DE10308331A1 - Spurstange aus Verbundwerkstoffen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Spurstange zur Verwendung in mechanischen Systemen, die Verbindungselemente benötigen, die eine Dreh- und Winkelbewegung ermöglichen, insbesondere zur Verwendung in Kraftfahrzeugen, bestehend aus einem Stab, der aus Polymermaterialien konstruiert ist, die üblicherweise Verbundwerkstoffe genannt werden, geformt durch irreversible chemische Reaktionen in der Art von gekreuzten Verbindungen zwischen Molekularketten auf dem Baisispolymerbaustein dieses Verbundwerkstoffs, gefüllt mit Füllungen in Form von Fasern, wie z. B. Glasfasern, Kohlefasern, Aramidfasern und dergleichen. Die Stäbe werden mit metallischen Anschlußstücken verbunden, die an ihren Enden angeordnet sind, und diese Kopplung kann erreicht werden durch chemische Verbindung, wie z. B. Kleben und/oder durch mechanische Verbindung, wie z. B. Pressen oder Klemmen, wobei daneben die Möglichkeit besteht, für die Verbindung der Bauteile Gewinde zu verwenden und hiermit die Möglichkeit zum Einstellen der Länge der Spurstange gemäß ihrer Verwendung zu erreichen. Die Anschlußstücke, die bei dieser Technologie vor der Erfindung Verwendung fanden, bestanden aus Lagern, Kugelstiften, Staubschutzkappen und anderen Komponenten, die komplexe und teuere Kugelgelenkverbindungen für die Funktion der Schaffung von Dreh- und Winkelbewegungen um die Kugeln der Kugelstifte herum in Zusammenwirken mit den Lagern, dem Kugelgelenkgehäuse, den Staubschutzkappen und dergleichen ermöglicht. Die vorliegende ...

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spurstange zur Verwendung in mechanischen Systemen, bei denen Verbindungselemente erforderlich sind, die eine Dreh- und Winkelbewegung ermöglichen, insbesondere zur Verwendung in Kraftfahrzeugen, bestehend aus einem Stab, der aus Polymermaterialien gefertigt ist, die üblicherweise Verbundwerkstoffe genannt werden, die durch irreversible chemische Reaktionen in der Art von gekreuzten Verbindungen zwischen den Molekülketten des Basispolymerbausteins dieses Verbundwerkstoffes geformt ist, welche mit Füllungen in Form von Fasern, wie z. B. Glasfasern, Kohlefasern, Aramidfasern und anderen gefüllt sind, die in irgendeiner Orientierung im Inneren des Profils angeordnet sind, welches mit einem metallischen Anschlußstück gekoppelt ist, welches aus einem Rohr mit einem inneren Durchmesser mit einer exakten und ausreichenden Dimension auf einer der Seiten zur Verbindung mit dem Stab aus Verbundwerkstoff konstruiert ist, um die Fixierung an dem Stab zu ermöglichen, und welches auf der anderen Seite ein Auge mit einer ausgeführten Öffnung auf einer flachen Oberfläche aufweist, welche durch Pressen des Rohrs an diesem Ende geformt ist, in einer ausreichenden Länge, um eine Schraube aufzunehmen, die die Funktion ihrer Befestigung auf der Komponente der Aufhängung hat, wobei an den Endpunkten der Spurstange keine Kugelgelenke verwendet werden.
• Die bekannten Spurstangen sind im allgemeinen in Form von metallischen Körpern gebildet, die aus einem Stab bestehen, der an an den Enden angeordneten Augenteilen angeschweißt ist, um Komponenten wie beispielsweise Kunststofflager, Kugelstifte. Schutzhauben u. a. unterzubringen, die zwei Kugelgelenke bilden, je eines an einem Ende des Stabes, welche die Funktion haben, eine Dreh- und Winkelbewegung um die Kugel der kugelförmigen Stifte der Kugelgelenke zu ermöglichen, welche erforderlich sind, um die Bewegungen und die Belastungen zwischen zwei Punkten des Systems zu übertragen, die Dreh- und Winkelbewegungen erfordern, mit denen diese Spurstangen mittels der Befestigung des Kugelstifts, auch unter der Bedingung von Relativbewegungen zwischen diesen Punkten befestigt sind.
• Diese Konstruktionsmerkmale bergen jedoch unerwünschte Aspekte für die aus dem Stand der Technik bekannten Kraftfahrzeuge, nämlich: hohe Kosten aufgrund der Verwendung unterschiedlicher Komponenten, die aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sind und die eine lange Herstellungszeit erforderlich machen, auch unter dem Aspekt, daß für ihre Fertigung bestens automatisierte Techniken eingesetzt werden; hohes Gewicht aufgrund der Verwendung von Metall für die Herstellung ihres Körpers; Geräuscherzeugung aufgrund des Verschleißes der Oberflächen der Kunststofflager und der Kugelstifte, was zu einer Relativbewegung zwischen ihnen führt; Verringerung der Lebensdauer aufgrund des Eindringens von Verunreinigungen, verursacht durch den Riß der Schutzstaubkappe.
• Das Patent PI 9605114-0 A beschreibt eine Konstruktion, welche durch Verwendung eines Körpers aus Kunststoffmaterial, welches mit Fasern gefüllt ist, um die Steifigkeit zu erhöhen, das Gewichtsproblem löst, und welches durch das Gasinjektionsgießverfahren hergestellt wird, welches zu einem rohrförmigen Körper mit einem Hohlraum im Inneren des zentralen Teils führt, welche die Verbindung zwischen den Enden schafft, an denen die Kugelgelenke montiert sind. Diese Konstruktionsmerkmale haben jedoch den Nachteil hoher Kosten der Injektionsformen, die für jede Längenvariante individuell erforderlich sind, neben der Notwendigkeit der Verwendung von Thermoplastinjektionsmaschinen, die mit Einheiten für die Gasinjektion versehen sind, auch mit höheren Kosten im Verhältnis zu denen, die im Markt üblich sind, wobei auf diese Weise das Zurückführen der Entwicklungskosten hierfür verhindert wird, neben dem Beibehalten anderer Nachteile, die bereits zuvor erwähnt wurden, wie die in dem Patent vorweggenommene Spurstange, die an ihren Enden zwei Kugelgelenke mit Lagern, Kugelstiften, Staubkappen etc. hat.
• Der Stand der Technik kennt auch eine weitere Konstruktionsvariante für eine Spurstange, bei der der Körper aus einem Stab geformt ist, der mittels Gewinden an seinen Enden montiert und mit Muttern verriegelt ist, die mit ihrer Oberseite an der Oberfläche der Kugelgelenke anliegen. Beide, der Stab und der Körper der Kugelgelenke, sind im allgemeinen aus Metall, um die mechanische Widerstandsfähigkeit zu garantieren, die erforderlich ist, um ihre Funktion zur Übertragung von Bewegungen und Belastungen, beide, drehmäßig wie winkelmäßig, zu erfüllen. Diese Lösung zeigt eine Vielfalt beim Erreichen verschiedener Versionen, bei denen nur die Länge und/oder Einzelheiten der Befestigung in den anderen Komponenten der Aufhängung variieren, im Gegenzug zu der beschriebenen Wunschvorstellung, die den Kunststoffkörper verwendet, jedoch weiterhin alle zuvor beschriebenen Nachteile hat.
• Dementsprechend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Spurstange aus Polymermaterialien, gefüllt mit Füllstoffen in Form von Fasern, die im folgenden Verbundwerkstoffe genannt sind, wobei nur die Eigenschaften verwendet werden, die mit der Kombination der erwähnten Materialien und einem metallischen Anschlußstück für die starre Befestigung jeder Art und ohne die Verwendung von Kugelgelenken an ihren Enden, geschaffen wird.
• Die erwähnten Eigenschaften der Verbundwerkstoffe verbinden sich im Vergleich zu den Metallen in besserer Art und Weise untereinander aufgrund der Verbindung der Polymermaterialien, die durch irreversible chemische Reaktionen derart von gekreuzten Verbindungen zwischen den Molekularketten, solchen Reaktionen, die im allgemeinen Aushärtungsprozesse genannt werden, und die mit verschiedenen Materialien in Form von Fasern, wie z. B. Glasfasern, Kohlefasern, Aramidfasern u. a. gebildet werden. Im besonderen sind es die Eigenschaften der Verbundwerkstoffe, die für diese Verwendung von Interesse sind, die hohe mechanische Zugfestigkeit und Kompressionsfestigkeit in Längsrichtung des Körpers der Spurstange in Verbindung mit Torsion und Biegung in der elastischen Flußcharakteristik, mit Grenzwerten, die mehrfach höher gegenüber denen von Metall sind, um das Durchführen der verbundenen Dreh- und Winkelbewegungen zu ermöglichen, die in den konventionellen Spurstangen durch die Winkel- und Drehbewegung durch das Kugelgelenk durch das Drehen Schwenken der Kugelstifte ermöglicht werden. Somit ermöglicht die Kombination dieser Eigenschaften die Schaffung einer Spurstange, die dieselben Funktionen wie die konventionellen Spurstangen ausführt, jedoch viele unerwünschte Aspekte aus dem Stand der Technik für zuvor erwähnte Kraftfahrzeuge eliminiert, die im Zusammenhang mit der Verwendung von Kugelgelenken an den Enden stehen, wodurch ihre Konstruktion stark vereinfacht ist, da alle die in den Kugelgelenken vorhandenen Komponenten nicht mehr benötigt werden, was zur Verringerung der Herstellungskosten beiträgt, das Verhindern eines Betriebsgeräusches, sowie die Funktionen zum Ermöglichen von Dreh- und Winkelbewegungen werden durch die Torsion und Flexion im Körper der Spurstange erreicht, was auf diese Weise die Lebensdauer der Spurstange erhöht, da auch die Materialermüdungsbeständigkeit der Verbundwerkstoffe mehrfach höher ist gegenüber der von Kugelgelenken, die in den konventionellen Spurstangen angeordnet sind. Es ist sehr wichtig zu betonen, daß eines der Probleme bei den konventionellen Spurstangen, das durch den Vorschlag der vorliegenden Erfindung eliminiert wird, der Trend zur Beschädigung der Staubschutzkörper ist, was eine hohe Fehlerrate durch Schnitte und Perforationen durch fremde Gegenstände erzeugt, die in der Arbeitsumgebung der Spurstange vorliegen. Diese Art von Fehler verursacht überwiegend die Verkürzung der Lebenszeit der konventionellen Spurstangen insofern, daß mit der Beschädigung der Staubkappe das Innere des Kugelgelenks, insbesondere das Kugellager, beginnt, bedeutend höhere Verschleißwerte zu zeigen, die durch das Vorliegen von Verunreinigungen und Fremdkörpern im Inneren des Kugelgelenks entstehen, was das Auftreten von Lockerungen und Geräuschen beschleunigt, die die Feststellung eines schlechten Betriebszustands für die Benutzer des Fahrzeugs kennzeichnet, in dem diese eingesetzt ist. Ein möglicher Weg zum Erhalten einer Spurstange mit Verbundwerkstoffen ist die Verwendung eines zylindrischen Stabes aus Verbundmaterial, zusammen mit metallischen Anschlußstücken, die chemisch und/oder mechanisch an ihren Enden befestigt sind. Die chemische Verbindung kann durch Kleben erreicht werden, während die mechanische Bindung durch Pressen oder Klemmen erreicht wird. Die Verbindung des Stabes mit den Anschlußstücken kann auch mittels eines Gewindes hergestellt werden, durch welches die metallischen Anschlußstücke befestigt sind, vorangegangen von Muttern, die sich an die Oberfläche der metallischen Anschlußstücke an der mit Gewinde versehenen Seite anlegen, wodurch ermöglicht wird, daß die Einrichtung zum Regeln der Länge der Spurstange sowie das Verriegeln der Anschlußstücke bei der erforderlichen Länge realisiert sind.
• Der Verbundwerkstoff kann durch Mischung eines polymeren Basismaterials in Verbindung mit verschiedenen Materialien in der Form von Fasern, wie z. B. Glasfasern, Kohlefasern, Aramidfasern u. a. gemischt werden, die so dazugegeben werden, daß die bereits erwähnten Eigenschaften bei den erforderlichen Werten entsprechend jeder spezifischen Anwendung geschaffen werden. Diese Fasern können in verschiedenen Anordnungen zugegeben werden:
  einfach, geflochten, verwebt, in Längsrichtung orientiert etc. Die Formierung dieses Stabes aus Verbundwerkstoffen kann in jedem Querschnittformat erreicht werden, als auch in jeder Dimensionierung dieses Profils, was auf diese Weise den Einsatz einer optimalen Dimensionierung erleichtert, die die erforderliche mechanische Widerstandsfähigkeit mit einem Minimum an Kosten und Raum für deren Montage im Fahrzeug kombiniert. Das ist auch ein zweckmäßiger Trick beim Balancieren der bereits erwähnten Eigenschaften von Traktion, Kompression, Biegung und Torsion. Diese Materialien bieten weiterhin die Eigenschaft einer exzellenten chemischen Widerstandsfähigkeit, welche für diesen Zweck extrem erwünscht ist, da die Orte, an denen diese Spurstangen ihre Funktion erfüllen, einer großen Zahl aggressiver chemischer Verbindungen, wie z. B. Lösungsmitteln, Ölen, Fetten etc. ausgesetzt sind. Ihre thermische Widerstandsfähigkeit ist ein weiterer vorteilhafter Faktor im Vergleich zu den konventionellen Lösungen von Spurstangen. Dies aufgrund der Nichtverwendungen von Materialien, wie z. B. Schmierfetten, Gummis der Schutzkappen und sogar thermoplastischen Polymeren der Kugellager. Alle diese Materialien haben Grenzen bei der Arbeitstemperatur, die niedriger sind im Vergleich zu der Temperatur der Verbundwerkstoffe und metallischen Anschlußstücken, die gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden, was diese Lösung passender für die gegenwärtige Situation der Leistung der Elemente macht, die in der Autoindustrie eingesetzt werden, was mehr und mehr vielfältige Lösungen fördert, die die meisten variierten Bedingungen beim Einsatz im Weltmarkt in unklarer Weise betreffen. Die beigefügten Figuren zeigen bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung.
• Fig. 1 zeigt einen Teillängsschnitt durch eine Spurstange, bei der metallische Anschlußstücke an den Enden des Stabes in einem chemischen und/oder mechanischen Verfahren befestigt sind.
• Fig. 2 zeigt einen Teillängsschnitt durch eine Spurstange, bei der das metallische Anschlußstück an dem Ende des Stabes über ein Gewinde befestigt ist.
• Gemäß Fig. 1 müssen die metallischen Anschlußstücke 1 mit einer Öffnung 3 mit genauem und ausreichendem Maß für die Verbindung mit dem Stab 2 aus Verbundmaterial versehen werden, um die Befestigung an dem Stab in einem chemische Verfahren, wie z. B. Kleben und/oder einem mechanischen Verfahren, wie z. B. Pressen oder Klemmen, zu ermöglichen, und mit einem Auge mit einer Öffnung 4 auf einer flachen Seite versehen sein, um eine Schraube aufzunehmen, die die Funktion des äußersten Teils des kugelförmigen Stifts in den konventionellen Spurstangen übernimmt, welche selbst an der Komponente des Fahrzeugs befestigt ist, welche mit der eben genannten Spurstange verbunden werden soll. Eine einfache und preisgünstige Einrichtung zur Herstellung dieser Art metallischem Anschlußstücks besteht, wie in Fig. 3 zu sehen ist, darin, ein metallisches Rohr zu pressen und eine Öffnung 4 zu bilden, mit dem genauen Innendurchmesser 3 des Rohres für die Aufnahme des Stabes 2 aus Verbundwerkstoff.
• Eine andere mögliche Konstruktionsform ist, wie in Fig. 2 gezeigt, ähnlich zusammengesetzt durch einen Stab aus Verbundmaterial, gemäß der zuvor beschriebenen Herstellungsweise mit der Ausnahme, daß er Gewinde 5 an seinen Enden hat, an denen metallische Anschlußstücke 1 befestigt werden, wobei zuvor Muttern 6 auf beiden Seiten des Stabes aufgeschraubt werden, die mit der Oberseite der Fläche der metallischen Anschlußstücke 1 in Anlage kommen, indem diese seitlich im Gewinde verdreht werden, wodurch die Funktion der Längeneinstellung bei einigen Spurstangenanwendungen, als auch die Verriegelung der Anschlußstücke in der erforderlichen Länge ermöglicht ist.

Claims (8)

1. Spurstange aus Verbundmaterial zur Verwendung in mechanischen Systemen, die Verbindungselemente benötigen, die eine Dreh- und Winkelbewegung insbesondere zur Anwendung bei Kraftfahrzeugen ermöglichen, die aus einem Stab besteht, der aus Polymermaterialien, die Verbundwerkstoffe genannt werden, konstruiert ist, gebildet durch irreversible chemische Reaktionen in der Art von gekreuzten Verbindungen zwischen den Molekularketten der Polymerbausteine dieser Verbundwerkstoffe, gefüllt mit Füllstoffen in Form von Fasern, wie z. B. Glasfasern, Kohlefasern, Aramidfasern und dergleichen, angeordnet in jeglicher Orientierung im Inneren des Profiles, welches mit einem metallischen Anschlußstück gekoppelt ist, welches aus einem Rohr mit einem inneren Durchmesser konstruiert ist, mit einer genauen und ausreichenden Dimension für die Verbindung mit dem Stab aus Verbundwerkstoff, um die Befestigung an dem Stab zu ermöglichen, und mit einem Auge mit einer auf einer flachen Oberfläche ausgeführten Öffnung, erreicht durch Quetschen des Rohres an diesem Ende, welches vorgesehen ist, um ein Gewinde aufzunehmen, welches die Funktion seiner Befestigung in der Komponente des Fahrzeugs ermöglicht, welche die Dreh- und Winkelbewegung durchführen können muß.

2. Spurstange aus Verbundwerkstoff, nach Anspruch 1, bei der der Stab mit den metallischen Anschlußstücken in einem chemischen Prozeß, wie z. B. Kleben, beispielsweise durch die Verwendung eines Produktes, welches für die Adhäsion des Stabes aus Verbundwerkstoff an den metallischen Anschlußstücken geeignet ist, gekoppelt ist.

3. Spurstange aus Verbundwerkstoff, gemäß Anspruch 1, bei der der Stab mit den metallischen Anschlußstücken durch ein mechanisches Verfahren, wie z. B. Pressen oder Klemmen, verbunden ist.

4. Spurstange aus Verbundwerkstoff, nach Anspruch 1, bei der der Stab mit den metallischen Anschlußstücken über ein Gewinde gekoppelt ist, durch welches die metallischen Anschlußstücke befestigt sind, wobei zuvor Muttern aufgeschraubt sind, die sich an die Oberfläche des Körper der metallischen Anschlußstücke an der mit einem Gewinde versehenen Seite anlehnen, wobei sie auf diese Weise die Funktion der Längeneinstellung der Spurstange sowie die Verriegelung der Anschlußstücke in der erforderlichen Länge erfüllen.

5. Spurstange aus Verbundwerkstoff, gemäß den Ansprüchen 1, 2, 3 und 4, bei der der Stab Form und Maß eines Profiles hat, mit einer nicht regelmäßigen Ablage von Fasern entlang des Profils des Stabs.

6. Spurstange aus Verbundwerkstoff, nach den Ansprüchen 1, 2, 3, 4 und 5, bei der der Stab geeignet ist, mit den metallischen Anschlußstücken mittels eines chemischen und mechanischen Verfahrens in einer verbundenen Form gekoppelt zu werden, um eine größere Kopplungskraft sicherzustellen.

7. Spurstange aus Verbundwerkstoff, nach den Ansprüchen 1, 2, 3, 4, 5 und 6, bei dem metallische Anschlußstücke aus anderen Mitteln eingesetzt werden können, als aus einem gequetschten Rohr.

8. Spurstange aus Verbundmaterial, gemäß den Ansprüchen 1, 2, 3, 4, 5, 6 und 7, bei der das Anschlußstück aus anderem Material, beispielsweise aus Kunststoff besteht.