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Die
Erfindung betrifft einen Stabilisator für ein Kraftfahrzeug
gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs
1.
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Bekanntermaßen
verbindet ein Fahrzeugstabilisator an einer Fahrzeugvorderachse
die beiden Radaufhängungen miteinander. Wie die
DE 102 31 013 A1 ausführt,
dienen Stabilisatoren dabei der Reduzierung der Rollneigung des
Fahrzeugs durch Verringerung der Radlastdifferenzen zwischen den
kurvenäußeren- und kurveninneren Fahrzeugrädern,
die durch einseitiges Einfedern beim Durchfahren von Kurven entstehen.
Bei Kurvenfahrten wird das kurveninnere Rad bekanntermaßen
ausgefedert, so dass sich der Stabilisator in sich verwindet bzw.
tordiert. Mit der so entstehenden Federkraft wird die kurvenäußere
Radaufhängung unterstützt, so dass die Neigung
des Fahrzeugs bei einer Kurvenfahrt wesentlich verringert wird.
Ein solcher Stabilisator wird mit seinen seitlichen Armen über
Pendelstützen, Kugelgelenke und/oder zylindrische Drehlager
am Fahrwerk und mit seinem Torsionsstab drehbeweglich am Fahrzeugchassis
befestigt.
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Stabilisatoren
an Kraftfahrzeugen sind üblicherweise aus Metall hergestellt
und einteilig ausgebildet, wenngleich auch schon Fahrzeugstabilisatoren
vorgeschlagen wurden, die mehrteilig ausgebildet und aus Metall-
sowie Faserverbundwerkstoffen hergestellt sind. So beispielsweise
in der schon erwähnten
DE 102 31 013 A1 sowie in der
DE 39 10 641 A1 , der
DE 36 12 777 A1 und
der
DE 602 44 494 T2 .
Aus unterschiedlichen Gründen sind diese Konstruktionen
nicht so ausgebildet, dass sie für einen Einsatz in Serienfahrzeugen
geeignet wären.
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Vor
diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen
kostengünstig herstellbaren sowie eine lange Gebrauchsdauer
aufweisenden Fahrzeug-Stabilisator vorzustellen, der aus gesondert
produzierten Einzelteilen zusammengebaut ist, und bei dem der Torsionsstab
sowie die Arme aus einem Faserverbundwerkstoff hergestellt sind.
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Die
Lösung dieser Aufgabe ergibt sich für einen Fahrzeug-Stabilisator
mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 dadurch, dass
dessen beiden Arme mit einem Torsionsabschnitt über jeweils
ein metallisches Verbindungsstück verbunden sind, wobei
diese Verbindungsstücke einen ersten Aufnahmeabschnitt
für das axiale Ende des Torsionsabschnitts und einen zweiten
Aufnahmeabschnitt für jeweils einen Arm aufweisen. Außerdem
ist vorgesehen, dass an den jeweiligen Verbindungsstücken
ein Lagerbolzen ausgebildet ist, der in ein mit dem Fahrzeugchassis
verbindbares Lager einsetzbar ist.
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Der
Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass der aus einem Faserverbundwerkstoff
hergestellte Torsionsabschnitt bzw. Torsionsstab kostengünstig
und betriebssicher mit den beiden seitlichen, ebenfalls aus einem
Faserverbundwerkstoff hergestellten Armen des Stabilisators mit
Hilfe eines metallischen Verbindungsstücks verbindbar ist.
Durch eine einstückige Anordnung jeweils eines Lagerbolzens an
den beiden Verbindungsstücken, die in jeweils einem Drehlager
aufgenommen werden, wird eine weitere Reduzierung der Herstellkosten
erreicht.
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Demnach
geht die Erfindung aus von einem Stabilisator für ein Kraftfahrzeug,
mit einen im wesentlichen quer zur Fahrzeuglängserstreckung
ausgerichteten Torsionsabschnitt und zwei endseitig an dem Torsionsabschnitt
unter einem Winkel angeordnete Arme, wobei der Torsionsabschnitt
und die Arme als miteinander verbundene Einzelteile ausgebildet sowie
aus einem Faserverbundwerkstoff hergestellt sind. Außerdem
ist an diesem Stabilisator vorgesehen, dass die beiden Arme mit
dem Torsionsabschnitt über jeweils ein metallisches Verbindungsstück
verbunden sind, wobei jedes dieser Verbindungsstücke einen
ersten Aufnahmeabschnitt für die Aufnahme und Befestigung
eines axiales Endes des Torsionsabschnitts und einen zweiten Aufnahmeabschnitt
für die Aufnahme und Befestigung eines axialen Endes eines
Armes aufweist, und dass an den jeweiligen Verbindungsstücken
ein Lagerbolzen ausgebildet ist, der in ein mit den Fahrzeugchassis
verbindbares Lager einsetzbar ist.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen und Ausgestaltungen des Stabilisators gemäß der
Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.
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So
kann gemäß einer ersten Ausführungsform
vorgesehen sein, dass das Verbindungsstück im Bereich der
beiden Aufnahmeabschnitte zwei hohle Aufnahmeräume aufweist,
von denen ein erster hohler Aufnahmeraum zur Aufnahme und Befestigung
eines axialen Endes des Torsionsabschnitts und der zweite hohle
Aufnahmeraum zur Aufnahme und Befestigung eines axialen Endes eines
Armes dient. Demnach werden die freien Enden des Torsionsabschnitts
und die axialen Enden der beiden Arme in dafür vorgesehene,
vorzugsweise als Sacklöcher ausgebildete Aufnahmeräume
der beiden Verbindungsstück eingesteckt und dort mit diesem
fest verbunden.
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Gemäß einer
zweiten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das
Verbindungsstück im Bereich der Aufnahmeabschnitte nur
einen hohlen Aufnahmeraum und anstelle eines zweiten hohlen Aufnahmeraumes
einen Aufnahmebolzen aufweist, von denen der hohle Aufnahmeraum
zur Aufnahme und Befestigung eines axialen Endes des Torsionsabschnitts
und der Aufnahmebolzen zur Aufnahme und Befestigung eines axialen
Endes eines Armes dient. Dazu wird der Aufnahmebolzen in einen zentralen, koaxialen
Aufnahmeraum eines Arms hineingedrückt, so dass diese fest
miteinander verbunden sind. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn der
Aufnahmebolzen eine Axialverzahnung bzw. Steckverzahnung aufweist,
die in Einsteckrichtung ausgerichtet ist.
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Eine
dritte Ausführungsvariante entspricht konstruktiv weitgehend
der gerade geschilderten zweiten Ausführungsform, jedoch
weist in diesem Fall das Verbindungsstück einen hohlen
Aufnahmeraum auf, der zur Aufnahme und Befestigung eines axialen
Endes eines Armes dient, sowie einen Aufnahmebol zen, der zur Aufnahme
und Befestigung eines axialen Endes des Torsionsabschnitts dient.
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Entsprechend
einer anderen Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein,
dass der zumindest eine hohle Aufnahmeraum des Verbindungsstücks
einen mehreckigen, ovalen oder runden Querschnitt aufweist, und
dass an der Mantelfläche des hohlen Aufnahmeraumes eine
Verzahnung ausgebildet ist, welche sich in dessen Einsteckrichtung
erstreckt. Die Querschnittsgeometrie kann in Abhängigkeit
von dem Belastungsprofil des Torsionsabschnitts oder der Arme ausgewählt
sein.
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Schließlich
ist der Stabilisator gemäß der Erfindung entsprechend
einer weiteren Ausgestaltung dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerbolzen
am Verbindungsstück koaxial zur Längsachse des
Aufnahmeraumes für den Torsionsabschnitt des Stabilisators
ausgerichtet ist. Durch dieses Konstruktionsmerkmal ist der Stabilisator
mit seinen Torsionsabschnitt ohne den Anbau eines gesonderten Lagerbolzens
einfach in ein Drehlager an der Fahrzeugstruktur aufnehmbar.
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Die
Axialverzahnung an der Innenmantelfläche der hohlen Aufnahmeräume
bzw. am Aufnahmebolzen kann die Steckverbindung zwischen dem Arm bzw.
dem Torsionsabschnitt und dem jeweiligen Verbindungsstück
hinsichtlich ihrer Kraftschlüssigkeit und Schadfreiheit
für die Fasern verbessern, beispielsweise dann, wenn das
axiale Ende des Faserverbundwerkstoff in noch nicht abgebundenem
Zustand in den hohlen Aufnahmeraum eingesteckt wird, so dass zumindest
die dickflüssige Komponente des Faserverbundwerkstoffs
in die Nuten der Steckverzahnung eindringen kann.
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Zum
besseren Verständnis der Erfindung ist der Beschreibung
einer Zeichnung beigefügt. In dieser zeigt
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1 eine
schematische Draufsicht auf einen Stabilisator gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel,
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2 eine
schematische Draufsicht auf einen Stabilisator gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel,
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3 eine
teilweise geschnittene Seitenansicht eines Verbindungsstücks,
welches den Torsionsabschnitt und einen Arm des Stabilisators gemäß 1 miteinander
verbindet, und
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4 eine
teilweise geschnittene Seitenansicht eines Verbindungsstücks,
welches den Torsionsabschnitt und einen Arm des Stabilisators gemäß 2 miteinander
verbindet.
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Demnach
zeigt 1 schematisch einen mehrteiligen Stabilisator 1 für
ein Kraftfahrzeug, mit einen im wesentlichen quer zur Längserstreckung 2 eines
Kraftfahrzeugs ausgerichteten Torsionsabschnitt 3 und zwei
endseitig an diesem Torsionsabschnitt 3 unter einem Winkel
angeordnete Arme 4, 5. Der Torsionsabschnitt 3 und
die beiden Arme 4, 5 sind jeweils als Einzelteile
aus einem Faserverbundwerkstoff hergestellt und anschließend
miteinander verbunden worden. Gemäß der Erfindung
sind die beiden Arme 4, 5 mit dem Torsionsabschnitt 3 über jeweils
ein metallisches Verbindungsstück 6 verbunden,
wobei jedes dieser Verbindungsstücke 6 einen ersten
Aufnahmeabschnitt 12 für die Aufnahme eines axiales
Ende des Torsionsabschnitts 3 und einen zweiten Aufnahmeabschnitt 13 für
die Aufnahme eines axialen Endes eines Armes 3, 4 aufweist.
Außerdem ist an den jeweiligen Verbindungsstücken 6 ein koaxial
zur Längsachse des Torsionsabschnitts 3 des Stabilisators
ausgerichteter Lagerbolzen 10 ausgebildet, der in ein mit
dem Fahrzeugchassis 16 verbindbares Drehlager 17 eingesetzt
ist.
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Dieser
Stabilisators 1 ist sehr vorteilhaft, weil er aus vergleichsweise
einfach herstellbaren Einzelelementen zusammengebaut ist. So können
der Torsi onsabschnitt 3 und die Arme 4, 5 in
einem kontinuierlichen Produktionsprozess dadurch hergestellt werden,
wobei diese von einem Endlosrohr aus einem Faserverbundmaterial
in gewünschter Länge abgeschnitten werden. Anschließend
werden diese Rohre mit den beiden metallischen Verbindungsstücken 6 zu
dem dann fertigen Stabilisator 1 verbunden. Das Endlosrohr
kann dabei eine den zu erwartenden Bauteilbelastungen am besten
widerstehende Querschnittgeometrie aufweisen.
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Zur
Verbindung des Torsionsabschnitts 3 mit den beiden Armen
können die beiden Aufnahmeabschnitte 12, 13 der
Verbindungsstücke 6 unterschiedlich ausgebildet
sein, wobei die jeweilige Konstruktion an die zu erwartenden Bauteillasten
im Verbindungsbereich zwischen dem jeweiligen Verbindungsstück 6 und
dem Torsionsabschnitt 3 und/oder den beiden Armen 4, 5 angepasst
ist.
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Gemäß dem
Ausführungsbeispiel der 1 und 3 weist
derjenige Aufnahmeabschnitt 12 des Verbindungsstücks 6,
welcher zur Verbindung mit einem axialen Ende des Torsionsabschnitts 3 dient,
einen hohlzylindrischen Aufnahmeraum 7 auf, der als Sackloch
ausgebildet ist. In die Mantelfläche dieses Aufnahmeraumes 7 ist
eine Längsverzahnung 15 eingearbeitet, welche
die Verbindungsfläche zwischen dem Verbindungsstück 6 und
dem in den Aufnahmeraum 7 eingesteckten Ende des Torsionsabschnitts 3 im
Vergleich zu einer rein hohlzylindrischen Geometrie vorteilhaft
vergrößert.
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Zur
Befestigung der Arme 4, 5 letztlich mit dem Torsionsabschnitt 3 ist
an jedem der beiden Verbindungsstücke 6 ein zweiter
Aufnahmeabschnitt 13 mit einen Aufnahmebolzen 14 ausgebildet,
der in einem gewünschten Verbindungswinkel von dem zweiten
Aufnahmeabschnitt 12 absteht. In den hier gewählten
Ausführungsbeispielen beträgt der Verbindungswinkel
zur Vereinfachung der Abbildungen 90°. Üblicherweise
kommen jedoch Verbindungswinkel > 90° zur
Anwendung, so dass die Arme 4, 5 mit ihren freien
Enden nach Fahr zeugaußen weisen. Auch der Aufnahmebolzen 14 weist
eine Längsverzahnung 15' auf.
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Um
eine Verbindung eines der beiden Arme 4, 5 mit
einem solchen Verbindungsstück 6 zu ermöglichen,
weisen diese an einem axialen Ende eine koaxial zur Längserstreckung
der jeweiligen Arme 4, 5 ausgerichtete hohlzylindrische
Aussparung 9 auf, die in diesem Ausführungsbeispiel
als Sackloch ausgebildet ist. Der jeweilige Arm 4, 5 wird
mit dieser Aussparung 9 auf den Aufnahmebolzen 14 aufgesteckt und
mit diesem vorzugsweise verklebt. Ebenso ist es möglich,
dass die Arme 4, 5 und der Torsionsabschnitt 3 als
hohlzylindrische Rohre ausgebildet sind, deren Innendurchmesser
dem Außendurchmesser des Aufnahmebolzens 14 entspricht.
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Nicht
unwichtig für die kostengünstige Herstellbarkeit
eines erfindungsgemäßen Stabilisators 1, 1' ist,
dass dessen metallische Verbindungsstücke 6 jeweils
einen Lagerbolzen 10 aufweisen, der bei der Montage des
Stabilisators 1, 1' in eine Lagerschale oder einen
Lagerring 11 eines Drehlagers 17 einsetzbar ist,
welches selbst an dem Fahrzeugchassis 16 bzw. einer Fahrzeugstruktur
befestigt wird. Der Lagerbolzen 10 ist dazu einstückig
mit dem Hauptkörper des Verbindungsstücks 6 verbunden
und koaxial zur Längsachsersteckung des Aufnahmeraumes 7 für
den Torsionsabschnitt 3 ausgerichtet, so dass der Torsionsabschnitt 3 des
Stabilisators 1, 1' problemlos tordierbar ist.
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Im
Unterschied zum Ausführungsbeispiel gemäß den 1 und 3 weist
der Stabilisator 1' nach den 2 und 4 zwei
Verbindungsstücke 6' auf, die an ihrem ersten
Aufnahmeabschnitt 12 einen ersten hohlen Aufnahmeraum 7 zur
Befestigung eines axiales Endes des Torsionsabschnitts 3 und
an ihrem zweiten Aufnahmeabschnitt 13 zur Befestigung eines
Armes 4, 5 einen zweiten hohlen Aufnahmeraum 8 aufweisen.
Die beiden Aufnahmeräume 7, 8 verfügen über
Längsverzahnungen 15, die in Einsteckrichtung
ausgerichtet sind.
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Der
Außendurchmesser der hier als Sacklöcher ausgebildeten
Aufnahmeräume 7, 8 entspricht vorzugsweise
dem Außendurchmesser der dort einzusteckenden Arme 4, 5 bzw.
des Torsionsabschnitts 3. Der Außendurchmesser
des Aufnahmebolzens 14 gemäß den 1 und 3 entspricht
weitgehend dem Innendurchmesser der hohlzylindrischen Aussparung 9 der
Arme 4, 5.
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Um
eine Beschädigung von Fasern der ja aus einem Faserverbundwerkstoff
hergestellten Arme 4, 5 bzw. des Torsionsabschnitts 3 des
Stabilisators 1, 1' zu vermeiden, werden diese
Bauteile 3, 4, 5 vorzugsweise in einem
nur teilweise ausgehärteten Zustand in die Aufnahmeräume 7, 8 des
jeweiligen Verbindungsstücks 6, 6' eingepresst
bzw. auf die jeweiligen Aufnahmebolzen 14 aufgepresst.
Vor dem weiteren Aushärten der gegebenenfalls schon sehr zähflüssigen
Komponente des Faserverbundwerkstoffs kann diese in die Nuten der
Längsverzahnungen 15, 15' eindringen
und so eine schadlose sowie feste Verbindung zwischen den Faserverbundwerkstoffbauteilen
und den metallischen Verbindungsstücken 6, 6 erreichen.
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Um
die Verbindung des noch nicht vollständig ausgehärteten
Torsionsabschnitts 3 und der ebenfalls noch nicht vollständig
abgebundenen Arme 4, 5 mit den metallischen Verbindungsstücken 6, 6' zu
erleichtern, kann vorgesehen sein, dass die Verbindungsstücke 6, 6' zweiteilig
ausgebildet sind. Vorzugsweise ist die Teilungsebene der Verbindungsstücke 6, 6' dort
ausgebildet, wo die hohlen Aufnahmeräume 7, 8 und
der Aufnahmebolzen 14 ihren größten Durchmesser
aufweisen.
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Ein
solcher Aufbau ermöglicht das radiale Heranführen
der beiden Hälften eines derartigen Verbindungsstücks 6, 6' an
die noch nicht vollständig abgebundenen Faserverbundbauteile
sowie das anschließende feste Umgreifen derselben durch
die beiden Hälften der hohlen Aufnahmeräume 7, 8.
Der längs geteilte Aufnahmebolzen 14 kann mit
seinen beiden Hälften nacheinander in die zugeordnete Aufnahmeöffnungen
eines Armes gesteckt werden. Mittels Schrauben können die
beiden Hälften eines solchen Verbindungsstück 6, 6' abschließend
fest miteinander verbunden werden.
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- 1
- Stabilisator
- 2
- Längserstreckung
eines Fahrzeugs
- 3
- Torsionsabschnitt
- 4
- Arm
- 5
- Arm
- 6
- Verbindungsstück
- 6'
- Verbindungsstück
- 7
- Erster
Aufnahmeraum
- 8
- Zweiter
Aufnahmeraum
- 9
- Aussparung
im Arm; Sackloch
- 10
- Lagerbolzen
- 11
- Lagerring
- 12
- Erster
Aufnahmeabschnitt
- 13
- Zweiter
Aufnahmeabschnitt
- 14
- Aufnahmebolzen
- 15
- Längsverzahnung
- 15'
- Längsverzahnung
- 16
- Fahrzeugchassis,
Fahrzeugstruktur
- 17
- Lager
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10231013
A1 [0002, 0003]
- - DE 3910641 A1 [0003]
- - DE 3612777 A1 [0003]
- - DE 60244494 T2 [0003]