Pendelstütze

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Pendelstütze für ein Fahrzeug, mit zwei Gelenken, die über ein Koppelglied miteinander verbunden sind, wobei eines der Gelenke als Kugelgelenk ausgebildet ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Pendelstütze.

Derartige Pendelstützen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Die DE 200 10 341 Ul offenbart z.B. eine Gelenkstange für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einem Gelenkabschnitt und einem Stangenabschnitt, wobei der Gelenkabschnitt und der Stangenabschnitt im Bereich einer Verbindungsfläche formschlüssig miteinander verbunden sind und aus verschiedenen Materialien bestehen. Der Gelenkabschnitt weist eine Gelenkpfanne und einen in dieser schwenkbar gelagerten Kugelzapfen auf. Die Gelenkpfanne greift mit einem Stutzen in die als Rohr ausgebildete Gelenkstange ein und ist dort über ein Rillenprofil formschlüssig festgelegt.

Aus der US 6 398 446 Bl ist eine Kugelgelenkbaugruppe bekannt, wobei an beiden Enden eines Verbindungsstücks jeweils ein Kugelgelenk montiert ist. Jedes Kugelgelenk weist einen Kugelzapfen und ein Gehäuse auf. Das Verbindungsstück weist ein mit einer Rändelung versehenes Ende auf, welches zur Montage bis über die Erweichungstemperatur des Gehäuses erhitzt und dann in eine Ausnehmung des Gehäuses eingedrückt wird.

Die EP 0 925 964 A2 offenbart einen Aufhängungsarm, wobei zwei Gummilager über ein Gestängeteil miteinander verbunden sind. Die Gummilager sitzen in Montageteilen, die mittels eines auf Reibungswärme basierenden Verfahrens fest mit dem Gestängeteil verbunden werden.

Für herkömmliche Pendelstützen werden überwiegend zwei Kugelgelenke verwendet. In einzelnen Fällen ist auch eine Kombination von Kugelgelenk und Gummilager eingesetzt worden. Bei diesen Pendelstützen ist die Anbindung auf der Dämpferrohrseite aber häufig aufwendig. Insbesondere kann der an dem Dämpfer vorgesehene Halter für die Pendelstütze oder diese selbst durch eine außermittige Belastung tordiert oder verbogen werden. Regelmäßig ist ein relativ großer Bauraum nötig, und die Beweglichkeit, die Lebensdauer sowie die Belastbarkeit sind eingeschränkt. Ferner ist das Bewegungsverhalten häufig träge.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Pendelstütze der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass ein solches Verbiegen oder Tordieren reduziert oder vermieden werden kann sowie ein schnelles Ansprechverhalten und eine hohe Lebensdauer der Pendelstütze erzielbar sind.

Diese Aufgabe wird mit einer Pendelstütze nach Anspruch 1 und durch ein Verfahren nach Anspruch 13 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen gegeben.

Die erfindungsgemäße Pendelstütze für ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, weist zwei Gelenke auf, die über ein Koppelglied miteinander verbunden sind, wobei eines der Gelenke als Kugelgelenk ausgebildet ist, und wobei das andere der Gelenke als Kugelhülsengelenk ausgebildet ist. Hierdurch ist es möglich, die resultierende Anbindung der Pendelstütze an ein Dämpferrohr oder an einen Dämpferteller aufgrund der Symmetrie des Kugelhülsengelenks und/oder eines Halters für die Pendelstütze mittig zu realisieren. Ein Verbiegen oder Tordieren des Halters oder der Pendelstütze kann somit vermieden oder zumindest reduziert werden. Insbesondere über eine gabelförmige Anbindung des Kugelhülsengelenks an z.B. einen Dämpfer kann die resultierende Anbindung mit dem Drehpunkt des Kugelhülsengelenks zusammenfallen, obwohl die beiden tatsächlichen

Anbindungspunkte gegenüber dem Drehpunkt versetzt sind. Im Gegensatz dazu ist bei einem Kugelgelenk ein Versatz zwischen Drehpunkt und resultierendem Anbindungspunkt vorhanden (Kraftversatz), da dieser mit dem tatsächlichen Anbindungspunkt zusammenfällt und im Abstand zur Gelenkkugel angeordnet ist. Ferner weist das Kugelhülsengelenk eine größere Beweglichkeit und ein schnelleres Ansprechverhalten als ein vergleichbares Gummilager auf, bei dem das Innenteil über Vulkanisation mit dem elastomeren Lagerkörper verbunden und somit in seiner Bewegungsfreiheit eingeschränkt ist. Die Belastbarkeit des Kugelhülsengelenks ist ebenfalls größer als die eines vergleichbaren Gummilagers. Ferner ist die Lebensdauer des Kugelhülsengelenks gegenüber einem vergleichbaren Gummilager erhöht, dessen elastomerer Lagerkörper durch häufige Verformung relativ rasch verschleißen kann.

Bevorzugt weist das Kugelhülsengelenk ein Kugelhülsengelenkgehäuse und eine Kugelhülse mit einem balligen Bereich auf, mittels welchem die Kugelhülse bewegbar, insbesondere drehbar und/oder schwenkbar, in dem Kugelhülsengelenkgehäuse gelagert ist. Dabei ragt die Kugelhülse mit zwei Befestigungsbereichen aus dem Gehäuse heraus, zwischen denen der ballige Bereich angeordnet ist. Ferner weist die Kugelhülse eine durchgehende Ausnehmung auf, die sich durch die beiden Befestigungsbereiche und durch den balligen Bereich hindurcherstreckt. Die Oberfläche des balligen Bereichs (auch Kugel genannt) ist bevorzugt eine Teilkugelfläche. Grundsätzlich sind aber auch andere konvexe Ausformungen des balligen Bereichs möglich. Die Kugelhülse kann aus Metall oder Kunststoff bestehen. Ferner ist das Kugelhülsengelenkgehäuse aus Metall oder Kunststoff ausbildbar. Die Lagerung der Kugelhülse in dem Kugelhülsengelenkgehäuse ist bevorzugt eine Gleitlagerung.

Die Kugelhülse ist insbesondere unter Zwischenschaltung einer Lagerschale in dem Kugelhülsengelenkgehäuse gelagert. Die bevorzugt aus Kunststoff bestehende Lagerschale weist eine Lagerfläche auf, die insbesondere an die Oberfläche des balligen Bereichs angepasst ist. Gemäß einer Ausführungsform ist die Lagerfläche eine Teilkugelfläche bzw. eine Teilhohlkugelfläche, es sind aber auch andere konkave Lagerflächen möglich. Die Lagerschale sitzt bevorzugt fest im Kugelhülsengelenkgehäuse und erstreckt sich in axialer Hinsicht insbesondere nicht oder nur geringfügig über den balligen Bereich der Kugelhülse

hinaus. Der ballige Bereich ist bevorzugt gleitend in der Lagerschale gelagert und kann insbesondere gegenüber dieser gedreht und/oder geschwenkt werden.

Ferner kann das Kugelgelenk ein Kugelgelenkgehäuse und einen Kugelzapfen aufweisen, dessen eines Ende als Gelenkkugel ausgebildet ist, mittels welcher der Kugelzapfen bewegbar, insbesondere drehbar und/oder schwenkbar, in dem Kugelgelenkgehäuse gelagert ist, wobei der Kugelzapfen mit einem Zapfenbereich aus dem Gehäuse herausragt. Die Gelenkkugel weist bevorzugt eine Kugelfläche oder Teilkugelfläche auf und kann an ihrer dem Zapfenbereich abgewandten Seite abgeflacht sein. Grundsätzlich sind aber auch andere konvexe Ausformungen der Gelenkkugel möglich. Der Kugelzapfen kann aus Metall oder Kunststoff bestehen und ist bevorzugt aus Vollmaterial gebildet. Ferner kann das Kugelgelenkgehäuse aus Metall oder Kunststoff bestehen. Die Lagerung des Kugelzapfens in dem Kugelgelenkgehäuse ist bevorzugt eine Gleitlagerung.

Der Kugelzapfen ist insbesondere unter Zwischenschaltung einer Lagerschale in dem Kugelgelenkgehäuse gelagert. Die bevorzugt aus Kunststoff bestehende Lagerschale weist eine Lagerfläche auf, die insbesondere an die Oberfläche der Gelenkkugel angepasst ist. Gemäß einer Ausführungsform ist die Lagerfläche eine Teilkugelfläche bzw. eine Teilhohlkugelfläche, es sind aber auch andere konkave Lagerflächen möglich. Die Lagerschale sitzt insbesondere fest im Kugelgelenkgehäuse. Ferner ist die Gelenkkugel bevorzugt gleitend in der Lagerschale gelagert und kann insbesondere gegenüber dieser gedreht und/oder geschwenkt werden.

Das bevorzugt als Rohr oder als Stange ausgebildete Koppelglied ist insbesondere gerade ausgebildet ist. Es sind aber auch gekrümmte Verläufe des Koppelglieds möglich, z.B. um andere Bauteile des Fahrzeugs zu umgehen. Das Koppelglied besteht bevorzugt aus Metall oder Kunststoff.

Pendelstützen werden z.B. in Fahrzeugen als Verbindungsglied zwischen Querstabilisator und Rad vorgesehen. Dem gemäß betrifft die Erfindung ferner ein Fahrzeug mit einem Fahrzeugaufbau, wenigstens einem mit dem Fahrzeugaufbau verbundenen und gegenüber

diesem bewegbaren Rad, und einem mit dem Fahrzeugaufbau verbundenen Stabilisator, der unter Zwischenschaltung einer Pendelstütze zumindest mittelbar mit dem Rad verbunden ist, die zwei über ein Koppelglied miteinander verbundene Gelenke aufweist, von denen eines als Kugelgelenk und das andere als Kugelhülsengelenk ausgebildet ist. Dabei handelt es sich bei der Pendelstütze um eine erfindungemäße Pendelstütze, die gemäß allen genannten Ausgestaltungen weitergebildet sein kann. Das Fahrzeug ist insbesondere ein Kraftfahrzeug.

Das Kugelhülsengelenk kann radseitig an der Pendelstütze angeordnet sein, wohingegen das Kugelgelenk stabilisatorseitig an der Pendelstütze vorsehbar ist. Insbesondere ist das Rad aber mit dem Fahrzeugaufbau über einen Dämpfer verbunden, der über die Pendelstütze mit dem Stabilisator gekoppelt ist. Dabei können das Kugelgelenk stabilisatorseitig und das Kugelhülsengelenk dämpferseitig an der Pendelstütze angeordnet sein. Insbesondere ist das Kugelgelenk mit dem Stabilisator und das Kugelhülsengelenk mit dem Dämpfer verbunden. Weist der Dämpfer ein Dämpferrohr und/oder einen Dämpferteller auf, so ist das Kugelhülsengelenk bevorzugt mit dem Dämpferrohr oder mit dem Dämpferteller verbunden. Der Dämpfer kann ein einzelner Stoßdämpfer oder Teil einer Dämpferbaugruppe wie z.B. einer Feder-Dämpfereinheit sein. Der Dämpfer erstreckt sich dabei insbesondere vom Rad oder von einem mit diesem verbundenen Lenker bis zum Fahrzeugaufbau. Gemäß einer Alternative kann das Kugelhülsengelenk aber auch mit dem Lenker verbunden sein, wobei das Kugelgelenk mit dem Stabilisator gekoppelt ist.

Das Kugelhülsengelenk ist bevorzugt über einen Halter mit dem Dämpfer oder mit dem Lenker verbunden, wobei der Halter insbesondere an dem Dämpferrohr oder an dem Dämpferteller befestigt oder einstückig damit ausgebildet ist. Der Halter ist bevorzugt als Gabel ausgebildet und weist insbesondere zwei Zinken oder Schenkel auf, zwischen denen die Kugelhülse festgelegt ist. Dafür kann z.B. ein Bolzen oder eine Schraube die beiden Schenkel und die Ausnehmung der Kugelhülse durchgreifen.

Das Fahrzeug kann wenigstens ein zweites Rad aufweisen, das mit dem Fahrzeugaufbau verbunden und gegenüber diesem bewegbar ist, wobei der Stabilisator die beiden Räder

zumindest mittelbar miteinander verbindet. Dabei ist der Stabilisator bevorzugt eine Feder, insbesondere ein Torsionsfederstab und dient zur Wankstabilisierung des Fahrzeugs.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer Pendelstütze, wobei ein Kugelgelenk oder ein Kugelzapfen, ein Kugelhülsengelenk oder eine Kugelhülse und ein Koppelglied gemeinsam in ein Gusswerkzeug eingelegt und mit Material, insbesondere einem gieß- oder spritzfähigen Material, umgössen oder umspritzt werden. Dabei handelt es sich bei der Pendelstütze um eine erfindungemäße Pendelstütze, die gemäß allen genannten Ausgestaltungen weitergebildet sein kann. Insbesondere ist das Koppelglied als Stange bzw. Verbindungsstange ausgebildet.

Dieses Verfahren zur Herstellung der Pendelstütze ist vergleichsweise kostengünstig, erfordert wenige Montageschritte und wenige Einzelteile. Ferner ist keine nachträgliche Bearbeitung nötig, und das Design sorgt für Toleranzunempfindlichkeit.

Als Material werden insbesondere Aluminium, Zink, Magnesium oder Kunststoff verwendet. Ferner werden das Kugelgelenk, das Kugelhülsengelenk und das Koppelglied bevorzugt über das Material miteinander verbunden.

Von dem Material können das Gehäuse des Kugelhülsengelenks und das Gehäuse des Kugelgelenks gebildet werden. Insbesondere können die Lagerschale des Kugelgelenks und die Lagerschale des Kugelhülsengelenks von dem Material umgössen oder umspritzt werden. Bevorzugt werden der Kugelzapfen und die Kugelhülse dafür zusammen mit den diese aufnehmenden Lagerschalen in das Gusswerkzeug eingelegt. Das Koppelglied wird insbesondere zwischen den beiden Gelenken in das Gusswerkzeug eingelegt.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, die Pendelstütze derart auszubilden, dass das Kugelhülsengelenk oder die Kugelhülse, das Kugelgelenk oder der Kugelzapfen und das Verbindungsstück oder Koppelglied zumindest teilweise mit dem Material umgössen oder umspritzt sind. Dabei kann das Material gleichzeitig zur Befestigung des Kugelhülsengelenks

und des Kugelgelenks an dem Verbindungsstück dienen. Ferner ist durch das Material bevorzugt das Kugelhülsengelenkgehäuse und das Kugelgelenkgehäuse gebildet.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Pendelstütze,

Fig. 2 eine teilweise geschnittene Ansicht der Pendelstütze nach Fig. 1,

Fig. 3 eine vereinfachte Darstellung einer Radaufhängung mit der Pendelstütze nach Fig. 1 und

Fig. 4 eine schematische Ansicht der Anbindung der Pendelstütze nach Fig. 1 an einen Dämpfer.

Aus Fig. 1 ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Pendelstütze 1 in perspektivischer Ansicht ersichtlich, wobei ein Kugelgelenk 2 über eine Verbindungsstange 3 mit einem Kugelhülsengelenk 4 verbunden ist. Das Kugelgelenk 2 weist einen Kugelzapfen 5 auf, der in einem Kugelgelenkgehäuse 6 drehbar und schwenkbar gelagert ist, wobei der Kugelzapfen 5 einseitig aus dem Kugelgelenkgehäuse 6 mit einem Zapfenbereich 7 herausragt. Zum Schutz vor Verunreinigungen ist zwischen dem Kugelgelenkgehäuse 6 und dem Kugelzapfen 5 ein Dichtungsbalg 8 angeordnet. Das Kugelgelenkgehäuse 6 weist einen Schaft 9 auf, in den die Verbindungsstange 3 eingreift.

Das Kugelhülsengelenk 4 weist eine Kugelhülse 10 auf, die in einem

Kugelhülsengelenkgehäuse 11 drehbar und schwenkbar gelagert ist, wobei die Kugelhülse 10 beidseitig aus dem Kugelhülsengelenkgehäuse 11 mit Befestigungsbereichen 12, 13 herausragt. Zum Schutz vor Verunreinigungen ist zwischen dem Kugelhülsengelenkgehäuse 11 und den Befestigungsbereichen 12, 13 jeweils ein

Dichtungsbalg 14, 15 angeordnet. Das Kugelhülsengelenkgehäuse 11 weist einen Schaft 16 auf, in den die Verbindungsstange 3 eingreift. Ferner ist die Kugelhülse 10 mit einer durchgehenden Ausnehmung 17 versehen.

Aus Fig. 2 ist eine Seitenansicht der Pendelstütze 1 ersichtlich, wobei das Kugelgelenk 2 und das Kugelhülsengelenk 4 geschnitten dargestellt sind. In dem Kugelgelenkgehäuse 6 sitzt eine Lagerschale (Kugelschale) 18, in welcher der Kugelzapfen 5 mit einer Gelenkkugel 19 drehbar und schwenkbar gelagert ist. Dabei ist die Gelenkkugel 19 fest mit dem Zapfenbereich 7 verbunden, insbesondere einstückig mit diesem ausgebildet.

In dem Kugelhülsengelenkgehäuse 11 sitzt eine Lagerschale (Kugelschale) 20, in welcher die Kugelhülse 10 mit einem balligen Bereich 21 drehbar und schwenkbar gelagert ist. Dabei ist der ballige Bereich 21 insbesondere einstückig mit den beiden Befestigungsbereichen 12, 13 ausgebildet und zwischen diesen angeordnet, so dass die beiden Befestigungsbereiche 12, 13 hinsichtlich des balligen Bereichs 21 einander diametral gegenüber liegen. Das Kugelhülsengelenkgehäuse 11 ist in Längsrichtung zwischen zwei insbesondere ringförmig ausgebildeten radialen Schultern der Lagerschale 20 angeordnet, so dass diese an dem Kugelhülsengelenkgehäuse 11 axial in beiden Richtungen festgelegt ist. Die Dichtungsbälge 14, 15 sind kugelhülsengelenkgehäuseseitig an der Lagerschale 20 befestigt, die insbesondere einstückig ausgebildet ist. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, erstreckt sich die durchgehende Ausnehmung YI durch die beiden Befestigungsbereiche 12, 13 und durch den balligen Bereich 21 hindurch.

Der Kugelzapfen 5 und die Kugelhülse 10 sind im Wesentlichen rotationssymmetrische Körper, wobei die Symmetrieachse oder Längsachse beider Gelenke 2, 4 mit L bezeichnet ist. Ferner weist die Verbindungsstange 3 eine Längsmittenachse M auf, wobei der Mittelpunkt der Gelenkkugel 19 bevorzugt mit dem Schnittpunkt der Längsmittenachse M mit der Längsachse L des Kugelgelenks 2 zusammenfällt. Ferner fällt der Mittelpunkt des balligen Bereichs 21 bevorzugt mit dem Schnittpunkt der Längsmittenachse M mit der Längsachse L des Kugelhülsengelenks 4 zusammen, wobei dieser Mittelpunkt durch das Zentrum der teilkugelförmigen Oberfläche bzw. Lagerfläche des balligen Bereichs 21 definiert ist. Die

Kugelhülse 10 ist bevorzugt spiegelsymmetrisch ausgebildet, insbesondere zu einer Ebene, die senkrecht zur Längsachse der Kugelhülse 10 und durch den Mittelpunkt des balligen Bereichs 21 verläuft.

In Fig. 3 ist eine vereinfachte Darstellung einer Radaufhängung 22 eines Kraftfahrzeugs 23 dargestellt, wobei ein Rad 24 über einen Querlenker 25 an einen Fahrzeugaufbau 26 des Fahrzeugs 23 angelenkt ist. Zwischen dem Rad 24 und dem Fahrzeugaufbau 26 erstreckt sich ein Dämpfer 27, mit dessen Dämpferrohr 28 die Pendelstütze 1 unterhalb eines Dämpfertellers 29 über das Kugelhülsengelenk 4 verbunden ist. Mit ihrem anderen Ende ist die Pendelstütze 1 über das Kugelgelenk 2 mit einem Querstabilisator 30 verbunden, der am Fahrzeugaufbau 26 befestigt ist. Der Querstabilisator 30 erstreckt sich von der Pendelstütze 1 bis zu einer Radaufhängung 31 eines zweiten Rads 32 des Fahrzeugs 23. Die Radaufhängung 31 ist analog zur Radaufhängung 22 ausgebildet, so dass das Rad 32 über einen Querlenker an dem Fahrzeugaufbau 26 angelenkt ist. Zwischen dem Rad 32 und dem Fahrzeugaufbau 26 erstreckt sich ebenfalls ein Dämpfer, mit dessen Dämpferrohr eine erfindungsgemäße Pendelstütze über deren Kugelhülsengelenk verbunden ist. Mit ihrem anderen Ende ist diese Pendelstütze über ihr Kugelgelenk mit dem Querstabilisator 30 verbunden. Die beiden Räder 24, 32 sind Teil einer gemeinsamen Fahrzeugachse.

Aus Fig. 4 ist eine schematische Ansicht der Anbindung der Pendelstütze 1 an den Dämpfer 27 ersichtlich, wobei eine Gabel 33 an dem Dämpferrohr 28 befestigt ist. Die Gabel 33 weist zwei Schenkel 34 und 35 auf, zwischen denen das Kugelhülsengelenk 4 angeordnet ist. Die beiden Schenkel 34, 35 und die Kugelhülse 10 werden von einem Bolzen 36 (teilweise gestrichelt dargestellt) durchgriffen, dessen Bolzenkopf 37 an der dem Kugelhülsengelenk 4 abgewandten Außenseite des Schenkels 35 anliegt. Auf der dem Kugelhülsengelenk 4 abgewandten Außenseite des Schenkels 34 ist eine Schraube 38 auf den Bolzen 36 aufgeschraubt und liegt an dem Schenkel 34 an, so dass die Kugelhülse 10 zwischen den beiden Schenkeln 34, 35 festgelegt ist.

Zum Herstellen der Pendelstütze 1 werden das Kugelgelenk 2, das Hülsengelenk 4 und die Verbindungsstange 3 in ein Druckguss- oder Spritzgusswerkzeug eingelegt und mit Material

(Aluminium, Zink, Magnesium oder Kunststoff) umgössen bzw. umspritzt. Dabei sind sowohl für das Kugelgelenk 2 als auch für das Hülsengelenk 4 keine zusätzlichen Gehäuse erforderlich, da bei beiden die Umspritzung direkt am Lagerelement Kugelschale 18 bzw. 20 stattfindet (Integration des Hülsengelenks in das fertige Gesamtbauteil). Dadurch entfällt die sonst bei Hülsengelenken übliche nachträgliche Bearbeitung, da Hülsengelenkgehäuse normalerweise am Außendurchmesser auf Passung geschliffen werden müssen, um eine definierte Verpressung der Hülsengelenke im Gegenstück gewährleisten zu können. Ferner können auch gleichzeitig mit den Gehäusen die Schäfte 9 und 16 durch das Material gebildet werden bzw. sein, die insbesondere einstückig mit dem jeweiligen Gehäuse ausgebildet sind.

Bezugszeichenliste

Pendelstütze Kugelgelenk Verbindungsstange Kugelhülsengelenk Kugelzapfen Kugelgelenkgehäuse Zapfenbereich Dichtungsbalg Schaft Kugelhülse Kugelhüls engelenkgehäuse Befestigungsbereich Befestigungsbereich Dichtungsbalg Dichtungsbalg Schaft Ausnehmung Lagerschale Gelenkkugel Lagerschale balliger Bereich Radaufhängung Fahrzeug Rad Querlenker Fahrzeugaufbau Dämpfer Dämpferrohr

9 Dämpferteller 0 Stabilisator 1 Radaufhängung 2 Rad 3 Gabel

34 Schenkel

35 Schenkel

36 Bolzen

37 Bolzenkopf

38 Schraube L Längsachse

M Längsmittenachse