Koppelstange. Das Trägerelement kann beispielsweise aus einem thermoplastischen Kunststoff hergestellt sein.
Das Gelenkelement weist ein im Trägerelement aufgenommenes Lagerteil und ein mit einem Fahrwerksteil verbindbares Anschlussteil auf. Die Ausgestaltung des Gelenkelements ist beliebig und kann je nach Anforderung gewählt werden. Beispielsweise kann die Koppelstange zumindest ein aus einem metallischen Werkstoff hergestelltes Gelenkelement aufweisen, mit einem Kugelabschnitt als Lagerteil und einem Zapfenabschnitt als Anschlussteil. Dabei kann das Gelenkelement mit oder ohne Kugelschale ausgeführt werden beziehungsweise in die Gelenkaufnahme aus Kunststoff eingebettet sein. Der Verstärkungsabschnitt ist so gestaltet, dass er den Kugelabschnitt über einen Winkelbereich von vorzugsweise mindestens 180°, insbesondere mindestens 270° um die Gelenkachse umgreift. Bei dieser Ausführung kann ein Dichtbalg vorgesehen sein, welcher den Zapfenabschnitt gegenüber dem angespritzten Trägerelement abdichtet. Der Balg ist mit einem ersten Bund am Zapfenabschnitt und mit einem zweiten Bund am Trägerelement abdichtend fixiert.
Alternativ oder ergänzend kann die Koppelstange zumindest ein aus einem elastischen Material hergestelltes Gelenkelement aufweisen. Das elastische Gelenkelement kann ein elastisches Lagerteil und eine hiermit verbundene starre Hülse als Anschlussteil aufweisen. Das elastische Lagerteil kann beispielsweise aus Gummi hergestellt sein und mit dem Trägerelement durch Umspritzen oder Einpressen verbunden werden. Die Hülse ist vorzugsweise aus Metall, beispielsweise Aluminium oder Stahl hergestellt, und kann in das Lagerteil eingesteckt werden. Alternativ kann das Lagerteil an die Hülse anvulkanisiert werden. Bei dieser Ausführung umgreift der Verbindungsabschnitt das elastische Lagerteil über einen Winkelbereich von vorzugsweise mindestens 180°, insbesondere mindestens 270°, um die Gelenkachse.
Das Lagerteil des Gelenkelements kann einen Lagermittelpunkt aufweisen, wobei das Gelenkelement insbesondere so in dem Verstärkungsabschnitt aufgenommen ist, dass der Lagermittelpunkt mit, in Bezug auf die Gelenkachse, axialer Überdeckung zum Verstärkungsabschnitt angeordnet ist. Auf diese Weise werden in das Gelenkelement eingeleitete Kräfte besonders gut auf den Verstärkungsabschnitt und den damit verbundenen Strebenabschnitt übertragen.
Zwischen dem Trägerelement und dem Verstärkungsabschnitt des Verbindungselements ist insbesondere eine stoffschlüssige Verbindung vorgesehen, die beispielsweise mittels eines auf den Verstärkungsabschnitt vor dem Umspritzen aufgebrachten Haftvermittlers erzeugt sein kann. Alternativ oder ergänzend kann der Verstärkungsabschnitt vor dem Umspritzen mit einer Oberflächenstruktur versehen werden, welche eine formschlüssige Verbindung bildet.
Nach einer ersten Ausgestaltung des Verbindungsabschnitts kann dieser einteilig mit dem abgeflachten Umformabschnitt verbunden beziehungsweise gestaltet sein. Insbesondere kann der Verbindungsabschnitt durch gabelförmiges Aufspreizen eines abgeflachten Endbereichs und Umformen in eine C-Form hergestellt werden.
Nach einer zweiten Ausgestaltung des Verbindungsabschnitts kann dieser separat hergestellt und anschließend starr mit dem abgeflachten Umformabschnitt verbunden werden, insbesondere durch Umformen und/oder Schweißen.
Dabei kann der Verbindungsabschnitt nach einer ersten Option ein umgeformtes Drahtelement sein, das einen Ω-förmigen Lagerabschnitt und zwei hiervon nach radial außen abstehende, zueinander parallel verlaufende Endabschnitte aufweist. Die Endabschnitte werden in ein Ende des Stahlrohres eingesteckt, welches dann abgeflacht beziehungsweise umgeformt wird, um den abgeflachten Umformabschnitt zu bilden. Hierdurch ist das Drahtelement fest mit dem Rohr verbunden, wobei optional auch eine zusätzliche Schweißung vorgesehen sein kann. Das Drahtelement kann einen Drahtdurchmesser von 3 bis 5 mm aufweisen.
Gemäß einer zweiten Option der zweiten Ausgestaltung kann der Verbindungsabschnitt als Ringelement gestaltet sein, das an einer Stirnseite des abgeflachten Umformabschnitts des Verbindungselements angeschweißt ist. Das Ringelement kann als geschlossener Ring aus einem Rohr oder durch ringförmiges Umformen aus einem Blechstreifen hergestellt werden.
Bevorzugte Ausführungsformen werden nachstehend anhand der Zeichnungsfiguren erläutert. Hierin zeigt:

1A eine erfindungsgemäße Koppelstange in einer ersten Ausführungsform in Seitenansicht, teilweise geschnitten;
1B ein erstes Ende der Koppelstange aus 1A als Detail in vergrößerter Darstellung, ohne Dichtung;
1C das Verbindungselement der Koppelstange aus 1A in perspektivischer Darstellung, teilweise geschnitten;
1D das Ende des Verbindungselements aus 1C in vergrößerter Darstellung;
2A einen ersten Schritt zum Herstellen des Verbindungselements aus 1;
2B einen zweiten Schritt zum Herstellen des Verbindungselements aus 1;
2C einen dritten Schritt zum Herstellen des Verbindungselements aus 1;
2D einen vierten Schritt zum Herstellen des Verbindungselements aus 1;
3A eine erfindungsgemäße Koppelstange in einer weiteren Ausführungsform in Seitenansicht;
3B das Verbindungselement der Koppelstange aus 3A als Einzelheit;
3C ein Ende des Verbindungselements aus 3B in vergrößerter Darstellung;
3D ein Ende des Verbindungselements aus 3B in Explosionsdarstellung;
3E ein Ende des Verbindungselements aus 3B in Draufsicht;
4A eine erfindungsgemäße Koppelstange in einer weiteren Ausführungsform in Seitenansicht, teilweise geschnitten;
4B das Verbindungselement der Koppelstange aus 4A in als Einzelheit, teilweise geschnitten;
4C ein Ende des Verbindungselements aus 4B in vergrößerter Darstellung, teilweise geschnitten;
4D ein Ende des Verbindungselements aus 4B in Explosionsdarstellung;
4E ein Ende des Verbindungselements aus 4B in Draufsicht;
5 eine erfindungsgemäße Koppelstange in einer weiteren Ausführungsform im Längsschnitt, teilweise in Explosionsdarstellung; und
6 eine erfindungsgemäße Koppelstange in einer weiteren Ausführungsform teilweise geschnitten.

Die 1A bis 1 D, welche zusammenfassend auch als 1 bezeichnet und im Folgenden gemeinsam beschrieben werden, zeigen eine erfindungsgemäße Koppelstange 2 in einer ersten Ausführungsform. Die Koppelstange 2 kann beispielsweise für ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs verwendet werden, um einen Achs-Stabilisator mit dem Fahrwerk zu verbinden.
Die Koppelstange 2 umfasst ein Verbindungselement 3 aus einem metallischen Werkstoff, an dessen Enden jeweils ein Gelenkelement 4, 5 mittels eines angespritzten Trägerelements 6, 7 befestigt ist.
Das Verbindungselement 3, das als Einzelzeit in 1C gezeigt ist, ist aus einem Rohrprofil aus Metall hergestellt, beispielsweise aus Stahl oder Aluminium, ohne darauf eingeschränkt zu sein. Das Verbindungselement 3 umfasst einen Strebenabschnitt 8 mit einem Außendurchmesser D3 und einer Längsachse A3, und an den beiden Enden abgeflachte und umgeformte Umformabschnitte 9, 9'. Die Wandstärke des Rohrprofils kann entsprechend der technischen Anforderungen gewählt werden und beispielsweise zwischen 1 mm und 2 mm im Strebenabschnitt betragen.
Die Verbindungsabschnitte 9, 9' gehen bei der vorliegenden Ausführungsform einstückig in einen damit verbundenen Verstärkungsabschnitt 10, 10' über. Die Verstärkungsabschnitte 10, 10' sind derart C-förmig umgeformt, dass sie das jeweilige Gelenkelement 5, 6 jeweils über einen Winkelbereich von mindestens 90° um die Gelenkachse A4, A5 umgreifen, insbesondere mindestens 120°. Auf diese Weise wird eine effektive Verstärkung und gute Kraftabstützung vom Gelenkelement 4, 5 in das Verbindungselement 3 gewährleistet. Das Trägerelement 6, 7 ist insbesondere durch Umspritzen aus Kunststoff hergestellt, so dass der Umformabschnitt 9, 9', der Verstärkungsabschnitt 10, 10' und das Lagerteil 13, 13' miteinander verbunden sind.
Die Verstärkungsabschnitte 10, 10' bilden in Draufsicht jeweils eine Öffnung 11, 11', in der das Lagerteil 13 des zugehörigen Gelenkelements 4, 5 aufgenommen ist. Die größte innere Öffnungserstreckung D11 des Verstärkungsabschnitts 11, 11' ist größer als der Außendurchmesser D8 des Strebenabschnitts 8 und kann insbesondere auch größer als die größte Quererstreckung D9 des abgeflachten Umformabschnitts 9, 9' sein. Die größte Quererstreckung D9 des abgeflachten Umformabschnitts 9, 9' kann beispielsweise kleiner als 22 mm sein. Entsprechend kann die lichte Innenweite D11, D11' der Öffnung des Verstärkungsabschnitts 3 beispielsweise größer als 22 mm sein.
Die Gelenkelemente 4, 5 sind in der vorliegenden Ausführung in Form von Kugelzapfen gestaltet, die jeweils aus einem metallischen Werkstoff hergestellt sind, und einen Kugelabschnitt als Lagerteil 13 und einen Zapfenabschnitt als Anschlussteil 14 aufweisen. Das Lagerteil 13 hat einen größten Lagerkreis, wobei das Gelenkelement 4, 5 vorzugsweise so in dem Verstärkungsabschnitt 11, 11' aufgenommen ist, dass der größte Lagerkreis mit axialer Überdeckung zum Verstärkungsabschnitt 11, 11' angeordnet ist. Auf diese Weise werden in das Gelenkelement 4, 5 eingeleitete Kräfte besonders gut auf den Verstärkungsabschnitt 11, 11' und den damit verbundenen Strebenabschnitt übertragen. Bei der vorliegenden Ausführung wird eine Kugelschale 21 in das jeweilige Trägerelement 6, 7 mit eingesetzt, in welcher der Kugelabschnitt schwenkbar gelagert ist. Es ist jedoch auch eine Ausführung ohne Kugelschale möglich.
Das Gelenkelement 4, 5 wird durch Umspritzen mit Kunststoff an dem Verbindungselement 3 angebracht. Dabei bildet der umspritzte Kunststoff in ausgehärtetem Zustand das Trägerelement 6, 7, das einerseits formschlüssig mit dem Verbindungselement 3 verbunden ist und andererseits eine Aufnahme für ein zugehöriges Gelenkelement bildet. Für die Kunststoffumspritzung wird vorzugsweise ein thermoplastischer Kunststoff verwendet. Im Rahmen des Umspritzens wird das jeweilige Gelenkelement 4, 5 mit seiner Gelenkachse A4, A5 nach Bedarf positioniert und so mit dem Verbindungselement 3 verbunden. Die beiden Gelenkelemente 4, 5 können in beliebigen Winkeln zueinander positioniert werden, wobei die beiden Gelenkachsen A4, A5, in Axialansicht auf die Längsachse der Koppelstange betrachtet, einen Winkel zwischen 0° und 180° miteinander einschließen können.
Der Gelenkraum kann mittels einer Dichtung 15, 15' abgedichtet werden. Am ersten Ende in 1A ist die Dichtung 15 in Explosionsdarstellung gezeigt, und am zweiten Ende ist die Dichtung 15' montiert dargestellt. Die Dichtung 15, 15' umfasst einen Dichtbalg 16, 16', der mit einem ersten Bund auf eine Ringnut 17 des Trägerelements 6, 7 aufgezogen und mittels eines Sicherungsrings 18, 18' abdichtend befestigt wird, und mit einem zweiten Bund in eine Ringnut 19 des Gelenkelements 4, 5 eingreift und mittels eines Sicherungsrings 20, 20' abdichtend befestigt wird.
Ein Verfahren zum Herstellen einer erfindungsgemäßen Koppelstange 2 kann folgende Schritte umfassen:

Als Ausgangsmaterial für ein Verbindungselement 3 kann ein Metallrohr mit einem Außendurchmesser von beispielsweise zwischen 14 mm und 10 mm verwendet werden, ohne hierauf eingeschränkt zu sein. Das Metallrohr wird auf das gewünschte Maß abgelängt und kann optional mit oberflächenbehandelt werden, beispielsweise mit einer Korrosionsschutzschicht versehen werden. Ausgehend von dem abgelängten Rohr 303 werden die Endabschnitte 309 abgeflacht, wie in 2A erkennbar, so dass zwei Umfangsbereiche aneinander anliegen. Im selben oder einem nachfolgenden Schritt können die abgeflachten Enden optional mit einer Mikrostruktur 12, 12' versehen werden, beispielsweise einer Rändelung oder Riffelung. Das so hergestellte Zwischenprodukt 203 ist in 2B gezeigt. Anschließend werden die abgeflachten Endabschnitte durch eine Stanz- beziehungsweise Schneidoperation mit einem Längsschlitz versehen, wie in 2C am Zwischenprodukt 103 gezeigt. Der Längsschlitz kann beispielsweise zwischen 3 und 5 mm breit sein. Schließlich werden die geschlitzten Endabschnitte C-förmig umgeformt beziehungsweise aufgeweitet, wobei die Hauptgeometrie der Verstärkungsabschnitte 11, 11' hergestellt wird. Ein so vorgefertigtes Verbindungselement 3 ist in 2D gezeigt, Nach einer optionalen Weiterbildung können die gabelförmigen Endabschnitte auch geschlossen werden. Ferner können die Verstärkungsabschnitte 11, 11' nach dem Umformen optional kalibriert werden.

Ein vorgefertigtes Verbindungselement 3 wird zusammen mit einem vorgefertigten Gelenkelement 4, 5 in ein Spritzwerkzeug eingelegt, und die beiden Teile werden zueinander in die gewünschte Position ausgerichtet. In den so gebildeten Formhohlraum wird Kunststoff eingespritzt, welcher dann zum Trägerelement 6, 7 aushärtet. Auf diese Weise ist eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Trägerelement 6, 7 und dem Verstärkungsabschnitt 11, 11' und dem Umformabschnitt 9, 9' des Verbindungselements 3 gebildet.
Die erfindungsgemäß hergestellte Koppelstange 2 hat den Vorteil, dass sie bei vergleichbarer Baugröße der Gelenkelemente 4, 5 eine Reduzierung des Durchmessers D8 des Rundmaterials für den Verbindungsabschnitt 3 ermöglicht. Daraus ergibt sich insgesamt ein geringes Gewicht der Koppelstange.
Die 3A bis 3E, gemeinsam auch als 3 bezeichnet, zeigen eine erfindungsgemäße Koppelstange 2 in einer weiteren Ausführungsform. Diese entspricht weitestgehend der in 1 gezeigten Ausführung, auf deren Beschreibung insofern verwiesen wird. Dabei sind gleiche beziehungsweise einander entsprechende Einzelheiten mit gleichen Bezugszeichen versehen, wie in 1.
Eine Besonderheit der vorliegenden Ausführungsform ist, dass der Verbindungsabschnitt 11, 11' zunächst als separates Bauteil hergestellt und anschließend starr mit dem abgeflachten Umformabschnitt 9, 9' verbunden wird. Der Verbindungsabschnitt 11, 11' ist hier als umgeformtes Drahtelement mit einem Ω-förmigen Lagerabschnitt 22, 22' und zwei hiervon nach radial außen abstehenden, zueinander parallelen Endabschnitte 23 gestaltet. Die Endabschnitte 23 werden in ein Ende des Rohres eingesteckt, das dann abgeflacht beziehungsweise umgeformt wird, um den abgeflachten Umformabschnitt 9, 9' zu bilden. Zwischen den beiden parallelen Endabschnitten 23 ist ein Abstand gebildet, in den das Rohrende eingeformt wird. Dabei wird das Rohr im Querschnitt betrachtet in Form einer 8 unter Ausbildung zweiter paralleler Klemmabschnitte 24, 24' umgeformt. Jeder der Klemmabschnitte kann für eine besonders gute formschlüssige Verbindung mit Eindellungen 25, 25' versehen werden, welche sich in den jeweiligen Endabschnitt 23 einformen. Hierdurch ist das Drahtelement fest mit dem Rohr verbunden, wobei optional auch eine zusätzliche Schweißung vorgesehen sein kann.
Die 4A bis 4E, gemeinsam auch als 4 bezeichnet, zeigen eine erfindungsgemäße Koppelstange 2 in einer weiteren Ausführungsform. Diese entspricht weitgehend der in 1 beziehungsweise 2 gezeigten Ausführung, auf deren Beschreibung insofern verwiesen wird. Dabei sind gleiche beziehungsweise einander entsprechende Einzelheiten mit gleichen Bezugszeichen versehen wie in den 1 und 2.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Verbindungsabschnitt 11, 11' zunächst als separates Bauteil hergestellt und anschließend starr mit dem abgeflachten Umformabschnitt 9, 9' verbunden wird. Der Verbindungsabschnitt 11, 11' ist hier als Ringelement gestaltet, das an einer Stirnseite 26 des abgeflachten Umformabschnitts 9, 9' des Verbindungselement 3 angeschweißt ist. Das Ringelement kann als geschlossener Ring aus einem Rohr oder, wie hier gezeigt, durch ringförmiges Umformen aus einem Blechstreifen hergestellt werden.
Auch bei der vorliegenden Ausführungsform ist die innere Erstreckung D11 der Verbindungsabschnitte 11, 11' größer als der Außendurchmesser D8 des Strebenabschnitts 8 und auch größer als die größte Quererstreckung D9 des Umformabschnitts 9, 9'.
Die 5 zeigt eine erfindungsgemäße Koppelstange 2 in einer weiteren Ausführungsform. Diese entspricht weitestgehend der in 1 gezeigten Ausführung, auf deren Beschreibung insofern verwiesen wird. Dabei sind gleiche beziehungsweise einander entsprechende Einzelheiten mit gleichen Bezugszeichen versehen, wie in den obigen Figuren.
Eine Besonderheit der Ausführungsform nach 5 ist, dass die beiden Gelenkelemente 4, 5' unterschiedlich gestaltet sind. Dabei ist das eine Gelenkelement 4, hier auf der linken Seite, als Kugelgelenk ähnlich gestaltet, wie in der Ausführungsform gemäß 1 gezeigt. Dabei weist das Trägerelement 6 jedoch keine Kugelschale auf, sondern der Kugelabschnitt 13 ist unmittelbar in einer kugeligen Innenfläche 24 des Trägerelements 6 schwenkbar gelagert. Es versteht sich aber, dass auch ein Trägerelement mit Kugelschale verwendet werden kann.
Das andere Gelenkelement 5', hier auf der rechten Seite, ist in Form eines elastischen Gelenks gestaltet. Das elastische Gelenkelement 5' umfasst ein elastisches Lagerteil 13" und ein hiermit verbundenes Anschlussteil 14" in Form einer starren Hülse. Das elastische Lagerteil 13" kann beispielsweise aus Gummi hergestellt sein und mit dem Trägerelement 7 durch Umspritzen oder Einpressen verbunden werden. Das elastische Lagerteil 13" kann eine umlaufende, insbesondere konkave Ausnehmung 27 aufweisen, die vom Ringabschnitt des Trägerelements 7 umgriffen wird. Das Verbindungselement 3 ist wie bei der Ausführungsform gemäß 1 mit zwei C-förmigen Verstärkungsabschnitten 9, 9' gestaltet. Dabei ist der dem elastischen Gelenk 5' zugeordnete Verstärkungsabschnitt in das Trägerelement 7 eingebettet und umgreift das elastische Lagerteil 13" weitestgehend. Die Hülse ist vorzugsweise aus Metall, beispielsweise Aluminium oder Stahl hergestellt. Die Hülse kann in das Lagerteil 13" eingesteckt werden. Alternativ kann das Lagerteil 13" an die Hülse anvulkanisiert werden.
Die 6 zeigt eine erfindungsgemäße Koppelstange in einer weiteren Ausführungsform. Diese entspricht weitestgehend der in 5 gezeigten Ausführung, auf deren Beschreibung insofern verwiesen wird. Dabei sind gleiche beziehungsweise einander entsprechende Einzelheiten mit gleichen Bezugszeichen versehen, wie in den obigen Figuren.
Die Besonderheit der Ausführungsform nach 6 ist, dass die beiden Gelenkelemente 4', 5' als elastische Gelenke wie in 5, rechte Seite, ausgestaltet sind. Beide Gelenke sind gleich gestaltet, wobei die linke Seite geschnitten dargestellt ist, mit Hülse in Explosionsdarstellung, während die rechte Seite in Seitenansicht gezeigt ist.
Nach einer nicht gezeigten alternativen Ausführung kann auch ein Vollmaterial als Ausgangsmaterial beziehungsweise Verbindungselement 3 verwendet werden, insbesondere eine Stahlstange mit einem Durchmesser von beispielsweise 8 mm bis 10 mm. Diese kann für jede der in den 1 bis 6 gezeigten Ausführungsformen verwendet werden.
Bezugszeichenliste

2: Koppelstange
3, 103-303: Verbindungselement, Zwischenprodukte
4, 4': Gelenkelement
5, 5': Gelenkelement
6: Trägerelement
7: Trägerelement
8: Strebenabschnitt
9, 9': Umformabschnitt
10, 10': Öffnung
11, 11': Verstärkungsabschnitt
12, 12': Mikrostruktur
13, 13', 13": Lagerteil
14, 14', 14": Anschlussteil
15, 15': Dichtung
16, 16': Dichtbalg
17: Ringnut
18, 18': Sicherungsring
19: Ringnut
20, 20': Sicherungsring
21, 21': Kugelschale
22: Lagerabschnitt
23: Endabschnitt
24: Klemmabschnitt
25: Ausnehmung
26: Stirnseite
27: Ausnehmung
A: Achse
D: Durchmesser

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102017207164 A1 [0004]
WO 002018197136 A1 [0004]
EP 3213944 A1 [0005]
DE 10063928 B4 [0006]
EP 2502764 B1 [0007]

Claims

Koppelstange, insbesondere für ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs, umfassend: ein aus einem runden Stahlmaterial hergestelltes Verbindungselement (3), das einen Strebenabschnitt (8) mit einem Außendurchmesser (D8) und einer Längsachse (A8) und an zumindest einem Ende einen gegenüber dem Strebenabschnitt (8) zumindest teilweise abgeflachten Umformabschnitt (9, 9') aufweist, ein Gelenkelement (4, 4', 5, 5') mit einem Lagerteil (13, 13', 13") und einem Anschlussteil (14, 14', 14"), das eine Gelenkachse (A4, A5) definiert, wobei ein mit dem Umformabschnitt (9, 9') verbundener Verstärkungsabschnitt (11, 11') mit einer Öffnung (10, 10') vorgesehen ist, in der das Lagerteil (13, 13') des Gelenkelements (4, 4', 5, 5') aufgenommen ist, wobei der Verstärkungsabschnitt (11, 11') das Lagerteil (13, 13', 13") zumindest über 120° um die Gelenkachse (A4, A5) umgreift, wobei eine größte Öffnungserstreckung (D11, D11') des Verstärkungsabschnitts (11, 11') größer ist als der Außendurchmesser (D8) des Strebenabschnitts (8), und ein Trägerelement (6, 7), das durch Umspritzen aus Kunststoff hergestellt ist, so dass der Umformabschnitt (9, 9'), der Verstärkungsabschnitt (11, 11') und das Lagerteil (13, 13', 13") miteinander verbunden sind.
Koppelstange nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die größte Öffnungserstreckung (D11, D11') des Verstärkungsabschnitts (11, 11') größer ist als eine größte Quererstreckung (D9, D9') des abgeflachten Umformabschnitts (9, 9').
Koppelstange nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die größte Quererstreckung (D9, D9') des abgeflachten Umformabschnitts (9, 9') kleiner als 25 mm, und die größte Öffnungserstreckung (D11, D11') des Verstärkungsabschnitts (11, 11') größer als 25 mm ist.
Koppelstange nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das runde Stahlmaterial ein Stahlrohr ist, das eine Wanddicke von mindestens 1 mm und höchstens 2 mm aufweist, wobei der Außendurchmesser (D8) des Strebenabschnitts (8) kleiner gleich 16 mm ist.
Koppelstange nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das runde Stahlmaterial eine Stahlstange ist, das einen Durchmesser von 8 bis 12 mm aufweist.
Koppelstange nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gelenkelement (4, 5) einen Kugelabschnitt als Lagerteil (13, 13') und einen Zapfenabschnitt (14, 14') aufweist, wobei der Verbindungsabschnitt (9, 9') so gestaltet ist, dass er den Kugelabschnitt (13, 13') über einen Winkelbereich von mindestens 180°, um die Gelenkachse (A4, A5) umgreift, und/oder dass das Gelenkelement (4', 5') ein elastisches Lagerteil (13") und ein Anschlussteil (14") aufweist, wobei der Verbindungsabschnitt (9, 9') so gestaltet ist, dass er das elastische Lagerteil (13") über einen Winkelbereich von mindestens 180°, um die Gelenkachse (A4, A5) umgreift.
Koppelstange nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerteil (13, 13', 13") des Gelenkelements (4, 4', 5, 5') einen Lagermittelpunkt aufweist, wobei das Gelenkelement (4, 4', 5, 5') so in dem Verstärkungsabschnitt (11, 11') aufgenommen ist, dass der Lagermittelpunkt mit bezüglich der Gelenkachse (A4, A5) axialer Überdeckung zum Verstärkungsabschnitt (11, 11') angeordnet ist.
Koppelstange nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (6, 7) aus einem thermoplastischen Kunststoff hergestellt ist.
Koppelstange nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Trägerelement (6, 7) und dem Verbindungsabschnitt (9, 9') des Verbindungselements (3) eine flächige Verbindung durch Form- und/oder Stoffschluss vorgesehen ist.
Koppelstange nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsabschnitt (9, 9') einteilig mit dem abgeflachten Umformabschnitt (9, 9') verbunden ist, wobei der Verbindungsabschnitt (9, 9') durch gabelförmiges Aufspreizen und Umformen in eine C-Form hergestellt ist. (1 und 2)
Koppelstange nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsabschnitt (9, 9') separat hergestellt und starr mit dem abgeflachten Umformabschnitt (9, 9') verbunden ist, insbesondere durch Umformen und/oder Schweißen. (3 und 4)
Koppelstange nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsabschnitt (9, 9') als umgeformtes Drahtelement gestaltet ist, das einen Ω-förmigen Lagerabschnitt (22, 22') und zwei hiervon nach radial außen abstehende, zueinander parallel verlaufende Endabschnitte (23, 23') aufweist, wobei die Endabschnitte (23, 23') in das Verbindungselement (3) eingesteckt und mit dem abgeflachten Umformabschnitt (9, 9') des Verbindungselements (3) verbunden sind. (3)
Koppelstange nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Drahtelement eine Quererstreckung von zwischen 3 und 5 mm aufweist.
Koppelstange nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsabschnitt (9, 9') als Ringelement gestaltet ist, das an einer Stirnseite (26) des abgeflachten Umformabschnitts (9, 9') des Verbindungselement (3) angeschweißt ist. (4)
Koppelstange nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Ringelement als geschlossener Ring aus einem Rohr oder durch ringförmiges Umformen aus einem Blechstreifen hergestellt ist.