DE202013105441U1

DE202013105441U1 - Stabilisator, insbesondere zum Ausgleich von Wankbewegungen in Nutzfahrzeugen

Info

Publication number: DE202013105441U1
Application number: DE201320105441
Authority: DE
Original assignee: Hemscheidt Fahrwerktechnik GmbH and Co KG
Current assignee: Hemscheidt Fahrwerktechnik GmbH and Co KG
Priority date: 2013-11-29
Filing date: 2013-11-29
Publication date: 2015-03-02
Anticipated expiration: 2023-11-30
Also published as: NL2013882A; DE102014116673A9; DE102014116673A1; SE1451439A1; NL2013882B1

Abstract

Stabilisator (1), insbesondere zum Ausgleich von Wankbewegungen in Nutzfahrzeugen, mit einem Rückenteil (2) und mit an einander gegenüberliegenden Enden des Rückenteils (2) angeordneten Schenkelteilen (3), die zu dem Rückenteil (2) abgewinkelt sind und an deren von dem Rückenteil (2) abgewandten Enden (3b) unter Torsion des Rückenteils (2) eine Kraft (F) angreift, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückenteil (2) als Rohr ausgebildet ist, dass die Schenkelteile (3) als Blechformteile ausgebildet sind, und dass die Schenkelteile (3) jeweils an den freien Enden (2a, 2b) des Rückenteils (2) über eine kraft- und formschlüssige Verbindung befestigt sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Stabilisator, insbesondere zum Ausgleich von Wankbewegungen in Nutzfahrzeugen, mit einem Rückenteil und mit an einander gegenüberliegenden Enden des Rückenteils angeordneten Schenkelteilen, die zu dem Rückenteil abgewinkelt sind und an deren von dem Rückenteil abgewandten Schenkelteilenden unter Torsion des Rückenteils eine Kraft angreift.
Ein derartiger Stabilisator, der in Kraftfahrzeugen zur Verbesserung der Straßenlage von Fahrzeugen beim Durchfahren von Kurven eingesetzt wird, ist aus der EP 2 524 827 A1 bekannt, wobei in dem genannten Dokument dessen Wirkungsweise – wie folgt – erläutert wird.
Ein Wankstabilisator verbindet in einem Fahrzeug die gegenüberliegenden Räder einer Achse durch die jeweils Hebel bildenden Schenkelteile und das Rückenteil, welches als Torsionsfeder wirkt. Beim Durchfahren von Kurven erzeugen ein Einfedern des kurvenäußeren Rades und ein Ausfedern des kurveninneren Rades ein Drehmoment, welches eine Torsion der Torsionsfeder bewirkt, wobei durch das Spannen der Feder erreicht wird, dass der Stabilisator einem Wanken der Karosserie in der Kurve entgegenwirkt.
Bekanntermaßen ist die Torsionsfeder – wie in der EP 2 524 827 A1 beschrieben – durch einen Drehstab gebildet. Das als Rücken bezeichnete Mittelteil des Wankstabilisators ist dabei drehbar an der Karosserie, und die abgewinkelten Schenkelteile, welche als Hebel wirken, sind direkt oder indirekt an den Radführungselementen, beispielsweise an Querlenkern, angebracht.
Bei aktiven Wankstabilisatoren kann der Rücken durch zwei Stabilisatorhälften gebildet sein, die durch einen geteilten Drehstab gebildet sein können. Zwischen einander zugewandten Enden der Drehstabteile ist ein sogenannter Aktuator angeordnet, der aktiv eine Torsion der beiden Drehstabteile zueinander bewirkt. Bei passiven Wankstabilisatoren wird ein unterschiedliches Eintauchverhalten der Räder einer Fahrzeugquerachse ausschließlich durch die Torsion des Rückenteils kompensiert, wobei sich der Torsionsabschnitt über einen Großteil der gesamten Fahrzeugbreite erstrecken kann.
Zur Verbindung zwischen dem Rückenteil und den Schenkelteilen wird in der EP 2 524 827 A1 lediglich erwähnt, dass an den beiden voneinander abgewandten Enden des das Rückenteil bildenden Drehstabes die Schenkelteile torsionsfest angeschlossen sind. Hierzu ist in der Praxis zur Gewährleistung einer hohen Bauteilfestigkeit und Funktionssicherheit der gesamte Stabilisator bei Nutzfahrzeugen einstückig und massiv ausgeführt, womit nachteiligerweise ein hohes Masse-Leistungsverhältnis verbunden ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, bei einem Stabilisator der eingangs genannten Art bei Gewährleistung einer hohen Bauteilfestigkeit und Funktionssicherheit das Masse-Leistungs-Verhältnis herabzusetzen.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass das Rückenteil als Rohr ausgebildet ist, dass die Schenkelteile als Blechformteile ausgebildet sind, und dass die Schenkelteile jeweils an den freien Enden des Rückenteils über eine kraft- und formschlüssige Verbindung befestigt sind.
Durch diese erfindungsgemäße Leichtbauweise kann mit Vorteil das Gewicht des Stabilisators reduziert werden, wobei beispielsweise durch eine Dimensionierung der Rohrwandstärke und/oder des Rohrdurchmessers ein der Torsionsbelastung entgegenwirkendes Widerstandmoment des Rückenteiles eingestellt werden kann, welches dem Vollquerschnitt eines Torsionsstabes äquivalent ist. Auch kann das Gewicht der Schenkelteile, bevorzugt bei einer – zumindest bereichsweise – C-förmigen Gestaltung ihres Querschnitts, reduziert werden, wobei mit Vorteil z. B. durch eine Dimensionierung der verschiedenen Wandstärken in der C-Form ein der Biegebelastung entgegenwirkendes Widerstandmoment eingestellt werden kann, welches dem eines Vollquerschnitts äquivalent ist. Die kraft- und formschlüssige Verbindung zwischen den Schenkelteilen und den freien Enden des Rückenteils sichert dabei eine funktionssichere Kraft- bzw. Momentenübertragung von den Schenkelteilen auf das Rückenteil.
Zur Optimierung der Kraft- bzw. Momentenübertragung kann in bevorzugter Ausführung dabei vorgesehen sein, dass die kraft- und formschlüssige Verbindung jeweils durch ein Eingreifen einer endseitig an dem Rückenteil ausgebildeten Außenkontur in eine formangepasste Innenkontur einer Befestigungsöffnung des Schenkelteils gebildet ist, die im Bereich seines dem Rückenteil zugewandten Endes liegt. Hierbei ist es von Vorteil, wenn die Außenkonturen der Enden des Rückenteils und die Innenkonturen der Befestigungsöffnungen der Schenkelteile jeweils Polygone, vorzugsweise regelmäßige Polygone, besonders bevorzugt regelmäßige Polygone mit abgerundeten Ecken sind, wobei die Höhe der funktionssicher übertragbaren Kräfte bzw. Momente durch eine Ausführung der Konturen als konkave Polygone mit verrundeten Ecken gegenüber einer Ausführung der Konturen als konvexe Polygone mit verrundeten Ecken noch gesteigert werden kann.
In konkaven Polygonen können dabei die jeweils außen liegenden verrundeten Ecken durch jeweils konvex gekrümmte Abschnitte und die jeweils innen liegenden verrundeten Ecken durch jeweils konkav gekrümmte Abschnitte der Außenkonturen der Enden des Rückenteils und der Innenkonturen der Befestigungsöffnungen der Schenkelteile gebildet sein. Geradlinige Konturabschnitte können dabei vermieden werden, so dass in den Außenkonturen und Innenkonturen konvex gekrümmte Abschnitte und konkav gekrümmte Abschnitte alternieren. Die Krümmungen führen dabei zu einer Maximierung der Anlageflächen der Innen- und Außenkonturen der Bauteile aneinander, was insbesondere im Hinblick auf die tangentiale Wirkungsrichtung der über die Verbindung zu übertragenden Kräfte als besonders optimal anzusehen ist. Hierzu kann im Besonderen auch vorgesehen sein, dass die konvex gekrümmten Abschnitte stärker gekrümmt sind als die konkav gekrümmten Abschnitte.
Im Sinne einer einfachen geometrischen Konturgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Krümmung der konvex gekrümmten Abschnitte und die Krümmung der konkav gekrümmten Abschnitte jeweils durch Kreisbögen beschrieben wird, deren Radien in den konvex gekrümmten Abschnitten vorzugsweise kleiner sind als die Radien in den konkav gekrümmten Abschnitten. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die jeweilige Krümmung der konvex gekrümmten und konkav gekrümmten Abschnitte durch verkürzte Zykloiden beschrieben wird.
Auf die Funktionssicherheit der Kraft- bzw. Momentenübertragung von den Schenkelteilen auf das Rückenteil und die Stabilität der Verbindung zwischen diesen Teilen kann des Weiteren mit Vorteil auch dadurch Einfluss genommen werden, dass ein die Befestigungsöffnung des Schenkelteiles manschettenartig umgebender Befestigungsabschnitt vorgesehen ist, durch dessen Länge die Verbindung zwischen jeweils einem Schenkelteil und einem freien Ende des Rückenteils bestimmt wird. Je größer die Länge dieses Befestigungsabschnitts ist, desto größer ist auch die Anlagefläche zwischen Schenkelteil und Rückenteil, wobei bei konstant bleibender zu übertragender Kraft bzw. bei konstant bleibendem zu übertragenden Torsionsmoment die wirksam werdende Flächenpressung zwischen den Teilen sinkt bzw. bei einer als Grenzwert vorgegebenen zulässigen Flächenpressung die Höhe der zu übertragenden Kraft bzw. des zu übertragenden Moments angehoben werden kann.
Eine besonders stabile Ausbildung der kraft- und formschlüssigen Verbindung zwischen den Schenkelteilen und den freien Enden des Rückenteils kann vorteilhafterweise dadurch erreicht werden, dass in den Rohrraum des Rückenteils ein Stopfen eingesetzt ist, dessen Außenkontur an die Innenkontur des Rohrraumes des Rückenteils angepasst ist. Ein derartiger Stopfen stabilisiert und sichert die Verbindung zusätzlich von innen und verhindert eine Deformation der Rohrwandung im Arbeitszustand des Stabilisators.
Es kann mit Vorteil zur Erhöhung der Kraftkomponente in der kraft- und formschlüssigen Verbindung dabei vorgesehen sein, dass die Außenkontur des Stopfens – zumindest bereichsweise – ein Übermaß gegenüber der Innenkontur des Rohrraumes des Rückenteils, wie sie vor dem Einsetzen des Stopfens vorliegt, aufweist. Durch das Einsetzen eines solchermaßen ausgebildeten Stopfens in das Rückenteil werden die Innenkontur und unter zumindest geringfügiger Wanddeformation auch die Außenkontur des Rohres aufgeweitet und dadurch eine erhöhte Pressung zwischen der Außenkontur des freien Endes des Rückenteils und der Innenkontur der Befestigungsöffnung des Schenkelteiles erzeugt.
Unter dem Aspekt einer angestrebten hohen Montagefreundlichkeit des Stopfens kann dabei vorgesehen sein, dass die Außenkontur des Stopfens – zumindest bereichsweise – über die axiale Stopfenlänge hinweg konisch ausgebildet ist, wobei insbesondere diese Außenkontur im Bereich der im Montagezustand im Rohrinneren liegenden Stopfenspitze zur Innenkontur des rohrförmigen Rückenteils ein Spiel und im Bereich des außenliegenden Stopfenendes ein Übermaß aufweist.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen sowie der folgenden Beschreibung enthalten. Anhand eines durch die beiliegende Zeichnung veranschaulichten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert. Dabei zeigen:
1 in einer perspektivischen Explosionsdarstellung, eine Ausführung eines erfindungsgemäßen Stabilisators,
2 die in 1 dargestellte Ausführung eines erfindungsgemäßen Stabilisators im Montagezustand in der Draufsicht,
3 eine Seitenansicht zu 2,
4 vergrößert gegenüber 3, eine Unteransicht auf ein Schenkelteil der in 1 bis 3 dargestellten Ausführung eines erfindungsgemäßen Stabilisators,
5 einen axialen Längsschnitt entlang der Linie V-V in 4 durch das Schenkelteil,
6 in vergrößerter Darstellung, ein konkaves Polygon mit verrundeten Ecken, wie es in den Außenkonturen des Rückenteils und in den Innenkonturen der Schenkelteile der in 1 bis 5 dargestellten Ausführung eines erfindungsgemäßen Stabilisators vorliegt,
7 ein kartesisches Koordinatensystem mit der Darstellung einer Kurve, mit welcher der Kantenverlauf eines konkaven Polygons mit verrundeten Ecken in den Außenkonturen des Rückenteils und in den Innenkonturen der Schenkelteile eines erfindungsgemäßen Stabilisators beschrieben werden können,
8a und 8b ein konkaves Polygon und eine aus diesem Polygon durch Verrundung seiner Ecken gewonnene weitere Kontur, durch welche die Außenkonturen des Rückenteils und die Innenkonturen der Schenkelteile eines erfindungsgemäßen Stabilisators beschrieben werden können.
Zu der anschließenden Beschreibung wird ausdrücklich betont, dass die Erfindung nicht auf das Ausführungsbeispiel und dabei auch nicht auf alle oder mehrere Merkmale von beschriebenen Merkmalskombinationen beschränkt ist. Vielmehr kann jedes einzelne Teilmerkmal des Ausführungsbeispiels auch losgelöst von allen anderen im Zusammenhang damit beschriebenen Teilmerkmalen für sich und auch in Kombination mit beliebigen anderen Merkmalen eine erfinderische Bedeutung haben.
In den Figuren der Zeichnung sind gleiche und einander entsprechende Teile auch stets mit denselben Bezugszeichen versehen, so dass sie in der Regel auch jeweils nur einmal beschrieben werden.
Wie zunächst 1 bis 3 veranschaulichen, weist ein erfindungsgemäßer Stabilisator 1, der insbesondere zum Ausgleich von Wankbewegungen in Nutzfahrzeugen eingesetzt werden kann, ein Rückenteil 2 und zwei an einander gegenüberliegenden Enden 2a, 2b des Rückenteils 2 angeordnete Schenkelteile 3 auf.
Das Rückenteil 2 mit der Längsachse X-X ist als Rohr ausgebildet, welches vorzugsweise aus einem Federstahl bestehen kann, während die Schenkelteile 3 Blechformteile sind.
Die Schenkelteile 3 sind zu dem Rückenteil 2 abgewinkelt und weisen jeweils dem Rückenteil 2 zugewandte Enden 3a und dem Rückenteil 2 abgewandte Enden 3b auf. Die abgewinkelten Schenkelteile 3, welche als Hebel wirken, sind im Montagezustand direkt oder indirekt an den Radführungselementen, beispielsweise an Querlenkern, angebracht, von denen die Schenkelteile 3 eine Kraft F (siehe 1, 3) aufnehmen. Zur Verbindung mit diesen nicht dargestellten Bauteilen dient dabei jeweils eine Befestigungsöffnung 3c, welche sich an den dem Rückenteil 2 abgewandten Enden 3b der Schenkelteile 3 befindet.
Im Sinne der Erzielung einer hohen Stabilität können die Schenkelteile 3, wie insbesondere 1, 4 und 5 veranschaulichen, zumindest bereichsweise einen C- bzw. – je nach Betrachtungsrichtung – U-förmigen Querschnitt aufweisen.
Durch die Kraft F wird zunächst in den Schenkelteilen 3 ein Biegemoment B (siehe 1, 3) und aufgrund der Hebelwirkung der Schenkelteile 3 dann im Rückenteil 2 ein Torsionsmoment MT (siehe 1, 2) erzeugt, welches über eine Verbindung zwischen den Schenkelteilen 3 und dem Rückenteil 2 übertragen werden muss. Bei dieser Verbindung zwischen den Schenkelteilen 3 und dem Rückenteil 2 handelt es sich um eine kraft- und formschlüssige Verbindung, deren mögliche konkrete Ausbildungen nachstehend im Detail erläutert werden.
Die kraft- und formschlüssige Verbindung kann bevorzugt jeweils durch ein Eingreifen einer endseitig an dem Rückenteil 2 ausgebildeten Außenkontur KA in eine formangepasste Innenkontur KI einer Befestigungsöffnung 3d des Schenkelteils 3 gebildet sein, die im Bereich seines dem Rückenteil 2 zugewandten Endes 3a liegt.
Bei den Außenkonturen KA der Enden 2a, 2b des Rückenteils 2 und den Innenkonturen KI der Befestigungsöffnungen 3d der Schenkelteile 3 kann es sich insbesondere jeweils um Polygone, vorzugsweise um regelmäßige Polygone, besonders bevorzugt um regelmäßige Polygone mit abgerundeten Ecken, handeln.
Ein derartiges Polygon weist dabei mindestens drei Ecken auf, wobei bevorzugt eine obere Eckenzahl, insbesondere bei konkaven Polygonen, von höchstens 20 vorgesehen sein sollte, da die Kontur bei einer höheren Zahl zu feingliedrig und in eine Zahnung übergehen würde, was nicht erwünscht ist, da dadurch keine optimale Momentenübertragung mehr erfolgen könnte.
Einzelheiten zu einer erfindungsgemäß bevorzugten Kontur sind 6 zu entnehmen, welche in vergrößerter Darstellung, zunächst allgemein ein Polygon mit verrundeten Ecken zeigt. Ein ähnliches Polygon mit größerer Eckenzahl ist auch in 8b gezeigt.
Da die in der Zeichnung dargestellte Kontur sowohl charakteristisch für die Außenkonturen KA am Rückenteil 2, als auch für die Innenkonturen KI der Schenkelteile 3 eines erfindungsgemäßen Stabilisators 1 sein kann bzw. für die exemplarische Ausführung gemäß 1 bis 5 ist, ist diese Kontur in 6 (und auch den weiteren Figuren) allgemein nur mit dem Bezugszeichen K (anstelle der Bezugszeichen KA bzw. KI) bezeichnet.
Im Besonderen handelt es sich bei der in 6 gezeigten Kontur K um ein konkaves regelmäßiges Zehneck (Dekagon) mit abgerundeten Ecken. Die äußersten und innersten Punkte der abgerundeten Ecken sind mit den Bezugszeichen P1 bis P10 bezeichnet, wobei die ungeradzahligen Punkte P1, P3, P5, P7, P9 radial außen und die geradzahligen Punkte P2, P4, P6, P8, P10 radial innen liegen. Aus 6 lässt sich ableiten, dass regelmäßige konkaven Polygone jeweils eine geradzahlige Anzahl von mindestens sechs verrundeten Ecken P1, P2, P3, ... aufweisen, von denen die halbe Anzahl P1, P3, ... in der Außenkontur KA der Enden 2a, 2b des Rückenteils 2 und in den Innenkonturen KI der Befestigungsöffnungen 3d der Schenkelteile 3 jeweils außen und die halbe Anzahl P2, P4, ... jeweils innen liegt.
Sowohl die äußeren Punkte P1, P3, ..., als auch die inneren Punkte P2, P4 ... lassen sich miteinander verbinden, wodurch jeweils Fünfecke (Pentagone) entstehen. In der Figur sind exemplarisch die außenliegenden Punkte P1 und P3 durch eine Gerade G miteinander verbunden. Die Gerade G schneidet die Konturenkurve in zwei Punkten W1, W2. Diese Punkte stellen mathematisch Wendepunkte der Kurve dar, in denen sich jeweils die Kurvenkrümmung ändert.
Durch die Gerade G wird die Kontur K zwischen den beiden Punkten P1 und P3 in drei Abschnitte A1, A2, A3 geteilt, wobei im mittleren Abschnitt A2 der innere Punkt P2 und in den beiden Randabschnitten A1, A3 die äußeren Punkte P1 und P3 liegen. Im mittleren Abschnitt A2 ist die Kontur K konkav und in den beiden Randabschnitten A1, A3 konvex gekrümmt.
Hierdurch wird zunächst deutlich, dass in dem gezeigten regelmäßigen konkaven Polygon die jeweils außen liegenden verrundeten Ecken P1, P3, ... durch jeweils konvex gekrümmte Abschnitte A1, A3, ... und die jeweils innen liegenden verrundeten Ecken P2, ... durch jeweils konkav gekrümmte Abschnitte A2, ... der Außenkonturen KA der Enden 2a, 2b des Rückenteils 2 und der Innenkonturen KI der Befestigungsöffnungen 3d der Schenkelteile 3 gebildet sein können, so dass in den jeweiligen Konturen K konvex gekrümmte Abschnitte A1, A3, ... und konkav gekrümmte Abschnitte A2, ... alternieren.
In der dargestellten Ausführung sind dabei die Abschnitte A1, A2, A3 auf der Geraden G etwa alle gleich lang, wobei die Kontur K in den konvex gekrümmten Abschnitten A1, A3 stärker gekrümmt ist als in dem konkav gekrümmten Abschnitt A2. Die Krümmung der konvex gekrümmten Abschnitte A1, A3 und die Krümmung des konkav gekrümmten Abschnitts A2 kann dabei jeweils näherungsweise durch Kreisbögen beschrieben werden, deren Radien R1, R3 in den konvex gekrümmten Abschnitten A1, A3 vorzugsweise kleiner sind als der Radius R2 in dem konkav gekrümmten Abschnitt A2.
7 veranschaulicht eine weitere vorteilhafte Möglichkeit, um den Verlauf der Kontur in den Polygonen zu gestalten. Es ist auch möglich, die jeweilige Krümmung der konvex gekrümmten Abschnitte A1, A3 und von konkav gekrümmten Abschnitten, wie dem Abschnitt A2, durch Kurven zu beschreiben, die in der Mathematik als „verkürzte Zykloiden” bezeichnet werden.
Aus 7 ist dabei zu entnehmen, dass eine Zykloide mechanisch als Bahn eines Punktes P entsteht, der mit einem Kreis vom Radius a vom Mittelpunkt M des Kreises fest verbunden ist, wenn dieser Kreis, ohne zu gleiten, auf einer Geraden rollt. Bezeichnet man den Wälzwinkel mit φ, lässt den Kreis auf der x-Achse eines kartesischen Koordinatensystems rollen und beginnt die Zählung der Abszisse mit 0, wenn der Punkt P seine tiefste Lage hat, was beispielsweise der Lage der Punkte P1, P3, ... in 6 und 8b entspricht, so ist der abgerollte Bogen (Strecke OB auf der Abszisse) gleich dem Produkt aus dem Radius r und dem Wälzwinkel φ. Dieser Bogen ist um den Wert a·sinφ länger als die x-Koordinate des Punktes P im abgerollten Zustand P', und der Radius r ist um den Wert a·cosφ größer als die y-Koordinate. Der Punkt P' hat somit an dieser Stelle die Koordinaten x = r·φ – a·sinφ und y = r – a·cosφ. Wenn das Verhältnis a:r, durch das der Kurvenverlauf der Kontur K und dabei insbesondere die Krümmung und das Krümmungsverhältnis seiner konvexen und konkaven Abschnitte A1, A2, A3, ... im Rahmen der Erfindung gesteuert werden kann, kleiner ist als 1, spricht man von einer verkürzten Zykloide.
Durch die Wahl der Art und Größe der Krümmungen und der gegenseitigen Verhältnisse von konvexen und konkaven Krümmungen – z. B. durch Variation der Radien R1, R2, R3 ... in 6 oder der Größen a und r in 7 – kann dabei – auch bei unterschiedlichen geometrischen Größen, wie des Außendurchmessers D des Rückenteils 2 oder der wirksamen Hebellänge L1 der Schenkelteile 3 eines erfindungsgemäßen Stabilisators 1 (siehe 2) – eine Maximierung der Anlageflächen der Innenkonturen KI und Außenkonturen KA der Bauteile 2, 3 aneinander herbeigeführt werden, was insbesondere im Hinblick auf die tangentiale Wirkungsrichtung des über die Verbindung zu übertragenden Moments MT einen großen Vorteil darstellt.
Eine weitere Möglichkeit der gezielten Einflussnahme auf die Kraft- und Momentenübertragung besteht darin, dass die kraft- und formschlüssige Verbindung zwischen jeweils einem Schenkelteil 3 und einem freien Ende 2a, 2b des Rückenteils 2 sich über eine Länge L2 erstreckt, die durch die Länge L2 eines die Befestigungsöffnung des Schenkelteiles umgebenden manschettenartigen Befestigungsabschnitts 3e bestimmt wird, wie dies am besten 5 zu entnehmen ist. Wie aus 1 zu entnehmen ist, kann der Befestigungsabschnitt 3e ebenfalls rohrförmig ausgebildet sein.
Es wurde bereits einleitend ausgeführt, dass mit der Länge L2 dieses Befestigungsabschnitts 3e auch die Anlagefläche zwischen Schenkelteil 2 und Rückenteil 3 anwächst. Dadurch sinkt bei konstant bleibender zu übertragender Kraft F bzw. bei konstant bleibendem zu übertragenden Torsionsmoment MT die wirksam werdende Flächenpressung zwischen den Teilen 2, 3 bzw. bei einer als Grenzwert vorgegebenen zulässigen Flächenpressung kann die Höhe der zu übertragenden Kraft F bzw. des zu übertragenen Moments MT angehoben werden.
Insofern die kraft- und formschlüssige Verbindung jeweils durch ein Eingreifen der Außenkontur KA des Rückenteils 2 in die formangepasste Innenkontur KI der Befestigungsöffnung 3d des Schenkelteils 3 gebildet ist, muss unter dieser Formanpassung erfindungsgemäß keine vollkommene Kongruenz verstanden werden, sondern es kann auch vorgesehen sein, dass die Kraftkomponente der kraft- und formschlüssigen Verbindung zwischen dem Schenkelteil 2 und dem freien Ende 2a, 2b des Rückenteils 2 durch einen Presssitz der Außenkontur KA des Rückenteils 2 in der Innenkontur KI der Befestigungsöffnung 3d des Schenkelteiles 3 bestimmt wird. Das bedeutet, dass die Außenkontur KA des Rückenteils 2 vor der Montage ein geringfügiges Übermaß gegenüber der Innenkontur KI der Befestigungsöffnung 3d des Schenkelteiles 3 aufweisen kann.
Des Weiteren kann, wie 3 und besonders anschaulich die Explosionsdarstellung von 1 zeigen, in den Rohrraum 2c des Rückenteils 2 jeweils endseitig ein Stopfen 4 einsetzbar bzw. eingesetzt sein, dessen Außenkontur AS an die Innenkontur IR des Rohrraumes 2c des Rückenteils 2 angepasst ist. Die Innenkontur IR des Rohrraumes 2c des Rückenteils 2 kann dabei mit Vorteil – getrennt durch die Wandstärke s – die Außenkontur KA des Rückenteils 2 nachbilden. Die Außenkontur AS des Stopfens 4 kann dabei mit Vorteil zur Erzeugung einer Pressung zwischen der Außenkontur KA des freien Endes 2a, 2b des rohrförmigen Rückenteils 2 und der Innenkontur KI der Befestigungsöffnung 3c des Schenkelteiles 3 (3) – zumindest bereichsweise – vor dem Einsetzen des Stopfens 4 ein Übermaß gegenüber der Innenkontur IR des Rohrraumes 2c des Rückenteils aufweisen (1). Auch kann vorgesehen sein, dass die Außenkontur AS des Stopfens 4 – zumindest bereichsweise – über die axiale Stopfenlänge LS hinweg konisch ausgebildet ist. Die mit diesen technischen Merkmalen verbundenen Vorteile wurden bereits oben erläutert.
Der Fachmann kann die Erfindung auch durch weitere vorteilhafte technische Maßnahmen ergänzen, ohne dass der Rahmen der Erfindung verlassen wird.
So können die Schenkelteile 3 einstückig, insbesondere durch einen Kaltumformprozess, wie durch ein Tiefziehen, aus einem kohlenstoffarmen, im Maschinenbau für allgemeine Zwecke einsetzbaren Standardstahl, wie beispielsweise einem Stahl mit der Werkstoffnummer 1.0580 nach DIN EN 10 0007, Blatt 2 (September 1992), hergestellt werden.
Dem vorzugsweise – wie erwähnt – aus einem Federstahl bestehenden, ebenfalls einstückigem Rückenteil 2 kann insbesondere durch einen Warmumformprozess die von der üblichen kreisringförmigen Rohrquerschnittsform abweichende polygonale Außenkontur KA und gleichzeitig auch die vorstehend als bevorzugt beschriebene adäquate Innenkontur IR verliehen werden. Hierbei kann wahlweise eine Verjüngung oder – wie aus 1 und 2 ersichtlich – bevorzugt eine in technologisch weniger aufwändigen Weise umsetzbare Aufweitung der Standard-Rohrquerschnittsform erfolgen.
Der Stopfen 4 kann mit Vorteil – auch in konischer Ausführung – durch ein Unrund-Drehverfahren gefertigt werden. Hierzu könne handelsübliche CNC-Drehmaschinen mit speziellen Bearbeitungsköpfen nachgerüstet werden. Der Stopfen 4 kann aus einem allgemeinen Baustahl oder aus einem Werkzeugstahl bestehen. Bei der Außenkontur AS des Stopfens 4 und der Innenkontur des Rückenteils 2 kann es sich – wie in der Zeichnung dargestellt – bevorzugt um solche Konturen K handeln, die den polygonalen Außenkonturen KA des Rückenteils 2 und den polygonalen Innenkonturen KI der Schenkelteile 3 geometrisch ähnlich sind. Dies ist allerdings nicht zwingend erforderlich.
Wie 8a zeigt, ist es grundsätzlich im Rahmen der Erfindung auch möglich, die polygonalen Konturen K auch ohne Eckenverrundung auszubilden, jedoch kann dies die im Rahmen der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe angestrebte Wirkung mindern.
Wie schließlich aus 2 hervorgeht, und es für das in der Zeichnung links liegende Ende 2b exemplarisch dargestellt ist, können jeweils auf den Enden 2a, 2b des Rückenteils 2 ringförmige Rückenlager 5 angeordnet sein, welche das Rückenteil 2 umfangsgemäß umfassen und neben der Lager- und Tragfunktion für das Rückenteil 2 die Funktionen einer umfangsgemäßen und axialen Kraftaufnahme erfüllen. Das exemplarisch dargestellte Rückenlager 5 ist dabei im Schnitt gezeigt. Für die Rückenlager 5 kann mit Vorteil vorgesehen sein, dass diese zumindest bereichsweise auf der unrunden, d. h. nicht kreisförmigen, insbesondere polygonal ausgebildeten Außenkontur KA der Enden 2a, 2b des Rückenteils 2 aufsitzen, wobei eine innere Ringkontur KR der Rückenlager 5 an diese Außenkontur KA formangepasst ist und diese formschlüssig umfasst. Dadurch sitzen die Rückenlager 5 sehr fest auf dem Rückenteil 2, und das Rückenteil 2 ist gegen ein Durchrutschen – also eine Relativverdrehung gegenüber dem Rückenlager 5 – unter der Wirkung des Torsionsmomentes MT gesichert. Gleichzeitig können mit derselben Wirkung die Rückenlager 5 zumindest bereichsweise auch auf einer Außenkontur AB des Befestigungsabschnitts 3e sitzen, wobei mit Vorteil für den Befestigungsabschnitt 3e vorgesehen sein kann, dass seine Außenkontur AB – getrennt durch seine Wandstärke d (siehe dazu 1) – die unrunde Innenkontur KI des Befestigungsabschnitts 3e nachbildet.
Dass das Rückenteil 2 als Rohr ausgebildet ist, dass die Schenkelteile 3 als Blechformteile ausgebildet sind, und dass die Schenkelteile 3 jeweils an den freien Enden 2a, 2b des Rückenteils 2 über eine kraft- und formschlüssige Verbindung befestigt sind, führt im Vergleich mit der bekannten massiven und einstückigen Ausbildung eines Stabilisators hinsichtlich der Lagerung über die Rückenlager noch zu einem weiteren Vorteil. So müssen die bekannten Stabilisatoren zur Vermeidung von Kerbspannungen im Schenkelteil-Rückenteil-Übergang – also gerade dort, wo die Lager angeordnet werden sollen – stark verrundet ausgebildet werden. Eine derartige Verrundung ist vorteilhafterweise erfindungsgemäß nicht notwendig. Die Rückenlager 5 können stattdessen direkt in einem durch jeweils ein Schenkelteil 3 und das Rückenteil 2 gebildeten, nicht verrundeten Eckbereich angeordnet sein, wobei in diesem Eckbereich die Längsachse X-X des Rückenteils 2, welche gleichzeitig die des erfindungsgemäßen Stabilisators 1 ist, und die Längsachse Y-Y (3) des Schenkelteils 3 rechtwinklig aufeinander stehen. Das Rückenlager 5 kann dabei mit Vorteil mit seiner Stirnseite an einer in 4 mit dem Bezugszeichen IF bezeichneten, sich quer zur axialen Richtung X-X erstreckenden inneren Fläche des Schenkelteils 3 zur Anlage kommen. Dadurch wird die axiale Kraftaufnahme der Rückenlager 5 verbessert.
Wie des Weiteren in 2 durch den mit gestrichelten Linien dargestellten Bereich des Rückenlagers 5 angedeutet ist, kann das Rückenlager 5 dabei mit Vorteil in einem Raum angeordnet sein, der innerhalb des C-förmigen Querschnitts des Schenkelteils 3 um den Befestigungsabschnitt 3e herum gebildet ist und diesen in bevorzugter Ausführung auch ausfüllt. Dadurch kann das Rückenlager 5 eine ähnliche Funktion wie der vorstehend beschriebene Stopfen 4 erfüllen. Während der Stopfen 4 die Verbindung zwischen Rückenteil 2 und Schenkelteils 3 von innerhalb des Rückenteils 2 her stabilisiert, kann das Rückenlager 5 diese Verbindung von außerhalb des Rückenteils 2 und des Befestigungsabschnitts 3e her stabilisieren. Die Montage kann dabei derart erfolgen, dass zuerst das Rückenlager 5 auf dem Befestigungsabschnitt 3e des Schenkelteils 3 positioniert wird, dann das Rohrende 2a, 2b des Rückenteils 2 mit seiner Außenkontur KA in die Innenkontur KI des Schenkelteils 3 eingeführt wird, und zuletzt der Stopfen 4 mit seiner Außenkontur AS in die Innenkontur IR des Rückenteils 2 eingeführt wird. Durch eine entsprechende Konizität des Stopfens 4 kann dabei nicht nur – wie bereits beschrieben – ein Presssitz des Rückenteils 2 im Befestigungsabschnitt 3e des Schenkelteils 3 erzeugt werden, sondern auch der Befestigungsabschnitt 3e selbst kann aufgeweitet werden, so dass es zu einer Verpressung des Rückenlagers 5 kommt. Einerseits kann dieses dabei formangepasst mit seiner Innenkontur KR mit Presssitz auf der Außenkontur AB des Befestigungsabschnitts 3e und/oder auf der Außenkontur KA des Rückenteils 2 sitzen, andererseits kann es zumindest über einen Umfangsbereich im Bereich des Endes 3a des Schenkelteils 3 – Umfangswinkel μ in 4 – von bevorzugt mindestens 180° ebenfalls mit Presssitz innerhalb der im Querschnitt C-förmigen Kontur des Schenkelteils 3 angeordnet sein. Auf diese Weise ist der gesamte Verbindungsbereich zwischen Rückenteil 2 und Schenkelteil 3 trotz Leichtbauweise der beiden Komponenten kompakt ausgebildet und weist unter den im Einsatzfall auftretenden Belastungen, die durch einen mehrachsigen Spannungszustand gekennzeichnet sind, der insbesondere durch Kräfte in den drei Raumachsen, durch das Biegemoment B auf das Schenkelteil 3 sowie durch das Torsionsmoment MT um die Längsachse des erfindungsgemäßen Stabilisators 1 bestimmt ist, ein Maximum an Festigkeit auf.
Ferner ist die Erfindung nicht auf die im Anspruch 1 definierte Merkmalskombination beschränkt, sondern kann auch durch jede beliebige andere Kombination von bestimmten Merkmalen aller insgesamt offenbarten Einzelmerkmale definiert sein. Dies bedeutet, dass grundsätzlich praktisch jedes Einzelmerkmal des unabhängigen Anspruchs weggelassen bzw. durch mindestens ein an anderer Stelle der Anmeldung offenbartes Einzelmerkmal ersetzt werden kann.
Bezugszeichenliste

0B: abgerollte Bogenlänge auf x (7)
1: Stabilisator
2: Rückenteil von 1
2a, 2b: Enden von 2
2c: Rohrraum von 2
3: Schenkelteil
3a, 3b: Enden von 3
3c: Befestigungsöffnung von 3 für Radführungselemente
3d: Befestigungsöffnung von 3 für 2
3e: Befestigungsabschnitt um 3d
4: Stopfen für 2
5: Rückenlager für 2
A1, A2, A3: Abschnitte auf G (6)
AB: Außenkontur von 3e
AS: Außenkontur von 4
a: Radius von P (7)
B: Biegemoment durch F
d: Wandstärke von 3e
F: Kraft an 3
G: Gerade zwischen P1 und P3 (6)
IF: Innenfläche von 3 um 3e (4)
IR: Innenkontur von 2 an 2a, 2b
K: Kontur allgemein (KA, KI, IR, AS)
KA: Außenkontur von 2 (2a, 2b)
KI: Innenkontur von 3 (3d)
KR: innere Ringkontur von 5
L1: Hebellänge von 3
L2: Länge von 3e
LS: axiale Länge von 4
M: Kreismittelpunkt (7)
MT: Torsionsmoment durch F in 2
P: Punkt (allgemein, 7)
P': Punkt P (Lage nach dem Abrollen)
P1 ... P14: Polygonpunkte (6, 8a, 8b)
R1, R2, R3: Radien von K in A1, A2, A3 (6)
s: Wandstärke von 2
W1, W2: Wendepunkte auf G
X-X: Längsachse von 1
Y-Y: Längsachse von 3 (3)
φ: Wälzwinkel (7)
μ: Umfangswinkel von 3 im Bereich von 3a

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2524827 A1 [0002, 0004, 0006]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN EN 10 0007, Blatt 2 (September 1992) [0051]

Claims

Stabilisator (1), insbesondere zum Ausgleich von Wankbewegungen in Nutzfahrzeugen, mit einem Rückenteil (2) und mit an einander gegenüberliegenden Enden des Rückenteils (2) angeordneten Schenkelteilen (3), die zu dem Rückenteil (2) abgewinkelt sind und an deren von dem Rückenteil (2) abgewandten Enden (3b) unter Torsion des Rückenteils (2) eine Kraft (F) angreift, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückenteil (2) als Rohr ausgebildet ist, dass die Schenkelteile (3) als Blechformteile ausgebildet sind, und dass die Schenkelteile (3) jeweils an den freien Enden (2a, 2b) des Rückenteils (2) über eine kraft- und formschlüssige Verbindung befestigt sind.
Stabilisator (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die kraft- und formschlüssige Verbindung jeweils durch ein Eingreifen einer endseitig an dem Rückenteil (2) ausgebildeten Außenkontur (KA) in eine formangepasste Innenkontur (KI) einer Befestigungsöffnung (3d) des Schenkelteils (3) gebildet ist, die im Bereich seines dem Rückenteil (2) zugewandten Endes (3a) liegt.
Stabilisator (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schenkelteile (3) – zumindest bereichsweise – einen C-förmigen Querschnitt aufweisen.
Stabilisator (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenkonturen (KA) der Enden (2a, 2b) des Rückenteils (2) und die Innenkonturen (KI) der Befestigungsöffnungen (3d) der Schenkelteile (3) jeweils Polygone, vorzugsweise regelmäßige Polygone, besonders bevorzugt regelmäßige Polygone mit abgerundeten Ecken, sind.
Stabilisator (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die regelmäßigen Polygone jeweils mindestens drei und höchstens 20 verrundete Ecken aufweisen.
Stabilisator (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenkonturen (KA) der Enden (2a, 2b) des Rückenteils (2) und die Innenkonturen (KI) der Befestigungsöffnungen (3d) der Schenkelteile (3) konkave Polygone mit verrundeten Ecken sind.
Stabilisator (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die konkaven Polygone jeweils eine geradzahlige Anzahl von mindestens sechs verrundeten Ecken aufweisen, von denen die halbe Anzahl in der Außenkontur (AK) der Enden (2a, 2b) des Rückenteils (2) und in den Innenkonturen (KI) der Befestigungsöffnungen (3d) der Schenkelteile (3) jeweils radial außen und die halbe Anzahl jeweils radial innen liegt.
Stabilisator (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in den konkaven Polygonen die jeweils außen liegenden verrundeten Ecken durch jeweils konvex gekrümmte Abschnitte (A1, A3) und die jeweils innen liegenden verrundeten Ecken durch jeweils konkav gekrümmte Abschnitte (A2) der Außenkonturen (KA) der Enden (2a, 2b) des Rückenteils (2) und der Innenkonturen (KI) der Befestigungsöffnungen (3d) der Schenkelteile (3) gebildet sind, so dass insbesondere in den Außenkonturen (KA) und Innenkonturen (KI) konvex gekrümmte Abschnitte (A1, A3) und konkav gekrümmte Abschnitte (A2) alternieren.
Stabilisator (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die konvex gekrümmten Abschnitte (A1, A3) stärker gekrümmt sind als die konkav gekrümmten Abschnitte (A2).
Stabilisator (1) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmung der konvex gekrümmten Abschnitte (A1, A3) und die Krümmung der konkav gekrümmten Abschnitte (A2) jeweils durch Kreisbögen beschrieben wird, deren Radien (R1, R3) in den konvex gekrümmten Abschnitten (A1, A3) vorzugsweise kleiner sind als die Radien (R2) in den konkav gekrümmten Abschnitten (A2).
Stabilisator (1) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Krümmung der konvex gekrümmten Abschnitte (A1, A3) und der konkav gekrümmten Abschnitte (A2) durch verkürzte Zykloiden beschrieben wird.
Stabilisator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die kraft- und formschlüssige Verbindung zwischen jeweils einem Schenkelteil (3) und einem freien Ende (2a, 2b) des Rückenteils (3) sich über eine Länge (L2) erstreckt, die durch die Länge (L2) eines die Befestigungsöffnung (3d) des Schenkelteiles umgebenden manschettenartigen Befestigungsabschnittes (3e) bestimmt wird.
Stabilisator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftkomponente der kraft- und formschlüssigen Verbindung zwischen jeweils einem Schenkelteil (3) und einem freien Ende (2a, 2b) des Rückenteils (2) durch einen Presssitz der Außenkontur (KA) des freien Endes (2a, 2b) des Rückenteils (2) in der Innenkontur (KI) der Befestigungsöffnung (3d) des Schenkelteiles (3) bestimmt wird.
Stabilisator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass in den Rohrraum (2c) des Rückenteils (2) jeweils endseitig ein Stopfen (4) eingesetzt ist, dessen Außenkontur (AS) an die Innenkontur (IR) des Rohrraumes (2c) des Rückenteils (2) angepasst ist.
Stabilisator (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenkontur (AS) des Stopfens (4) zur Erzeugung einer Pressung zwischen der Außenkontur (KA) des freien Endes (2a, 2b) des Rückenteils (2) und der Innenkontur (KI) der Befestigungsöffnung (3d) des Schenkelteiles (3) – zumindest bereichsweise – ein Übermaß gegenüber der Innenkontur (IR) des Rohrraumes (2c) des Rückenteils (2) vor dem Einsetzen des Stopfens (4) aufweist.
Stabilisator (1) nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenkontur (AS) des Stopfens (4) – zumindest bereichsweise – über die axiale Stopfenlänge (LS) hinweg konisch ausgebildet ist.
Stabilisator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Enden (2a, 2b) des Rückenteils (2) jeweils ringförmige Rückenlager (5) angeordnet sind, welche das Rückenteil (2) umfangsgemäß umfassen.
Stabilisator (1) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Rückenlager (5) zumindest bereichsweise auf der Außenkontur (KA) des Endes (2a, 2b) des Rückenteils (2) vorzugsweise mit Presssitz aufsitzt, wobei eine innere Ringkontur (KR) des Rückenlagers (5) an diese Außenkontur (KA) formangepasst ist und diese formschlüssig und umfasst.
Stabilisator (1) nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Rückenlager (5) in einem durch jeweils ein Schenkelteil (3) und das Rückenteil (2) gebildeten Eckbereich angeordnet ist, in dem die Längsachse (X-X) des Rückenteils (2) und die Längsachse (Y-Y) des Schenkelteils (3) rechtwinklig aufeinander stehen, wobei das Rückenlager (5) bevorzugt mit seiner Stirnseite an einer sich quer zur axialen Richtung (X-X) erstreckenden inneren Fläche (IF) des Schenkelteils (3) anliegt.
Stabilisator (1) nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Rückenlager (5) in einem Raum angeordnet sein, der innerhalb des C-förmigen Querschnitts des Schenkelteils (3) um den Befestigungsabschnitt (3e) herum gebildet ist und diesen in bevorzugter Ausführung, besonders bevorzugt mit Presssitz, auch ausfüllt.