DE10233932A1 - Mechanisches Verbindungselement und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Mechanisches Verbindungselement und Verfahren zu seiner Herstellung

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Todd Anthony Brown
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Abstract

Ein mechanisches Verbindungselement (20) mit einer Verbindungsstange (22), die an zumindest einem ihrer Enden ein Kupplungsglied (24, 25) trägt, kennzeichnet sich dadurch, daß das Kupplungsglied einen ein Ende der Verbindungsstange nichtanhaftend umgebenden Hülsenabschnitt (60) mit einem innenseitigen ringförmigen Bund aufweist, der in eine entsprechende ringförmige Verjüngung der Verbindungsstange eingreift. Damit wird das betreffende Kupplungsglied (24, 26) befähigt, sich gegenüber der Verbindungsstange zu drehen, während eine gegenseitige Axialbewegung unterbunden oder zumindest begrenzt ist. Die Kupplungsglieder (24, 26) können einzeln, gewünschtenfalls mit ein und demselben Werkzeug, auf die entsprechend vorbereitete Verbindungsstange (22) aufgeformt werden, die aus Stangenmaterial hergestellt werden kann.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein mechanisches Verbindungselement gemäß Gattungsbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zu seiner Herstellung gemäß Gattungsbegriff des Anspruchs 9.
  • Aus US-A-5,795,092, 6,161,451, 1,814,999, 1,886,143, 5,765,844, 6,119,550 und 6,164,860 sind mechanische Verbindungselemente mit einer an mindestens einem Ende einer Verbindungsstange drehbar angebrachten Kugelgelenkanordnung in verschiedenartigen Ausführungen bekannt. Diese sind jedoch verhältnismäßig kompliziert und teuer herzustellen. Beispielsweise offenbart US-A-6,164,860 zwei durch ein Paar von Verbindungsstangen miteinander verbundene Kugelgelenkanordnungen. Dabei besitzt eine der Verbindungsstangen an einem Ende eine winkelförmige Aussparung geeignet zum Zusammenwirken mit einem ringförmigen Vorsprung an der anderen Verbindungsstange, um die beiden Verbindungsstangen zusammenzukuppeln. Auf das freie Ende einer jeden der Verbindungsstangen ist eine Kugelgelenkanordnung aufgeformt. Ein elastisches Glied in der Kupplung der beiden Verbindungsstangen dient dazu, Vibration zu absorbieren. Unglücklicherweise ist eine solche Konstruktion verhältnismäßig teuer herzustellen. Insbesondere erfordert sie zwei getrennte Verbindungsstangen mit fest angebrachter Kugelgelenkanordnung an einer jeden derselben. Zudem ist eine solche Konstruktion an der Kupplungsstelle der beiden Verbindungsstangen Scherspannungen unterworfen.
  • Aus US-A-5,795,092, 1,814,999, 1,886,143 und 6,119,550 sind auf eine Verbindungsstange aufschraubbare Kugelgelenkanordnungen bekannt, die damit an sich drehbar sind. Indessen ist dabei eine Klemmung vorgesehen, um eine Drehbarkeit nach dem Zusammenbau zu verhindern, womit die betreffenden Verbindungselemente für viele Zwecke ungeeignet sind.
  • Schließlich ist aus US-A-6,161,451 ein mechanisches Verbindungselement mit zwei Kugelgelenkanordnungen an beiden Enden einer Verbindungsstange bekannt. In diesem Fall besitzt die Verbindungsstange an beiden Enden einen im wesentlichen rechteckigen Kopf, der in einer rechteckigen Öffnung der betreffenden Kugelgelenkanordnung Aufnahme findet. Der rechteckige Kopf und die rechteckige Aussparung gestatten es, die Kugelgelenkanordnungen in verschiedene Eingriffsstellungen mit unterschiedlichem axialem Abstand zu bringen. Indessen ist die betreffende Verbindungsanordnung ungeeignet für Anwendungen, bei denen die Kugelgelenkanordnungen noch nach dem Zusammenbau gegenüber der Verbindungsstange drehbar sein sollen.
  • Wenngleich, wie gesagt, mehrere der vorerwähnten Verbindungselemente eine Drehung der Kugelgelenkanordnungen erlauben, sind sie verhältnismäßig kompliziert und teuer herzustellen. Dazu noch erfordern die vorbekannten Ausführungen unterschiedliche Werkzeuge, wo sich Konstruktionsparameter, wie zum Beispiel die Länge der Verbindungsstange, ändern.
  • Von daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verbindungselement nach Gattungsbegriff des Anspruchs 1 mit mindestens einem drehbaren Kupplungsglied zu schaffen, wobei dieses Verbindungselement auch bei einer Längenänderung der Verbindungsstange noch einfach und kostengünstig herstellbar ist.
  • Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß mit dem Verbindungselement nach Anspruch 1 und dem dafür geeigneten Herstellungsverfahren nach Anspruch 9 gelöst.
  • Bei der betreffenden Verbindungsanordnung kann bei unterschiedlichen Längen der Verbindungsstange die gleiche Werkzeugausrüstung verwendet werden, da die betreffenden Kupplungsglieder an beiden Enden der jeweiligen Verbindungsstange nacheinander und mit unterschiedlichem Abstand angebracht werden können, was die Herstellung vereinfacht und die Herstellungskosten reduziert.
  • Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verbindungselements besteht auch noch darin, daß es in vielerlei Weise in Fällen Anwendung finden kann, wo zwei nicht miteinander fluchtende Glieder miteinander zu verbinden sind. In solchen Fällen können die Kupplungsglieder einfach von Hand entsprechend zurechtgedreht werden, um das fehlende Fluchten unschädlich zu machen.
  • Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verbindungselements sowie ein Anwendungsbeispiel eines solchen anhand der Zeichnungen genauer beschrieben. Von den einzelnen Figuren derselben zeigt
  • Fig. 1 eine perspektivische Ansicht des betreffenden erfindungsgemäßen Verbindungselements,
  • Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines eingebauten solchen Verbindungselements in einem Anwendungsbeispiel,
  • Fig. 3 eine Seitenansicht des Verbindungselements nach Fig. 1,
  • Fig. 4 einen Schnitt durch dasselbe Verbindungselement entlang der Linie 4-4 von Fig. 3,
  • Fig. 5 einen Schnitt entlang Linie 5-5 von Fig. 3 und
  • Fig. 6 eine Seitenansicht der betreffenden Verbindungsstange.
  • Das in Fig. 1 gezeigte mechanische Verbindungselement 20 weist eine Verbindungsstange 22 und zwei an deren beiden Enden angebrachte Kupplungsglieder 24 und 26, wie beispielsweise Kugelgelenkanordnungen, auf.
  • Ein Anwendungsbeispiel eines solchen mechanischen Verbindungselements 20 geht aus Fig. 2 hervor. Hiernach dient das Verbindungselement 20 bei einem Kraftfahrzeug zur Übertragung von Verlagerungen des Fahrzeugchassis 28 gegenüber einer Federaufhängung 30 des Fahrzeugs auf einen Sensor 32 in Gestalt eines Drehwinkelgebers, wie er beispielsweise aus der US- Patentanmeldung 09/653,507 hervorgeht. Der Sensor 32 ist an dem Fahrzeugchassis 28 mittels zweier Schrauben 34 und 36 befestigt und trägt einen Hebelarm 38. Das freie Ende des Hebelarms 38 ist (in nicht eigens gezeigter Weise) mit einem Kugelkopfzapfen ausgerüstet, der in das als Kugelgelenkanordnung ausgebildete Kupplungsglied 24 des Verbindungselements 22 eingreift, um dieses mit dem Hebelarm 38 gelenkig zu verbinden. Entsprechend ist mit dem Chassis 30 ein Kugelkopfzapfen 40 verbunden, der in das gleichfalls als Kugelgelenkanordnung ausgebildete Kupplungsglied 26 am anderen Ende der Verbindungsstange 22 eingreift. Auf diese Weise ist zwischen der Federaufhängung 30 und dem Hebelarm 38 eine gelenkige Verbindung hergestellt, über die sich eine jede Höhenverlagerung des Fahrzeugchassis 28 gegenüber der Federaufhängung 30 dem Sensor 32 mitteilt.
  • Wie ersichtlich, sind der Kugelkopfzapfen an dem Hebelarm 38 und der Kugelkopfzapfen 40 an der Federaufhängung 30 gegeneinander in bezug auf die Achse der Verbindungsstange 22 um etwa 90° versetzt. Da die Kupplungsglieder 24 und 26 jedoch gegenüber der Verbindungsstange 22 und damit auch gegeneinander drehbar sind, kann das Verbindungselement 20 ungeachtet der jeweils erforderlichen Winkelstellung der Kupplungsglieder 24 und 26 hergestellt werden.
  • Wie aus den Fig. 3-6 ersichtlich, kann die Verbindungsstange 22 von Stangenmaterial aus Metall oder Kunststoff hergestellt werden, sofern sich dieses nicht mit dem für die Vorrichtungen 24 und 26 verwendeten Material, beispielsweise SAE- 1215-Stahl mit oder ohne Platierung, verbindet. Eine brauchbare Platierung ist beispielsweise eine Schwarzzink-/Eisen- Platierung.
  • Wie gezeigt, kann die Verbindungsstange 22 an beiden Enden je zwei Nuten, 44 und 46 bzw. 48 und 50, aufweisen. Die äußeren Nuten, 46 und 50, dienen dazu, ringförmige Bunde der Kupplungsglieder 24 und 26 aufzunehmen, um diese gegenüber einer Axialbewegung zu fixieren, während ihnen eine Drehung gegenüber der Verbindungsstange 22 möglich ist. Die inneren Nuten, 44 und 48, - oder irgendeine ähnliche Struktur - können als Markierung zur Positionierung der Verbindungsstange 22 innerhalb der Form (nicht gezeigt) für die Herstellung der Kupplungsglieder dienen.
  • Nach der Darstellung sind zwei Kupplungsglieder, 24 und 26, auf beide Enden der Verbindungsstange 22 aufgeformt. Um die Werkzeugkosten gering zu halten, können die beiden gleichartigen Kupplungsglieder, wie gesagt, nacheinander geformt werden, wobei das gleiche Werkzeug Verwendung finden kann, und dies gilt ungeachtet der Länge der Verbindungsstange 22. Im einzelnen werden die Kupplungsglieder 24 und 26 nichtanhaftend um die Enden der Verbindungsstange 22 herumgeformt, wobei die inneren Nuten 44 und 48 zur genauen Positionierung der Verbindungsstange in der Form dienen können.
  • Wie genauer aus Fig. 3 ersichtlich, besitzt ein jedes der Kupplungsglieder 24 und 26 einen Kugelaufnahmeabschnitt 52 und einen Hülsenabschnitt 54. In dem gezeigten Beispiel enthält der Kugelaufnahmeabschnitt 52 einen axialverlaufenden Schlitz 56 und einen querverlaufenden Schlitz 58. Der Schlitz 58 dient dazu, eine im wesentlichen C-förmig geformte Blattfeder (Fig. 1) aufzunehmen zum Halten der Kugel etwa des Kugelkopfträgers 40 innerhalb des Kugelkopfaufnahmeabschnitts 52. Andere Ausführungen des Kugelkopfaufnahmeabschnitts 52, so etwa einteilige, sind ebenso denkbar. Darüber hinaus kann es sich bei den Kupplungsgliedern 24 und 26 auch um andersartige Glieder als Kugelgelenkanordnungen handeln.
  • Wie bereits erwähnt, besitzt jedes der beiden Kupplungsglieder 24 und 26 einen Hülsenabschnitt 60 mit einem innenseitigen Bund, der in die betreffende Nut 46 bzw. 50 der Verbindungsstange 22 eingreift. Der Bund in Verbindung mit der Nut erlaubt es dem jeweiligen Kupplungsglied 24 bzw. 26, sich gegenüber der Verbindungsstange 22 zu drehen, während eine Axialbewegung unterbunden ist.
  • Die Kupplungsglieder 24 und 26 können aus irgendeinem Kunststoff wie zum Beispiel RPT 4005 TFE 15 (Polyphthalamid (PA), mit 30% Glasfüllung (GF) und Polytetrafluorethylen- Schmierung) hergestellt werden. Hauptsache ist, wie gesagt, daß sie nicht an der Verbindungsstange 22 anhaften.
  • Während vorausgehend ein Verbindungselement mit Kupplungsgliedern 24 und 26 an beiden Enden der Verbindungsstange 22beschrieben wurde, ist es auch denkbar, eine solche mit einem entsprechenden Kupplungsglied nur an einem Ende auszuführen. So oder so braucht das jeweilige Kupplungsglied keineswegs aus einer Kugelgelenkanordnung zu bestehen.

Claims (12)

1. Mechanisches Verbindungselement (20) mit einer Verbindungsstange (22), die an zumindest einem ihrer Enden ein Kupplungsglied (24, 26) trägt, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupplungsglied (24, 26) einen ein Ende der Verbindungsstange (22) nichtanhaftend umgebenden Hülsenabschnitt (60) mit einem innenseitigen ringförmigen Bund aufweist, der in eine entsprechende ringförmige Verjüngung der Verbindungsstange eingreift, um das betreffende Kupplungsglied zu befähigen, sich gegenüber der Verbindungsstange zu drehen, während eine gegenseitige Axialbewegung unterbunden oder zumindest begrenzt ist.
2. Mechanisches Verbindungselement (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die betreffende Verjüngung der Verbindungsstange (22) aus einer Ringnut (46, 50) besteht.
3. Mechanisches Verbindungselement (20) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eines der Kupplungsglieder (24, 26) aus einer Kugelgelenkanordnung besteht.
4. Mechanisches Verbindungselement (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich ein entsprechendes Kupplungsglied (24, 26) nur an einem Ende der Verbindungsstange (22) befindet.
5. Mechanisches Verbindungselement (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich entsprechende Kupplungsglieder (24, 26) an beiden Enden der Verbindungsstange (22) befinden.
6. Mechanisches Verbindungselement (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsstange (22) aus Stahl besteht.
7. Mechanisches Verbindungselement (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsstange (22) aus Kunststoff besteht.
8. Mechanisches Verbindungselement (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsstange (22) an mindestens einem Ende eine Markierung für ihre Positionierung in bezug auf ein Werkzeug zur Herstellung des jeweiligen Kupplungsgliedes (24, 26) aufweist.
9. Verfahren zur Herstellung eines mechanischen Verbindungselements (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:
a) Herstellen einer Verbindungsstange (22) mit mindestens einem verjüngten Abschnitt an mindestens einem Ende,
b) Bereitstellen einer Spritzform, die geeignet ist, zur Herstellung zumindest eines Rohlings eines Kupplungsgliedes (24, 26) mit einem Hülsenabschnitt (60) in dem sich mindestens ein innenseitiger ringförmiger Bund befindet,
c) Einbringen eines Endes der Verbindungsstange (22) in die Spritzform und
d) Formen des betreffenden Kupplungsglied(rohling)s (24, 26) um das betreffende Ende der Verbindungsstange (22).
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verfahrensschritte (a), (c) und (d) an beiden Enden der Verbindungsstange (22) erfolgen.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Verfahrensschritte (c) und (d) an den beiden Enden der Verbindungsstange (22) nacheinander erfolgen.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß an der Verbindungsstange (22) vor den Verfahrensschritten (c) und (d) mindestens eine Markierung (44, 48) für die korrekte Positionierung der Verbindungsstange gegenüber der Form angebracht wird.
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