DE102014218433B4

DE102014218433B4 - Verfahren zur Herstellung eines Verbindungsbauteils für ein Fahrzeug und Verbindungsteil

Info

Publication number: DE102014218433B4
Application number: DE102014218433.9A
Authority: DE
Inventors: Marco Rosendahl; Thomas Kramer; Jan Duetz
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2014-09-15
Filing date: 2014-09-15
Publication date: 2021-07-01
Anticipated expiration: 2034-09-16
Also published as: DE102014218433A1; CN205326279U

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Verbindungsbauteils für ein Fahrzeug, wobei eine Kunststoffstange (2) und zwei über die Kunststoffstange (2) fest miteinander verbundene Kunststoffkörper (6) hergestellt werden, dadurch gekennzeichnet, dass
- zur Herstellung der Kunststoffstange (2) ein Rohr (11) aus einem duroplastischen Kunststoff hergestellt wird und in den Innenraum (12) des Rohrs (11) ein thermoplastischer Kunststoff eingegossen wird, der nach seinem Erstarren eine sich durch das Rohr (11) hindurch erstreckende und sich aus den Enden des Rohrs (11) mit jeweils einem Anschlussbereich (14) heraus erstreckende Seele (13) bildet, und
- zur Herstellung der beiden über die Kunststoffstange (2) fest miteinander verbundenen Kunststoffkörper (6) jeder Anschlussbereich (14) mit einem thermoplastischen Kunststoff umgossen wird und mit diesem eine stoffschlüssige Verbindung eingeht, der nach seinem Erstarren einen der Kunststoffkörper (6) bildet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verbindungsbauteils für ein Fahrzeug, wobei eine Kunststoffstange und zwei über die Kunststoffstange fest miteinander verbundene Kunststoffkörper hergestellt werden. Ferner betrifft die Erfindung ein Verbindungsbauteil für ein Fahrzeug, mit einer Kunststoffstange und zwei über die Kunststoffstange fest miteinander verbundenen Kunststoffkörpern.
Ein Wankstabilisator einer Fahrzeugachse wird an seinen Enden über Verbindungsbauteile in Form von Gelenkstangen mit in Fahrzeugquerrichtung einander gegenüberliegenden Lenkern oder Radträgern der Fahrzeugachse verbunden. Eine solche Gelenkstange besteht in der Regel aus zwei Gelenken, die über eine Stange miteinander verbunden sind. Nach dem heutigen Stand der Technik werden die Stangen aus Metall oder aus Kunststoff hergestellt. Stangen aus Metall zeichnen sich zwar durch hohe Festigkeiten und Steifigkeiten aus, sind allerdings relativ schwer. Zur Gewichtsreduzierung sind daher Stangen aus thermoplastischem Kunststoff entwickelt worden, die deutlich leichter sind. Solche Stangen weisen bei höheren Betriebstemperaturen aber nur unzureichende Festigkeiten und Steifigkeiten auf. Als Alternative könnten daher Stangen aus duroplastischem Kunststoff in Erwägung gezogen werden, die insbesondere durch Endlosfasern, wie z.B. Glas- oder Kohlenstofffasern, verstärkt sind. Derartige Stangen weisen auch bei höheren Betriebstemperaturen hohe Festigkeiten auf. Allerdings ist eine direkte Ankopplung von thermoplastischen Gelenkgehäusen an Stangen aus duroplastischem Kunststoff nicht möglich.
Die DE 10 2011 084 165 A1 offenbart ein Verbindungsbauteil für ein Fahrzeug, mit einem sich in einer Längsrichtung erstreckenden Profil, welches eine einen Innenraum teilweise umschließende Wandung aufweist, wenigstens einem Gelenk, welches sich an einen längsseitigen Endbereich des Profils anschließt, und einem das Profil und das Gelenk miteinander verbindenden Gusskörper, der durch zumindest teilweises Umgießen des längsseitigen Endbereichs und des Gelenks hergestellt ist, sodass der längsseitige Endbereich und das Gelenk zumindest teilweise in den Gusskörper eingebettet sind. Das Profil endet in Längsrichtung vor dem Gelenk und weist wenigstens eine in den Gusskörper eingebettete Lasche auf, die von der Wandung des Profils abgewinkelt ist und zumindest bereichsweise schräg zur Längsrichtung verläuft. Sowohl der Gusskörper als auch das Profil können aus Kunststoff bestehen. Die Art des Kunststoffs ist dabei nicht offenbart. Würde das Profil jedoch aus einem duroplastischen Kunststoff und der Gusskörper aus einem thermoplastischen Kunststoff hergestellt, ergäbe sich das zuvor genannte Problem in Bezug auf die direkte Ankopplung.
Weiterer relevanter Stand der Technik findet sich in DE 10 2012 221 404 A1 und DE 4302409 A1 .
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einem Verbindungsbauteil der eingangs genannten Art für die Kunststoffstange die Vorzüge eines duroplastischen Kunststoffs in Bezug auf Festigkeit und Steifigkeit selbst dann nutzen zu können, wenn die Kunststoffkörper aus einem thermoplastischen Kunststoff hergestellt werden.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und durch ein Verbindungsbauteil nach Anspruch 7 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen und in der nachfolgenden Beschreibung gegeben.
Das Verfahren zur Herstellung eines Verbindungsbauteils für ein Fahrzeug, wobei eine Kunststoffstange und zwei über die Kunststoffstange fest miteinander verbundene Kunststoffkörper hergestellt werden, wird dadurch weitergebildet, dass zur Herstellung der Kunststoffstange ein Rohr aus einem duroplastischen Kunststoff hergestellt wird und in den Innenraum des Rohrs ein thermoplastischer Kunststoff eingegossen wird, der nach seinem Erstarren eine sich durch das Rohr hindurch erstreckende und sich aus den Enden des Rohrs mit jeweils einem Anschlussbereich heraus erstreckende Seele bildet, und zur Herstellung der beiden über die Kunststoffstange fest miteinander verbundenen Kunststoffkörper jeder Anschlussbereich mit einem thermoplastischen Kunststoff umgossen wird und, vorzugsweise dadurch, mit diesem eine stoffschlüssige Verbindung eingeht, der nach seinem Erstarren einen oder einen jeweiligen der Kunststoffkörper bildet. Dabei bildet die Seele zusammen mit dem Rohr insbesondere die Kunststoffstange.
Bei diesem Verfahren werden die Kunststoffkörper stoffschlüssig mit den Anschlussbereichen der Seele verbunden. Da sowohl die Kunststoffkörper als auch die Seele - und somit auch deren Anschlussbereiche - aus thermoplastischem Kunststoff bestehen, ist eine direkte Anbindung der Kunststoffkörper an die Kunststoffstange möglich. Da ferner die Kunststoffstange das Rohr aus duroplastischem Kunststoff umfasst, können mit der Kunststoffstange auch die mit duroplastischen Kunststoffen verbundenen hohen Festigkeiten und Steifigkeiten erzielt werden. Insbesondere können durch das Rohr relativ hohe Knicklasten aufgenommen werden.
Bevorzugt wird der thermoplastische Kunststoff der Seele durch Spritzgießen in den Innenraum des Rohrs eingegossen. Der thermoplastische Kunststoff der Seele wird somit insbesondere in den Innenraum des Rohrs eingespritzt und/oder der Innenraum des Rohrs wird insbesondere mit dem thermoplastischen Kunststoff ausgespritzt. Während der thermoplastische Kunststoff der Seele in den Innenraum des Rohrs eingegossen wird, befindet er sich bevorzugt in seinem fließfähigen Zustand. Bevor und/oder während der thermoplastische Kunststoff der Seele in den Innenraum des Rohrs eingegossen wird, wird der thermoplastische Kunststoff der Seele insbesondere erwärmt, sodass er seinen fließfähigen Zustand annimmt und/oder beibehält. Nachdem der thermoplastische Kunststoff der Seele in den Innenraum des Rohrs eingegossen worden ist, kühlt der thermoplastische Kunststoff der Seele vorzugsweise ab und/oder erstarrt vorzugsweise der thermoplastische Kunststoff der Seele. Als thermoplastischer Kunststoff der Seele wird z.B. ein Polyamid, ein Polypropylen oder ein Polyphthalamid verwendet. Bevorzugt werden in den thermoplastischen Kunststoff der Seele Fasern eingebettet, insbesondere vor und/oder während der Herstellung der Seele. Bei den Fasern handelt es sich z.B. um Glasfasern und/oder Kohlenstofffasern.
Die Anschlussbereiche werden bevorzugt aus einem thermoplastischen Kunststoff, vorzugsweise aus dem thermoplastischen Kunststoff der Seele, hergestellt. Insbesondere werden beim Eingießen des thermoplastischen Kunststoffs der Seele in den Innenraum des Rohrs die sich aus den Enden des Rohrs heraus erstreckenden Anschlussbereiche gleichzeitig mit ausgebildet. Vorteilhaft werden die Anschlussbereiche zusammen mit der Seele in einem gemeinsamen Gießvorgang hergestellt, der insbesondere ein Spritzgießvorgang ist. Bevorzugt werden die Anschlussbereiche zusammen mit der Seele aus demselben thermoplastischen Kunststoff hergestellt. Insbesondere bilden die Anschlussbereiche einen integralen Bestandteil der Seele. Bevorzugt gehen die Anschlussbereiche materialhomogen in die Seele über. Beispielsweise bildet die Seele einen Körper aus Vollmaterial. Insbesondere bildet die Seele einen formstabilen Körper. Bevorzugt wird der thermoplastische Kunststoff der Seele vor und/oder während des Eingießens in den Innenraum des Rohrs aufgeschäumt. Somit bildet die Seele nach dem Erstarren ihres thermoplastischen Kunststoffs insbesondere einen porösen und/oder aufgeschäumten Körper. Hierdurch kann das Gewicht des Verbindungsbauteils reduziert werden.
Dadurch, dass jeder Anschlussbereich mit dem thermoplastischen Kunststoff des jeweiligen Kunststoffkörpers umgossen wird, wird jeder Anschlussbereich insbesondere in den thermoplastischen Kunststoff des jeweiligen Kunststoffkörpers eingebettet. Bevorzugt wird jeder Anschlussbereich mit dem thermoplastischen Kunststoff des jeweiligen Kunststoffkörpers durch Spritzgießen umgossen. Jeder Anschlussbereich wird somit insbesondere mit dem thermoplastischen Kunststoff des jeweiligen Kunststoffkörpers umspritzt und/oder an jeden Anschlussbereich wird insbesondere der thermoplastische Kunststoff des jeweiligen Kunststoffkörpers angespritzt. Während jeder Anschlussbereich mit dem thermoplastischen Kunststoff des jeweiligen Kunststoffkörpers umgossen wird, befindet sich der thermoplastische Kunststoff des jeweiligen Kunststoffkörpers bevorzugt in seinem fließfähigen Zustand. Bevor und/oder während jeder Anschlussbereich mit dem thermoplastischen Kunststoff des jeweiligen Kunststoffkörpers umgossen wird, wird der thermoplastische Kunststoff des jeweiligen Kunststoffkörpers insbesondere erwärmt, sodass er seinen fließfähigen Zustand annimmt und/oder beibehält. Nachdem jeder Anschlussbereich mit dem thermoplastischen Kunststoff des jeweiligen Kunststoffkörpers umgossen worden ist, kühlt der thermoplastische Kunststoff des jeweiligen Kunststoffkörpers vorzugsweise ab und/oder erstarrt vorzugsweise der thermoplastische Kunststoff des jeweiligen Kunststoffkörpers. Bevorzugt werden die Kunststoffkörper aus dem gleichen thermoplastischen Kunststoff hergestellt. Vorteilhaft werden die Kunststoffkörper aus dem gleichen thermoplastischen Kunststoff wie die Seele hergestellt. Als thermoplastischer Kunststoff jedes Kunststoffkörpers wird z.B. ein Polyamid, ein Polypropylen oder ein Polyphthalamid verwendet. Bevorzugt werden in den thermoplastischen Kunststoff jedes Kunststoffkörpers Fasern eingebettet, insbesondere vor und/oder während der Herstellung des jeweiligen Kunststoffkörpers. Bei den Fasern handelt es sich z.B. um Glasfasern und/oder Kohlenstofffasern. Beispielsweise bildet jeder Kunststoffkörper einen Körper aus Vollmaterial. Insbesondere bildet jeder Kunststoffkörper einen formstabilen Körper.
Jeder Anschlussbereich wird mit dem jeweiligen Kunststoffkörper insbesondere stoffschlüssig verbunden. Diese stoffschlüssige Verbindung wird bevorzugt dadurch erzielt, das jeder Anschlussbereich und/oder der thermoplastische Kunststoff jedes Anschlussbereichs durch den thermoplastischen Kunststoff des jeweiligen Kunststoffkörpers oberflächlich erwärmt und/oder geschmolzen wird, während er mit dem thermoplastischen Kunststoff des jeweiligen Kunststoffkörpers umgossen wird. Jeder Anschlussbereich und/oder der thermoplastische Kunststoff jedes Anschlussbereichs geht mit dem thermoplastischen Kunststoff des jeweiligen Kunststoffkörpers und/oder mit dem jeweiligen Kunststoffkörper insbesondere dadurch eine stoffschlüssige Verbindung ein, dass er mit dem thermoplastischen Kunststoff des jeweiligen Kunststoffkörpers umgossen wird.
Gemäß einer Weiterbildung wird jeder Anschlussbereich vor dem Umgießen an seinem Außenumfang mit wenigstens einer Erhebung und/oder Vertiefung, insbesondere mit wenigstens einer umlaufenden Rille, versehen, mit welcher der thermoplastische Kunststoff des jeweiligen Kunststoffkörpers, insbesondere nach seinem Erstarren, vorzugsweise formschlüssig ineinander greift. Jeder Anschlussbereich wird dadurch mit dem jeweiligen Kunststoffkörper zusätzlich formschlüssig verbunden. Hierdurch kann die Festigkeit der Verbindung zwischen der Kunststoffstange und den Kunststoffkörpern erhöht werden. Bevorzugt werden beim Eingießen des thermoplastischen Kunststoffs der Seele in den Innenraum des Rohrs die sich aus den Enden des Rohrs heraus erstreckenden Anschlussbereiche gleichzeitig mit ausgebildet und mit den Erhebungen und/oder Vertiefungen, insbesondere mit den Rillen, versehen und/oder profiliert.
Gemäß einer Ausgestaltung wird jeder Anschlussbereich zusammen mit einem benachbarten Endbereich des Rohrs mit dem thermoplastischen Kunststoff des jeweiligen Kunststoffkörpers umgossen. Insbesondere wird jeder Endbereich des Rohrs vor dem Umgießen an seinem Außenumfang mit wenigstens einer Erhebung und/oder Vertiefung, insbesondere mit wenigstens einer Nut oder wenigstens einem Schlitz, versehen, mit welcher oder mit welchem der thermoplastische Kunststoff des jeweiligen Kunststoffkörpers, insbesondere nach seinem Erstarren, vorzugsweise formschlüssig ineinander greift. Jeder Kunststoffkörper wird dadurch mit dem Rohr formschlüssig verbunden. Auch hierdurch kann die Festigkeit der Verbindung zwischen der Kunststoffstange und den Kunststoffkörpern erhöht werden. Wird jeder Endbereich des Rohrs mit der wenigstens einen Vertiefung versehen, beispielsweise in Form der wenigstens einen Nut oder des wenigstens einen Schlitzes, so fließt der thermoplastische Kunststoff des jeweiligen Kunststoffkörpers während des Umgießens bevorzugt in diese oder die jeweilige wenigstens eine Vertiefung ein. Vorteilhaft durchdringt die wenigstens eine Nut oder der wenigstens eine Schlitz die Wandung des Rohrs. Bevorzugt geht somit der thermoplastische Kunststoff jedes Kunststoffkörpers, insbesondere durch das Umgießen des jeweiligen Endbereichs, zusätzlich eine stoffschlüssige Verbindung mit der Seele und/oder mit dem thermoplastischen Kunststoff der Seele im Bereich der jeweiligen Nut oder des jeweiligen Schlitzes ein.
Vorteilhaft wird in jedem Kunststoffkörper ein einen Lagerbereich aufweisendes Gelenkinnenteil mit seinem Lagerbereich gelenkig und/oder bewegbar gelagert, indem jeder Anschlussbereich zusammen mit dem Lagerbereich des jeweiligen Gelenkinnenteils mit dem thermoplastischen Kunststoff des jeweiligen Kunststoffkörpers umgossen wird. Jeder Kunststoffkörper bildet somit zusammen mit dem jeweiligen Gelenkinnenteil ein Gelenk. Bevorzugt bildet jeder Kunststoffkörper ein Gelenkgehäuse, insbesondere des jeweiligen Gelenks. Dadurch, dass jeder Anschlussbereich zusammen mit dem Lagerbereich des jeweiligen Gelenkinnenteils mit dem thermoplastischen Kunststoff des jeweiligen Kunststoffkörpers umgossen wird, wird der Lagerbereich des jeweiligen Gelenkinnenteils insbesondere in den thermoplastischen Kunststoff des jeweiligen Kunststoffkörpers eingebettet. Vorteilhaft erstreckt sich jedes der Gelenkinnenteile aus dem jeweiligen Kunststoffkörper heraus. Bevorzugt bildet jedes der Gelenkinnenteile einen Kugelzapfen, sodass der Lagerbereich jedes Gelenkinnenteils eine Gelenkkugel bildet. Jedes der Gelenke bildet insbesondere ein Kugelgelenk. Das Verbindungsbauteil bildet bevorzugt eine Gelenkstange. Das Gelenkinnenteil wird bevorzugt aus Metall, insbesondere aus Stahl hergestellt.
An jedem Kunststoffkörper und/oder Gelenkgehäuse wird bevorzugt eine das Gelenkinnenteil umringende Dichtung befestigt, die sich bis zu dem jeweiligen Gelenkinnenteil erstreckt und insbesondere dichtend an diesem anliegt oder angelegt wird. Die Dichtungen dienen insbesondere dazu, die Kunststoffkörper und/oder Gelenkgehäuse vor dem Eindringen von Schmutz und/oder Feuchtigkeit zu schützen. Jede Dichtung wird bevorzugt aus einem elastomeren Material hergestellt. Insbesondere ist oder wird jede Dichtung durch einen Dichtungsbalg gebildet.
Gemäß einer Weiterbildung wird eines der Gelenkinnenteile mit einem Wankstabilisator einer Fahrzeugachse verbunden. Ferner wird das andere der Gelenkinnententeile bevorzugt mit einem Lenker oder Radträger der Fahrzeugachse verbunden.
Die Kunststoffstange und/oder das Rohr und/oder die Seele erstrecken sich bevorzugt in einer Längsrichtung. Insbesondere werden oder sind die Kunststoffstange und/oder das Rohr und/oder die Seele gerade ausgebildet. Der Kunststoffstange ist oder wird bevorzugt eine Längsmittelachse zugeordnet. Diese Längsmittelachse bildet bevorzugt auch die Längsmittelachse des Rohrs und/oder der Seele.
Als duroplastischer Kunststoff des Rohrs wird z.B. ein Kunstharz, insbesondere ein Polyurethan, ein Polyesterharz, ein Vinylesterharz oder ein Epoxidharz verwendet. Bevorzugt werden in den duroplastischen Kunststoff Fasern eingebettet, insbesondere während der Herstellung des Rohrs. Hierdurch kann die Festigkeit des Rohrs erhöht werden. Bei den Fasern handelt es sich z.B. um Glasfasern und/oder Kohlenstofffasern. Insbesondere handelt es sich bei den Fasern um Endlosfasern. Die Endlosfasern erstrecken sich bevorzugt unidirektional, vorzugsweise in Längsrichtung. Beispielsweise wird das Rohr aus unidirektionalen Schichten hergestellt. Vorteilhaft verlaufen alle oder nahezu alle Endlosfasern in dieselbe Richtung. Alternativ können sich die Endlosfasern aber auch kreuzen. Insbesondere bildet das Rohr einen formstabilen Körper.
Gemäß einer Weiterbildung wird das Rohr an seinem Außenumfang mit einer Schutzschicht versehen und/oder ummantelt, die das Rohr insbesondere vor Steinschlag schützt. Diese Schutzschicht wird z.B. durch eine Ummantelung des Rohrs gebildet. Bevorzugt wird die Schutzschicht aus Kunststoff oder aus Gummi hergestellt. Insbesondere wird die Schutzschicht durch Umgießen und/oder Umspritzen des Rohrs mit dem vorgenannten Kunststoff gebildet. Ergänzend oder alternativ kann das Rohr, insbesondere oberflächlich, mit Fasern, beispielsweise mit Aramidfasern, verstärkt werden. Bei dem Kunststoff der Schutzschicht handelt es sich vorzugsweise um ein thermoplastisches Elastomer. Beispielsweise handelt es sich bei dem Kunststoff der Schutzschicht um Polymethylpenten.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verbindungsbauteil für ein Fahrzeug, mit einer Kunststoffstange, zwei über die Kunststoffstange fest miteinander verbundenen Kunststoffkörpern, einem Rohr aus duroplastischem Kunststoff und einer in den Innenraum des Rohrs eingebrachten, sich durch das Rohr hindurch erstreckenden und sich aus den Enden des Rohrs mit jeweils einem Anschlussbereich heraus erstreckenden Seele aus thermoplastischem Kunststoff, die zusammen mit dem Rohr die Kunststoffstange bildet, wobei die Kunststoffkörper jeweils aus thermoplastischem Kunststoff bestehen und die Anschlussbereiche jeweils in einen der Kunststoffkörper eingebettet und stoffschlüssig mit diesem verbunden sind.
Das Verbindungsbauteil wird bevorzugt nach dem zuvor beschriebenen Verfahren hergestellt. Insbesondere kann das Verbindungsbauteil gemäß allen im Zusammenhang mit dem Verfahren erläuterten Ausgestaltungen weitergebildet sein. Ferner kann das zuvor beschriebene Verfahren gemäß allen im Zusammenhang mit dem Verbindungsbauteil erläuterten Ausgestaltungen weitergebildet sein.
Der thermoplastische Kunststoff der Seele ist z.B. ein Polyamid, ein Polypropylen oder ein Polyphthalamid. Bevorzugt ist der thermoplastische Kunststoff der Seele mit Fasern verstärkt. Bei den Fasern handelt es sich z.B. um Glasfasern und/oder Kohlenstofffasern. Die Seele bildet insbesondere einen formstabilen Körper. Beispielsweise besteht die Seele aus Vollmaterial. Ergänzend oder alternativ ist der thermoplastische Kunststoff der Seele porös und/oder aufgeschäumt. Hierdurch kann das Gewicht des Verbindungsbauteils reduziert werden.
Die Anschlussbereiche bestehen bevorzugt aus einem thermoplastischen Kunststoff, insbesondere aus dem thermoplastischen Kunststoff der Seele. Vorzugsweise bilden die Anschlussbereiche einen integralen Bestandteil der Seele. Insbesondere gehen die Anschlussbereiche materialhomogen in die Seele über.
Der thermoplastische Kunststoff jedes Kunststoffkörpers ist z.B. ein Polyamid, ein Polypropylen oder ein Polyphthalamid. Bevorzugt ist der thermoplastische Kunststoff jedes Kunststoffkörpers mit Fasern verstärkt. Bei den Fasern handelt es sich z.B. um Glasfasern und/oder Kohlenstofffasern. Jeder Kunststoffkörper bildet insbesondere einen formstabilen Körper. Beispielsweise besteht jeder Kunststoffkörper aus Vollmaterial.
Gemäß einer Weiterbildung ist jeder der Anschlussbereiche an seinem Außenumfang mit wenigstens einer Erhebung und/oder Vertiefung, insbesondere mit wenigstens einer umlaufenden Rille, versehen, mit welcher der jeweilige Kunststoffkörper formschlüssig ineinander greift. Hierdurch kann die Festigkeit der Verbindung zwischen der Kunststoffstange und den Kunststoffkörpern erhöht werden.
Bevorzugt ist jeder Anschlussbereich zusammen mit einem benachbarten Endbereich des Rohrs in den jeweiligen Kunststoffkörper eingebettet. Insbesondere ist jeder Endbereich des Rohrs an seinem Außenumfang mit wenigstens einer Erhebung und/oder Vertiefung, insbesondere mit wenigstens einer Nut oder wenigstens einem Schlitz, versehen, mit welcher oder mit welchem der jeweilige Kunststoffkörper formschlüssig ineinander greift. Auch hierdurch kann die Festigkeit der Verbindung zwischen der Kunststoffstange und den Kunststoffkörpern erhöht werden. Vorteilhaft durchdringt die wenigstens eine Nut oder der wenigstens eine Schlitz die Wandung des Rohrs. Bevorzugt ist jeder Kunststoffkörper zusätzlich stoffschlüssig mit der Seele im Bereich der jeweiligen Nut oder des jeweiligen Schlitzes verbunden.
Gemäß einer Weiterbildung ist in jedem Kunststoffkörper ein einen Lagerbereich aufweisendes Gelenkinnenteil mit seinem Lagerbereich gelenkig und/oder bewegbar gelagert. Jeder Kunststoffkörper bildet somit zusammen mit dem jeweiligen Gelenkinnenteil insbesondere ein Gelenk. Bevorzugt bildet jeder Kunststoffkörper ein Gelenkgehäuse, insbesondere des jeweiligen Gelenks. Das Verbindungsbauteil ist vorzugsweise eine Gelenkstange, die bevorzugt die beiden Gelenke aufweist.
In jeden Kunststoffkörper und/oder in jedes Gelenkgehäuse ist insbesondere der Lagerbereich des jeweiligen Gelenkinnenteils eingebettet. Vorteilhaft erstreckt sich jedes der Gelenkinnenteile aus dem jeweiligen Kunststoffkörper und/oder Gelenkgehäuse heraus. Bevorzugt ist jedes der Gelenkinnenteile ein Kugelzapfen, sodass der Lagerbereich jedes Gelenkinnenteils eine Gelenkkugel ist. Jedes der Gelenke ist insbesondere ein Kugelgelenk. Das Gelenkinnenteil besteht bevorzugt aus Metall, insbesondere aus Stahl.
An jedem Kunststoffkörper und/oder Gelenkgehäuse ist bevorzugt eine das Gelenkinnenteil umringende Dichtung befestigt, die sich bis zu dem jeweiligen Gelenkinnenteil erstreckt und insbesondere dichtend an diesem anliegt. Die Dichtungen dienen insbesondere dazu, die Kunststoffkörper und/oder Gelenkgehäuse vor dem Eindringen von Schmutz und/oder Feuchtigkeit zu schützen. Jede Dichtung besteht bevorzugt aus einem elastomeren Material. Insbesondere ist jede Dichtung durch einen Dichtungsbalg gebildet.
Gemäß einer Weiterbildung ist eines der Gelenkinnenteile mit einem Wankstabilisator einer Fahrzeugachse verbunden. Ferner ist das andere der Gelenkinnententeile bevorzugt mit einem Lenker oder Radträger der Fahrzeugachse verbunden.
Die Kunststoffstange und/oder das Rohr und/oder die Seele erstrecken sich bevorzugt in Längsrichtung oder in einer Längsrichtung. Insbesondere sind die Kunststoffstange und/oder das Rohr und/oder die Seele gerade ausgebildet. Der Kunststoffstange ist bevorzugt die oder eine Längsmittelachse zugeordnet. Diese Längsmittelachse bildet bevorzugt auch die Längsmittelachse des Rohrs und/oder der Seele.
Der duroplastische Kunststoff des Rohrs ist z.B. ein Kunstharz, insbesondere ein Polyurethan, ein Polyesterharz, ein Vinylesterharz oder ein Epoxidharz. Insbesondere ist der duroplastische Kunststoff mit Fasern verstärkt. Hierdurch kann die Festigkeit des Rohrs erhöht werden. Bei den Fasern handelt es sich z.B. um Glasfasern und/oder Kohlenstofffasern. Insbesondere handelt es sich bei den Fasern um Endlosfasern. Die Endlosfasern erstrecken sich bevorzugt unidirektional, vorzugsweise in Längsrichtung. Beispielsweise umfasst das Rohr unidirektionale Schichten oder besteht aus diesen Schichten. Vorteilhaft verlaufen alle oder nahezu alle Endlosfasern in dieselbe Richtung. Alternativ können sich die Endlosfasern aber auch kreuzen. Insbesondere bildet das Rohr einen formstabilen Körper.
Gemäß einer Weiterbildung ist das Rohr an seinem Außenumfang mit einer Schutzschicht versehen und/oder ummantelt, die das Rohr insbesondere vor Steinschlag schützt. Diese Schutzschicht ist z.B. durch eine Ummantelung des Rohrs gebildet. Bevorzugt besteht die Schutzschicht aus Kunststoff oder aus Gummi. Insbesondere ist das Rohr mit einer Ummantelung aus Gummi oder aus dem vorgenannten Kunststoff gebildet. Ergänzend oder alternativ kann das Rohr, insbesondere oberflächlich, mit Fasern, beispielsweise mit Aramidfasern, verstärkt sein. Bei dem Kunststoff der Schutzschicht handelt es sich vorzugsweise um ein thermoplastisches Elastomer. Beispielsweise handelt es sich bei dem Kunststoff der Schutzschicht um Polymethylpenten.
Gegenüber einem bekannten und aus Metall hergestellten Verbindungsbauteil vergleichbarer Größe kann durch die Erfindung insbesondere eine Gewichtsreduzierung von ca. 40% bei Beibehaltung nahezu gleicher Festigkeits- und Steifigkeitseigenschaften erzielt werden. Durch zusätzliches Aufschäumen des thermoplastischen Kunststoffs der Seele kann das Gewicht nochmals reduziert werden, ohne die Festigkeits- und Steifigkeitseigenschaften wesentlich zu beeinträchtigen. Ferner ist durch die Erfindung ein modularer Aufbau des Verbindungsbauteils zur Abdeckung einer großen Variantenvielfalt möglich. Insbesondere ist eine modulare Bauweise des Verbindungsbauteils in Bezug auf Längenvarianten und/oder unterschiedliche Kopfwinkel der Gelenke möglich.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

1 eine perspektivische Ansicht eines eine Kunststoffstange und zwei Kugelgelenke umfassenden Verbindungsbauteils gemäß einer Ausführungsform,
2 eine perspektivische und teilweise geschnittene Ansicht des Verbindungsbauteils,
3 eine perspektivische Ansicht eines Rohrs, welches einen Teil der Kunststoffstange bildet und
4 die Ansicht nach 3 nach dem Einbringen einer Seele in das Rohr.

Aus 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Verbindungsbauteils 1 gemäß einer Ausführungsform ersichtlich, welches eine sich in einer Längsrichtung x erstreckende, gerade Kunststoffstange 2 und zwei Kugelgelenke 3 und 4 aufweist, die jeweils ein mit einer Zapfenöffnung 5 (siehe 2) versehendes Gelenkgehäuse 6 in Form eines Kunststoffkörpers, einen eine Gelenkkugel 7 (siehe 2) aufweisenden Kugelzapfen 8, der mit seiner Gelenkkugel 7 gelenkig in dem Gelenkgehäuse 6 gelagert ist und sich durch die Zapfenöffnung 5 hindurch aus dem Gelenkgehäuse 6 heraus erstreckt, und einen sich von dem Gelenkgehäuse 6 bis zu dem Kugelzapfen 8 erstreckenden Dichtungsbalg 9 umfassen, der sowohl an dem Gelenkgehäuse 6 als auch an dem Kugelzapfen 8 dichtend anliegt und die Zapfenöffnung 5 abdeckt. Die Gelenkgehäuse 6 der Kugelgelenke 3 und 4 sind über die Kunststoffstange 2 fest miteinander verbunden. Ferner sind die Gelenke 3 und 4 bezüglich einer sich in Längsrichtung x erstreckenden Längsmittelachse 10 der Kunststoffstange 2 relativ zueinander verdreht, hier z.B. um 90°. Das Verbindungsbauteil 1 wird insbesondere dafür eingesetzt, einen Wankstabilisator einer Fahrzeugachse mit einem Lenker oder Radträger der Fahrzeugachse gelenkig zu verbinden.
Aus 2 ist eine perspektivische und teilweise geschnittene Ansicht des Verbindungsbauteils 1 ersichtlich, wobei der Dichtungsbalg 9 des Gelenks 4 weggelassen wurde. Es ist zu erkennen, dass die Kunststoffstange 2 ein Rohr 11 aufweist, durch dessen Innenraum 12 sich eine Seele 13 hindurch erstreckt, die sich aus den Enden des Rohrs 11 mit jeweils einem Anschlussbereich 14 heraus erstreckt. Das Rohr 11 ist in Einzeldarstellung aus 3 und zusammen mit der Seele 13 aus 4 ersichtlich. Die Anschlussbereiche 14 sind an ihrem Außenumfang mit umlaufenden Rillen 15 versehen. Ferner sind in Endbereichen 16 des Rohrs 11 quer zur Längsrichtung x verlaufende Schlitze 17 in die Wandung 18 des Rohrs 11 eingebracht, die insbesondere die Wandung 18 durchdringen.
Jeder Anschlussbereich 14 ist zusammen mit dem ihm benachbarten Endbereich 16 des Rohrs 11 in eines der Gelenkgehäuse 6 eingebettet, wobei jedes Gelenkgehäuse 6 in die Rillen 15 des jeweiligen Anschlussbereichs 14 und in die Schlitze 17 des jeweiligen Endbereichs 16 formschlüssig eingreift. Da die Gelenke 3 und 4 identisch aufgebaut sind, ist dies in der Zeichnung lediglich für das Gelenk 3 gezeigt. Die Gelenkgehäuse 6 sind somit formschlüssig mit der Kunststoffstange 2 verbunden. Ferner sind die Gelenkgehäuse 6 stoffschlüssig mit den Anschlussbereichen 14 der Seele 13 verbunden. Bevorzugt sind die Gelenkgehäuse 6 ferner im Bereich der Schlitze 17 stoffschlüssig mit der Seele 13 verbunden.
Nachfolgend wird die Herstellung des Verbindungsbauteils beschrieben. Zunächst wird das Rohr 11 aus einem mit unidirektionalen Endlosglasfasern verstärkten duroplastischen Kunststoff hergestellt und in seinen Endbereichen 16 mit den Schlitzen 17 versehen. Die Endlosglasfasern werden dabei in Längsrichtung x des Rohrs 11 ausgerichtet. Das so hergestellte und mit den Schlitzen 17 versehene Rohr 11 ist aus 3 ersichtlich. Lediglich schematisch ist dabei in 3 eine der in den duroplastischen Kunststoff des Rohrs 11 eingebetteten Endlosglasfasern angedeutet und mit dem Bezugszeichen 19 versehen.
Anschließend wird in den Innenraum 12 des Rohrs 11 ein insbesondere mit Glasfasern verstärkter thermoplastischer Kunststoff eingespritzt, der nach seinem Erstarren die Seele 13 bildet. Die sich aus den Enden des Rohrs 11 heraus erstreckenden Anschlussbereiche 14 werden dabei gleichzeitig mit ausgebildet und mit den Rillen 15 profiliert. Das mit der Seele 13 versehene Rohr 11 ist aus 4 ersichtlich und bildet die aus den 1 und 2 ersichtliche Kunststoffstange 2.
Danach werden die beiden Kugelzapfen 8 bereitgestellt, und jeder der Anschlussbereiche 14 wird zusammen mit dem jeweils benachbarten Endbereich 16 und zusammen mit der Gelenkkugel 7 von einem der Kugelzapfen 8 mit einem insbesondere mit Glasfasern verstärkten thermoplastischen Kunststoff umspritzt, der nach seinem Erstarren eines der Gelenkgehäuse 6 bildet. Bevorzugt handelt es sich bei diesem thermoplastischen Kunststoff um den gleichen thermoplastischen Kunststoff, der auch für das Herstellen der Seele 13 verwendet worden ist.
Da sowohl die Seele 13 als auch die Gelenkgehäuse 6 aus thermoplastischem Kunststoff, insbesondere aus dem gleichen thermoplastischen Kunststoff, bestehen, gehen die Gelenkgehäuse 6 während ihrer Herstellung mit der Seele 13, insbesondere mit den Anschlussbereichen 14 der Seele 13, eine stoffschlüssige Verbindung ein. Ferner formt sich der Kunststoff der Gelenkgehäuse 6 während des Umspritzens der Anschlussbereiche 14 und der Endbereiche 16 in die Rillen 15 und in die Schlitze 17 ein, sodass die Gelenkgehäuse 6 während ihrer Herstellung mit der Seele 13, insbesondere mit den Anschlussbereichen 14 der Seele 13, und mit den Endbereichen 16 des Rohrs 11 zusätzlich eine formschlüssige Verbindung eingehen.
Abschließend werden die Dichtungsbälge 9 an den Kugelgelenken 3 und 4 montiert.
Das Rohr 11 besteht somit aus einem duroplastischen Kunststoff, der mit Endlosglasfasern verstärkt ist, die unidirektional in Längsrichtung x ausgerichtet sind. Ferner besteht die Seele 13 aus einem thermoplastischen Kunststoff, der insbesondere mit Glasfasern verstärkt ist. Auch bestehen die Gelenkgehäuse 6 jeweils aus einem thermoplastischen Kunststoff, der insbesondere mit Glasfasern verstärkt ist, wobei die Gelenkgehäuse 6 bevorzugt aus dem gleichen thermoplastischen Kunststoff wie die Seele 13 bestehen.
Bezugszeichenliste

1: Verbindungsbauteil
2: Kunststoffstange
3: Kugelgelenk
4: Kugelgelenk
5: Zapfenöffnung des Gelenkgehäuses
6: Gelenkgehäuse / Kunststoffkörper
7: Gelenkkugel des Kugelzapfens
8: Kugelzapfen des Kugelgelenks
9: Dichtungsbalg des Kugelgelenks
10: Längsmittelachse der Kunststoffstange
11: Rohr
12: Innenraum des Rohrs
13: Seele
14: Anschlussbereich
15: Rille im Anschlussbereich
16: Endbereich des Rohrs
17: Schlitz im Endbereich des Rohrs
18: Wandung des Rohrs
19: Endlosglasfaser
x: Längsrichtung

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Verbindungsbauteils für ein Fahrzeug, wobei eine Kunststoffstange (2) und zwei über die Kunststoffstange (2) fest miteinander verbundene Kunststoffkörper (6) hergestellt werden, dadurch gekennzeichnet, dass - zur Herstellung der Kunststoffstange (2) ein Rohr (11) aus einem duroplastischen Kunststoff hergestellt wird und in den Innenraum (12) des Rohrs (11) ein thermoplastischer Kunststoff eingegossen wird, der nach seinem Erstarren eine sich durch das Rohr (11) hindurch erstreckende und sich aus den Enden des Rohrs (11) mit jeweils einem Anschlussbereich (14) heraus erstreckende Seele (13) bildet, und - zur Herstellung der beiden über die Kunststoffstange (2) fest miteinander verbundenen Kunststoffkörper (6) jeder Anschlussbereich (14) mit einem thermoplastischen Kunststoff umgossen wird und mit diesem eine stoffschlüssige Verbindung eingeht, der nach seinem Erstarren einen der Kunststoffkörper (6) bildet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Anschlussbereich (14) vor dem Umgießen an seinem Außenumfang mit wenigstens einer Erhebung und/oder Vertiefung (15) versehen wird, mit welcher der thermoplastische Kunststoff des jeweiligen Kunststoffkörpers (6) nach seinem Erstarren formschlüssig ineinander greift.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Anschlussbereich (14) zusammen mit einem benachbarten Endbereich (16) des Rohrs (11) mit dem thermoplastischen Kunststoff des jeweiligen Kunststoffkörpers (6) umgossen wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Endbereich (16) des Rohrs (11) vor dem Umgießen an seinem Außenumfang mit wenigstens einer Erhebung und/oder Vertiefung (17) versehen wird, mit welcher der thermoplastische Kunststoff des jeweiligen Kunststoffkörpers (6) nach seinem Erstarren formschlüssig ineinander greift.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem Kunststoffkörper (6) ein einen Lagerbereich (7) aufweisendes Gelenkinnenteil (8) mit seinem Lagerbereich (7) gelenkig gelagert wird, indem jeder Anschlussbereich (14) zusammen mit dem Lagerbereich (7) des jeweiligen Gelenkinnenteils (8) mit dem thermoplastischen Kunststoff des jeweiligen Kunststoffkörpers (6) umgossen wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das während der Herstellung des Rohrs (11) in den duroplastischen Kunststoff Endlosfasern (19) eingebettet werden.
Verbindungsbauteil für ein Fahrzeug, mit einer Kunststoffstange (2) und zwei über die Kunststoffstange (2) fest miteinander verbundenen Kunststoffkörpern (6), gekennzeichnet durch ein Rohr (11) aus duroplastischem Kunststoff und eine in den Innenraum (12) des Rohrs (11) eingebrachte, sich durch das Rohr (11) hindurch erstreckende und sich aus den Enden des Rohrs (11) mit jeweils einem Anschlussbereich (14) heraus erstreckende Seele (13) aus thermoplastischem Kunststoff, die zusammen mit dem Rohr (11) die Kunststoffstange (2) bildet, wobei die Kunststoffkörper (6) jeweils aus thermoplastischem Kunststoff bestehen und die Anschlussbereiche (14) jeweils in einen der Kunststoffkörper (6) eingebettet und stoffschlüssig mit diesem verbunden sind.
Verbindungsbauteil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Anschlussbereiche (14) an seinem Außenumfang mit wenigstens einer Erhebung und/oder Vertiefung (15) versehen ist, mit welcher der jeweilige Kunststoffkörper (6) formschlüssig ineinander greift.
Verbindungsbauteil nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Anschlussbereich (14) zusammen mit einem benachbarten Endbereich (16) des Rohrs (11) in den jeweiligen Kunststoffkörper (6) eingebettet ist.
Verbindungsbauteil nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Endbereich (16) des Rohrs (11) an seinem Außenumfang mit wenigstens einer Erhebung und/oder Vertiefung (17) versehen ist, mit welcher der jeweilige Kunststoffkörper (6) formschlüssig ineinander greift.
Verbindungsbauteil nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem Kunststoffkörper (6) ein einen Lagerbereich (7) aufweisendes Gelenkinnenteil (8) mit seinem Lagerbereich (7) gelenkig gelagert ist.
Verbindungsbauteil nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der duroplastische Kunststoff des Rohrs (11) mit Endlosfasern (19) verstärkt ist.