Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein aus zumindest zwei im Wesentlichen stabförmigen Lenkerabschnitten bestehendes Lenkerelement mit Überlastsicherung zur koppelnden Verbindung zweier Baugruppen oder Bauteile, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Gattungsgemäße Lenkerelemente der eingangs genannten Art kommen

beispielsweise, jedoch keineswegs ausschließlich, bei Kraftfahrzeugen in Form von Lenkern oder Spurstangen für die Radaufhängung zum Einsatz. Dort dienen derartige Lenker elemente der Übertragung von Druck- und Zugkräften und damit der Radführung sowie - bei gelenkten Achsen - der Steuerung und Einhaltung des gewünschten Lenkwinkels. Damit stellen die gattungsgemäßen Lenkerelemente für die Fahrsicherheit des Kraftfahrzeugs entscheidende Bauteile dar und werden daher üblicherweise sehr steif und mit hohen Versagenssicherheiten dimensioniert. Neben den allen Bauteilen am Kraftfahrzeug gemeinsamen Anforderungen nach geringen Kosten und niedrigem Gewicht ist gerade bei derartigen Lenkerelementen jedoch auch ein möglichst exakt kontrollierbares Versagensverhalten im Crash- oder Überlastfall von großer Bedeutung.

Mit diesem Hintergrund besitzen aus dem Stand der Technik bekannte

Lenkerelemente oder Spurstangen an Kraftfahrzeugen oftmals eine definierte Knickstabilität bei der Übertragung von Druckkräften, oder es werden einfach- bzw. doppeltwirkende Überlastsicherungen vorgesehen, die bei Überschreitung einer definierten Zug- oder Drucklast unter Energieaufnahme eine kontrollierte

Verformung bzw. Längenänderung des Lenkers oder der Spurstange erlauben. Auf diese Weise wird ein kontrollierter Energieabbau im Crashfall unterstützt, es werden angrenzende Bauteile (wie beispielsweise Achsschenkel oder Lenkgetriebe) vor Zerstörung geschützt, und zudem geht beim dergestalt kontrollierten Versagen eines Radführungslenkers oder einer Spurstange die Radführung bzw. Radlenkung - und damit die Kontrollierbarkeit des Fahrzeugs - nicht vollständig verloren.

Die vorzugsweise doppeltwirkenden Überlastsicherungen für gattungsgemäße Lenkerelemente, welche also sowohl bei Überbelastung durch Zugkräfte als auch bei Überbelastung durch Druckkräfte ein kontrolliertes Versagen des Lenkerelements ermöglichen, werden im Stand der Technik bislang häufig als Abscherelemente mit verschweißten oder verschraubten Gehäusen, als Wellrohrabschnitte, als

Reibelemente oder als umzustülpende bzw. abzuwickelnde Blechstreifen- oder Drahtanordnungen ausgebildet. Beispiele hierfür sind aus der Druckschrift

DE 39 15 991 AI bekannt.

Diese bekannten, teilweise auch doppeltwirkend ausgeführten Überlastsicherungen weisen jedoch je nach Bauform eine Reihe von Nachteilen auf. So bringen Lösungen mit Wellrohren eine im Normalbetrieb eines Lenkerelements sowie bereits bei kleinen Belastungen unerwünschte axiale Elastizität sowie Biegeelastizität mit sich, Überlastsicherungen mit Abscherelementen sind konstruktiv vergleichsweise aufwändig, benötigen u.U. zusätzliche Reibungselemente, und nehmen häufig einen erheblichen radialen Bauraum in Anspruch. Überlastsicherungen mit Stulpen aus Blechstreifen oder mit abzuwickelnden Drahtwindungen sind tendenziell

konstruktiv aufwändig, benötigen zur Erzielung der gewünschten Betriebssteifigkeit ggf. zusätzliche Reibelemente und nehmen ebenfalls erheblichen radialen Bauraum ein.

Eine weitere Anforderung an derartige Lenker elemente mit Überlastsicherung besteht zudem darin, auch bei sehr hoher Überlast nicht zu brechen bzw.

auseinanderzugehen. Auch diese Anforderung wird durch die aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen nicht im gewünschten Maße erfüllt.

Mit diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein

Lenkerelement mit Überlastsicherung zur Kopplung zweier Baugruppen zu schaffen, mit dem sich die genannten Nachteile des Standes der Technik überwinden lassen. Insbesondere soll das Lenkerelement kostengünstig herstellbar sein, eine geringe Masse bzw. geringen Bauraumbedarf aufweisen und eine geringe Anzahl an

Bauteilen aufweisen. Zudem soll das Lenkerelement ein vorbildliches

Versagensverhalten im Crash- oder Überlastfall sowohl in Druckrichtung als auch in Zugrichtung aufweisen, sprich, das Lenkerelement soll im Normalbetrieb eine hohe Steifigkeit besitzen, die Versagenslast soll exakt definierbar und reproduzierbar sein, während des kontrollierten Versagens soll entlang eines genau einzuhaltenden Deformationswegs reproduzierbar ein definierter Energieabbau erfolgen, und im Anschluss an den Energieabbau soll bei weiterer Krafterhöhung zunächst kein Totalversagen des Bauteils eintreten. Diese umfängliche Aufgabe wird durch ein Lenkerelement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche .

Das erfindungsgemäße Lenkerelement dient in an sich zunächst bekannter Weise - beispielsweise als Spurstange - zur koppelnden Verbindung zweier Baugruppen oder Bauteile vorzugsweise am Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs, und umfasst hierzu zumindest zwei im Wesentlichen stabförmige Lenkerabschnitte. Dabei sind die Lenkerabschnitte des Lenkerelements in für sich genommen ebenfalls bekannter Weise mittels einer Überlastsicherung miteinander verbunden.

Erfindungsgemäß jedoch zeichnet sich das Lenkerelement dadurch aus, dass die Überlastsicherung zumindest ein Verbindungselement aufweist, welches die beiden Lenkerabschnitte formschlüssig miteinander verbindet. Dabei ist das zumindest eine Verbindungselement mit dem ersten Lenkerabschnitt so verbunden, dass es dessen Oberfläche zumindest geringfügig überragt, wobei sich das Verbindungselement relativ zum zweiten Lenkerabschnitt in Axialrichtung zudem aus einer ersten

Relativposition in eine weitere Relativposition verbringen lässt. Das

Verbindungselement ist in der ersten Relativposition zu einem Teil formschlüssig in eine Wandung des zweiten Lenkerabschnitts eingebettet und lässt sich aus der ersten in die zweite Relativposition verbringen, indem das Verbindungselement entlang eines axial zum Lenkerelement verlaufenden Vertiefungsbereichs, ausgehend von seiner Einbettung in die Wandung des zweiten Lenkerabschnitts, umformend eine Vertiefung in der Wandung des zweiten Lenkerabschnitts erzeugt.

Dies bedeutet mit anderen Worten, dass die beiden Lenkerabschnitte mittels des (mit dem ersten Lenkerabschnitt fest verbundenen) Verbindungselements, welches - in seiner ersten Relativposition - auch mit dem zweiten Lenkerabschnitt fest verbunden, nämlich zu einem Teil in dessen Wandung eingebettet ist, zunächst und im Betriebszustand des Lenkerelements vollkommen starr und formschlüssig miteinander verbunden sind. Die Funktionsweise der Überlastsicherung hingegen besteht erfindungsgemäß darin, dass sich das (nach wie vor fest mit dem ersten Lenkerabschnitt verbundene) Verbindungselement zusammen mit dem ersten Lenkerabschnitt aus seiner ersten Relativposition der ebenfalls festen Einbettung in die Wandung des zweiten Lenkerabschnitts - unter plastisch umformender

Ausbildung einer Vertiefung in der Wandung des zweiten Lenkerabschnitts - in eine weitere Relativposition bezüglich des zweiten Lenkerabschnitts verbringen lässt. Diese umformende Vertiefung der Wandung des zweiten Lenkerabschnitts findet entlang eines axialen Vertiefungsbereichs des zweiten Lenkerabschnitts statt.

Hierdurch ändert sich somit unter Energieaufnahme die Länge des die beiden Lenkerabschnitte umfassenden Lenkerelements.

Mit der so erfindungsgemäß ausgebildeten Überlastsicherung wird die

erfindungsgemäße Aufgabe bereits vollständig gelöst. Insbesondere lässt sich die erfindungsgemäße Anordnung aus den beiden Lenkerabschnitten und dem die Lenkerabschnitte verbindenden Verbindungselement nahezu ohne jeden

zusätzlichen radialen Platzbedarf sowie mit einer minimalen Anzahl an einfachen Bauteilen bauraum- und gewichts sparend darstellen. Auch erfüllt das

erfindungsgemäße Lenkerelement sämtliche Anforderungen sowohl an das Betriebsais auch an das Versagensverhalten, indem nämlich die Verbindung der beiden Lenkerabschnitte durch das Verbindungselement im Betriebszustand des

Lenkerelements die wünschenswerte hohe Steifigkeit aufweist, während sich der Übergang vom Betriebszustand zum Versagensverhalten sowohl unter Druck- als auch unter Zugkräften anhand der Formgebung des Verbindungselements sowie anhand der Fließgrenze des Werkstoffs des zweiten Lenkerabschnitts exakt und dauerhaft reproduzierbar dimensionieren lässt. Zudem findet während des kontrollierten Versagens des Lenkers bei Überlast ein gleichförmiger, kontrollierter und erheblicher Energieabbau entlang eines genau spezifizierbaren

Deformationswegs statt, indem der Werkstoff des zweiten Lenkerabschnitts im Vertiefungsbereich durch das Verbindungselement in definierter Weise gefurcht und damit plastisch umgeformt wird.

Obwohl die Erfindung bereits mit einem einzigen Verbindungselement verwirklicht werden kann, ist in der Praxis vorzugsweise der Einsatz einer Mehrzahl von

Verbindungselementen vorgesehen, welche hierzu vorzugsweise gleichmäßig entlang eines Umfangs des ersten Lenkerabschnitts verteilt angeordnet werden. Mit diesem Hintergrund ist bei der Nennung des "Verbindungselements" im

nachfolgenden stets "das zumindest eine" (Verbindungselement) mitzulesen, und dabei die mögliche Mehrzahl an Verbindungselementen, die beispielsweise entlang eines Umfangs des Lenkerabschnitts verteilt angeordnet sind, stets als vom Umfang der Erfindung umfasst anzusehen. Es wird jedoch aus Gründen der Kürze und besseren Lesbarkeit auf die jedesmalige Erwähnung, dass es sich um "zumindest ein Verbindungselement" und damit auch um eine Mehrzahl von Verbindungselementen handeln kann, verzichtet.

Anhand entsprechender Auswahl der Werkstoffe und entsprechender

Dimensionierung der Bestandteile der Überlastsicherung (Werkstoff und

geometrische Abmessungen der Lenkerabschnitte; Anzahl, Formgebung, Größe und Anordnung der Verbindungselemente usw.) ist insgesamt bereits eine Vielfalt an Auslegungsmöglichkeiten gegeben, so dass das erfindungsgemäße Lenkerelement an praktisch jeden denkbaren Einsatzfall, in dem eine Überlastsicherung erforderlich ist, genau definiert und reproduzierbar angepasst werden kann. Die Erfindung wird prinzipiell bereits mit einer einfachwirkenden Ausführung der Überlastsicherung verwirklicht. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Überlastsicherung des erfindungsgemäßen Lenkerelements jedoch doppeltwirkend ausgebildet und spricht somit sowohl auf Überlast bei Druckbeanspruchung als auch auf Überlast bei Zugbeanspruchung des Lenkerelements an. Hierzu ist - ausgehend von der ersten, dem Betriebszustand entsprechenden Relativposition zwischen Verbindungselement und zweitem Lenkerabschnitt - sowohl in Druckrichtung als auch in Zugrichtung des Lenkerelements jeweils eine weitere Relativposition für das Verbindungselement am zweiten Lenkerabschnitt vorgesehen.

Dies bedeutet mit anderen Worten, dass bei dieser Ausführungsform der erste Lenkerabschnitt zusammen mit dem Verbindungselement - ausgehend von dessen ersten Relativposition zum zweiten Lenkerabschnitt sowie innerhalb des axialen Vertiefungsbereichs - jeweils unter Ausbildung einer Vertiefung in der Wandung des zweiten Lenkerabschnitts in beide axiale Richtungen relativ zum zweiten

Lenkerabschnitt bewegt werden kann. Die Vertiefung kann dabei wie eine Rille oder Furche ausgebildet sein, deren Form und Tiefe sich durch das Verbindungselement ergibt. Hierdurch ergibt sich somit eine sowohl in Druck- als auch in Zugrichtung je nach Auslegung vollkommen symmetrisch wirkende Überlastsicherung für das erfindungsgemäße Lenkerelement.

Sollte es aus konstruktiven oder sicherheitstechnischen Gründen erforderlich sein, so lässt sich die doppelt wirkende Überlastsicherung auch unsymmetrisch

ausführen, wie dies gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen ist. Diese Ausführungsform wird dadurch verwirklicht, dass die entsprechenden Flanken des Verbindungselements und/oder der bei

Druckbeanspruchung bzw. Zugbeanspruchung jeweils umzuformende Teil des Vertiefungsbereichs am zweiten Lenkerabschnitt jeweils eine unterschiedliche Formgebung bzw. Dimensionierung erhält. Auf diese Weise kann sowohl der Versagensbeginn, der Versagensverlauf, der Versagensweg als auch die in

Druckrichtung bzw. Zugrichtung beim Versagen abgebaute Energiemenge spezifisch unterschiedlich dimensioniert und so an die konstruktiven Anforderungen des Lenkerelementes angepasst werden.

Die Erfindung wird ferner unabhängig davon verwirklicht, wie das

Verbindungselement mit dem ersten Lenkerabschnitt verbunden ist, solange die Verbindung zwischen dem Verbindungselement und dem ersten Lenkerabschnitt beim kontrollierten Versagen des Lenkerelements bestehen bleibt und somit die beim kontrollierten Versagen auftretenden Kräfte aufnehmen kann. Mit diesem Hintergrund ist das Verbindungselement gemäß weiterer Ausführungsformen der Erfindung insbesondere entweder einstückig mit dem ersten Lenkerabschnitt ausgebildet (beispielsweise in Form von im Bereich der Überlastsicherung angeordneten, erhabenen Vorsprüngen am ersten Lenkerabschnitt); oder das Verbindungselement ist als mit dem ersten Lenkerabschnitt verbundener, separater Hartkörper ausgebildet.

Bei der letzteren Ausführungsform ist das als Hartkörper ausgebildete

Verbindungselement - im Bereich der Überlastsicherung - vorzugsweise in eine Oberfläche des ersten Lenkerabschnitts eingebettet oder eingepresst, wobei es sich bei dem Hartkörper bevorzugt um eine Kugellagerkugel oder gehärtete Stahlkugel handelt. Auf diese Weise lässt sich der erste Lenkerabschnitt - mit dem damit verbundenen Verbindungselement - zuverlässig auf einfachste und kostengünstigste Weise herstellen. Die geometrische Form ist jedoch nicht auf eine Kugelform beschränkt. Die Erfindung wird weiter prinzipiell unabhängig davon verwirklicht, wie die Einbettung des Verbindungselements in die Wandung des zweiten Lenkerabschnitts erfolgt bzw. ausgebildet ist, solange diese Einbettung des Verbindungselements möglichst vollständig ist, soweit das Verbindungselement die Oberfläche des ersten Lenkerabschnitts überragt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung jedoch ist die Einbettung des Verbindungselements in die Wandung des zweiten Lenkerabschnitts mittels plastischer Verformung der Wandung des zweiten Lenker ab Schnitts in radialer Richtung ausgebildet.

Dabei wird die plastische Verformung der Wandung - ausgehend von einem

Fügezustand der Lenker ab schnitte und der Wandung des zweiten Lenkerabschnitts - in einen Umformzustand der Wandung gebildet. Im Fügezustand ist der erste Lenkerabschnitt mit dem Verbindungselement relativ zum zweiten Lenkerabschnitt - zumindest innerhalb des Vertiefungsbereichs - axial frei beweglich, während im Umformzustand die Wandung des zweiten Lenkerabschnitts an der Oberfläche des ersten Lenker ab Schnitts und an dem aus der Oberfläche ragenden

Verbindungselement anliegt, wodurch also der erste Lenkerabschnitt mittels des Verbindungselements im Umformzustand formschlüssig mit dem zweiten

Lenkerabschnitt verbunden ist.

Mit diesem Hintergrund sieht eine weitere Ausführungsform der Erfindung vor, dass der erste Lenkerabschnitt im Bereich der Überlastsicherung im Wesentlichen stabförmig ausgebildet ist, während der zweite Lenkerabschnitt in demselben Bereich im wesentlichen als Hülse ausgebildet ist. Der Hülsenquerschnitt des zweiten Lenkerabschnitts ist dabei im Wesentlichen formkorrespondierend zum Stabquerschnitt des ersten Lenkerabschnitts im Bereich der Überlastsicherung ausgebildet, so dass erster und zweiter Lenkerabschnitt teleskopartig ineinandergesteckt werden können. Hierbei bildet zumindest ein Teil des als Hülse ausgeformten Bereichs des zweiten Lenkerabschnitts den Vertiefungsbereich der Überlastsicherung.

Auch diese Ausführungsform steht im Dienst der besonders einfachen,

kostengünstigen und zusätzlich bauraumsparenden Darstellung und Produktion der Lenkerabschnitte sowie deren einfacher Montage zum erfindungsgemäßen

Lenkerelement. Sowohl Stabform als auch Hülsenform der Lenkerabschnitte gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind geometrische und produktionstechnische

Grundformen, welche mit geringem Aufwand produziert werden können.

Eine alternative Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass erster und zweiter Lenkerabschnitt im Bereich der Überlastsicherung im Wesentlichen jeweils hülsenförmig ausgebildet und dabei teleskopartig ineinandergreifend angeordnet sind. Das Verbindungselement ist bei dieser Ausführungsform in einer im

Wesentlichen radial verlaufenden Durchbruchsausnehmung des hülsenförmig ausgebildeten Bereichs des ersten Lenkerabschnitts so angeordnet, dass das Verbindungselement in der Durchbruchsausnehmung radial beweglich ist. Dabei ist die Einbettung des Verbindungselements in die Wandung des zweiten

Lenkerabschnitts vorzugsweise durch radiale Verdrängung eines gehärteten

Verbindungselements entlang der Durchbruchsausnehmung im ersten

Lenkerabschnitt gebildet, indem das Verbindungselement bei der radialen

Verdrängung plastisch in die Wandung des zweiten Lenkerabschnitts eingeprägt wird.

Vorzugsweise ist der Bereich der teleskopartigen Überlappung zwischen erstem und zweitem Lenkerabschnitt als Presspassung ausgebildet. Auf diese Weise kann die Kraftübertragung im Betriebszustand des Lenkerelements hauptsächlich mittels der Haftreibung zwischen den eine Presspassung bildenden einander zugewandten Oberflächen der beiden Lenkerabschnitte erfolgen. Dies hat besondere den Vorteil, dass im Betriebszustand des Lenkerelements so eine vollkommen starre, steife und spielfreie Kraftübertragung zwischen den beiden Lenkerabschnitten gewährleistet ist.

Zum Zweck der radialen Verdrängung des Verbindungselements entlang der Durchbruchsausnehmung des ersten Lenkerabschnitts und der dabei stattfindenden plastischen Einprägung des Verbindungselements in die Wandung des zweiten Lenkerabschnitts weist das Lenker element im Bereich der Durchbruchsausnehmung des ersten Lenkerabschnitts vorzugsweise einen das Verbindungselement stützenden Verdrängungskegel auf. Der Verdrängungskegel lässt sich dabei am Lenkerelement aus einer ersten Axialposition in eine zweite Axialposition bewegen. In der ersten Axialposition des Verdrängungskegels ragt das vom Verdrängungskegel gestützte Verbindungselement nicht über die Wandung des ersten Lenkerabschnitts hinaus, wodurch sich die beiden Lenkerabschnitte mit dem im ersten Lenkerabschnitt angeordneten Verbindungselement ohne Vertiefung der Wandung des zweiten Lenkerelements ineinanderstecken lassen. In der zweiten Axialposition des

Verdrängungskegels wird das Verbindungselement - mittels Verschiebung des Verdrängungskegels und damit radialer Verdrängung des Verbindungselements entlang der Durchbruchsausnehmung des ersten Lenkerabschnitts - plastisch in die Wandung des zweiten Lenkerabschnitts eingeprägt, wodurch die formschlüssige Verbindung zwischen erstem Lenkerabschnitt mit Verbindungselement und zweitem Lenkerabschnitt gebildet ist.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung schließlich sieht vor, dass der erste und/oder zweite Lenkerabschnitt an seinem dem Vertiefungsbereich abgewandten Ende unmittelbar als Gewindeaufnahme für einen weiteren

Lenkerabschnitt des Lenkerelements bzw. für den Schaft eines Elastomer- oder Kugelgelenks ausgebildet ist. So lässt sich das erfindungsgemäße Lenkerelement auf denkbar einfache und kostengünstige Weise z.B. als längeneinstellbare Spurstange mit Überlastsicherung ausbilden, die dabei jedoch dank der Erfindung mit einer minimalen Anzahl an Bauteilen sowie mit minimalem axialem wie auch radialem Bauraum auskommt.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand lediglich Ausführungsbeispiele

darstellender Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt:

Fig.l in schematischer Darstellung Längsschnitt durch den Bereich der Überlastsicherung einer Ausführungsform des

Lenkerelements gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig.2 in einer Fig.1 entsprechenden Schnittdarstellung den Bereich der Überlastsicherung einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lenkerelements ;

Fig.3 in einer Fig.1 und 2 entsprechenden Schnittdarstellung den

Bereich der Überlastsicherung einer dritten Ausführungsform erfindungsgemäßen Lenkerelements;

Fig.4 in einer den Fig.1 bis 3 entsprechenden Schnittdarstellung den

Bereich der Überlastsicherung einer vierten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lenkerelements; und Fig. 5 ein schematisches Beispiel für ein Kraft-Wege-Diagramm der Überlastsicherung einer Ausführungsform des

erfindungsgemäßen Lenkerelements .

Die Fig. 1 und 2 zeigen in schematischer Darstellung zwei Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Lenkerelements, bei denen sich lediglich die Anbindung der dargestellten Uberlastsicherung 3 an den weiteren Verlauf des Lenkerelements unterscheidet. So ist bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 der rechte

Lenkerabschnitt 2 einstückig mit dem weiteren Verlauf des Lenkerelements auf der zeichnungsbezogen rechten Seite ausgebildet, während bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 der rechte Lenkerabschnitt 2 einen weiteren Lenkerabschnitt in einem Innengewinde aufnehmen kann.

Aufbau und Wirkungsweise der eigentlichen Überlastsicherung 3 sind bei den Ausführungsformen gemäß Fig. 1 und 2 jedoch identisch.

Sowohl bei Fig. 1 als auch bei Fig. 2 zeigt die Schnitthälfte unterhalb der Mittellinie jeweils den Zustand der Überlastsicherung 3 vor der abschließenden Umformung und damit festen Fügung der Lenkerabschnitte 1 und 2, während die Schnitthälfte oberhalb der Mittellinie die Überlastsicherung 3 jeweils im betriebsfertig gefügten Zustand zeigt.

Man erkennt in den Fig. 1 und 2 zunächst einmal die jeweiligen Endbereiche zweier Lenkerabschnitte 1 und 2 des jeweiligen Lenker elements, wobei die

Lenkerabschnitte 1 und 2 einander in axialer Richtung überlappen und hierzu im Bereich der Überlastsicherung 3 teleskopartig ineinandergesteckt sind. Ferner wird in Fig. 1 und 2 jeweils die formschlüssige Verbindung der beiden Lenkerabschnitte 1 und 2 mittels der hier jeweils in Mehrzahl vorhandenen

Verbindungselemente 4 ersichtlich. Die Verbindungselemente 4 liegen dabei in Form von gehärteten Stahlkugeln 4 vor, welche in Mehrzahl entlang des Außenumfangs des zeichnungsbezogen links dargestellten Lenkerabschnitts 1 angeordnet sind. Die Verbindungselemente bzw. Stahlkugeln 4 sind vorzugsweise mit mehr als ihrer Hälfte in die Außenoberfläche des linken Lenkerabschnitts 1 eingebettet, und somit fest mit dem linken Lenkerabschnitt 1 verbunden.

Die beiden Lenkerabschnitte 1 und 2 lassen sich sodann ineinanderstecken bzw. teleskopartig fügen, solange sich die Wandung des rechten Lenkerabschnitts 2 im Vertiefungsbereich 5 noch in der ursprünglichen, nicht radial eingedrückten Position befindet, wie dies in den beiden Fig. 1 und 2 jeweils in der Schnitthälfte unterhalb der Mittellinie dargestellt ist. Um hierzu die Passage der überstehenden

Stahlkugeln 4 durch den (im Vergleich zum Vertiefungsbereich 5) verdickten

Bereich 6 der Wandung des Lenkerabschnitts 2 zu erlauben, weist der

Lenkerabschnitt 2 in diesem verdickten Wandungsbereich 6 eine der Anzahl und Verteilung der Stahlkugeln 4 entsprechende Anzahl von Längsrillen 7 auf, von denen in Fig. 1 bzw. 2 (in der Schnitthälfte unterhalb der Mittellinie) jeweils eine Längsrille 7 erkennbar ist.

Durch diese Längsrillen 7 können somit die Stahlkugeln 4 beim montierenden Fügen der beiden Lenkerabschnitte 1 und 2 passieren, und demzufolge im

Vertiefungsbereich 5 des rechten Lenkerabschnitt 2 positioniert werden. Dabei erfolgt nach dem Passieren der Stahlkugeln 4 durch die Längsrillen 7 - sowie vor der radialen Umformung der Wandung des rechten Lenkerabschnitts 2 im

Vertiefungsbereich 5 - vorzugsweise noch eine Relativdrehung der beiden

Lenkerabschnitte 1 und 2 gegeneinander, so dass die Stahlkugeln 4 in Axialrichtung nicht mehr in der Verlängerung der Längsrillen 7 liegen, sondern in Axialrichtung jeweils zwischen zwei verlängerten Längsrillen 7 zu liegen kommen.

Die Längsrillen 7 sind auch in der Schnittdarstellung A - A gemäß Fig. 1 erkennbar. Auch die Schnittdarstellung A - A ist als zweigeteilter Schnitt dargestellt, wobei die Schnitthälfte unterhalb der Mittellinie die rotatorische Relativstellung der beiden Lenkerabschnitte 1 und 2 beim Fügen darstellt, in welcher die Stahlkugeln 4 durch die Längsrillen 7 gleiten können. Die Schnitthälfte oberhalb der Mittellinie zeigt die rotatorische Relativstellung der Lenkerabschnitte 1 und 2 nach deren

Relatiwerdrehung gegeneinander, wodurch die Stahlkugeln 4 jeweils zwischen zwei benachbarte Längsrillen 7 zu liegen kommen und somit am Herausgleiten aus dem rechten Lenkerabschnitt 2 gehindert sind.

Diese Relatiwerdrehung der beiden Lenker ab schnitte 1 und 2 gegeneinander ist somit von Bedeutung insofern, als die Stahlkugeln 4 auf diese Weise im

Versagensfall des Lenkerelements (aufgrund von Zugkräften) am Ende des mit dem Vertiefungsbereich 5 gegebenen Verformungswegs nicht durch die Längsrillen 7 gezogen werden können, wodurch die beiden Lenkerabschnitte 1 und 2 komplett auseinandergezogen und unerwünschterweise voneinander getrennt würden.

Vielmehr stoßen die Stahlkugeln 4 dank der - nach dem Fügen der beiden

Lenkerabschnitte 1 und 2 vorgenommenen - Relatiwerdrehung zwischen den beiden Lenkerabschnitte 1 und 2, im Überlastfall und nach Zurücklegung des Verformungswegs, an den rampenartigen Wanddickenübergang 8 zwischen dem Vertiefungsbereich 5 und dem verdickten Wandungsbereich 6 an.

Hierdurch wird die definierte und zulässige Verformung des Lenkerelements im Überlastfall sicher begrenzt, und ein Komplettversagen des Lenkerelements durch Auseinandergehen der Lenkerabschnitte 1 und 2 wird zuverlässig unterbunden, wodurch beispielsweise die Fahrfähigkeit und/oder Lenkfähigkeit eines mit dem erfindungsgemäßen Lenkerelement ausgestatteten Kraftfahrzeugs im Sinne der Sicherheit auch nach einer Beschädigung der Radaufhängung erhalten bleibt.

Nach dem Einführen des zeichnungsbezogen linken Lenkerabschnitts 1 in das hülsenförmige Ende des rechten Lenkerabschnitts 2 und die beschriebene

Relatiwerdrehung der Lenkerabschnitte 1 und 2 wird sodann die Wandung des rechten Lenkerabschnitts 2 im Vertiefungsbereich 5 radial einwärts verformt, so dass sich eine Situation ergibt, wie sie jeweils in der Schnitthälfte oberhalb der

Mittellinien der Längsschnitte gemäß Fig. 1 und 2 dargestellt ist.

Der Unterschied der Wandung des rechten Lenkerabschnitts 2 im

Vertiefungsbereich 5 vor bzw. nach der radialen Verformung der Wandung ist besonders gut auch in der Schnittdarstellung B - B gemäß Fig. 1 zu erkennen. Die Schnittdarstellung B - B ist wieder als zweigeteilter Schnitt ausgeführt, wobei die Schnitthälfte unterhalb der Mittellinie die Formgebung der Wandung im

Vertiefungsbereich 5 vor der radialen Verformung zeigt, während die Schnitthälfte oberhalb der Mittellinie die Wandung nach der radialen Verformung darstellt. Man erkennt, dass die im Vertiefungsbereich 5 radial nach innen verformte Wandung des rechten Lenkerabschnitts 2 nun an der entsprechenden Oberfläche des Endes des linken Lenkerabschnitts 1 anliegt, wobei gleichzeitig der über die Oberfläche des linken Lenkerabschnitts 1 hinausragende Bereich der Stahlkugeln 4 vollständig und formschlüssig in die verformte Wandung bei 5 eingebettet ist. Auf diese Weise sind die beiden Lenkerabschnitte 1 und 2 somit nun formschlüssig starr miteinander verbunden, wodurch sich im Betriebszustand der dargestellten Überlastsicherung 3 somit die erforderlichen Zug- und Druckkräfte über die Überlastsicherung 3 sowie über das Lenkerelement übertragen lassen. Beim Überschreiten der zulässigen Maximalkraft sowohl in Zug- als auch in

Druckrichtung jedoch beginnt das Material des rechten Lenkerabschnitts 2 im Bereich dessen Wandung bei 5 aufgrund des axialen Andrucks der Stahlkugeln 4 zu fließen. Falls die entsprechende, die übertragbaren Nennkräfte der

Überlastsicherung 3 überschreitenden Zug- bzw. Druckkräfte anhalten, so führt dies dazu, dass sich der linke Lenkerabschnitt 1 relativ zum rechten Lenker ab schnitt 2 bewegt, wodurch die Stahlkugeln 4 die Wandung des rechten Lenkerabschnitts 2 im Vertiefungsbereich 5 kontinuierlich furchend umformen. Hierbei wird gleichzeitig die Energie der Zug- bzw. Druckkraft über den gesamten Verformungsweg in Wärme umgewandelt solange, bis die Stahlkugeln 4 an den jeweiligen rampenförmigen Wanddickenübergängen 8 zwischen dem Vertiefungsbereich 5 und dem verdickten Wandungsbereich beispielsweise bei 6 anstoßen. Durch das Anstoßen der

Stahlkugeln 4 an den rampenförmigen Übergängen 8 kommt somit auch die

Relativbewegung zwischen den beiden Lenkerabschnitt und 1 und 2 wieder zum Erliegen.

Auf diese Weise können, insbesondere im Crash- oder Überlastfall, bei einer Radaufhängung übermäßig hohe Kräfte bzw. Aufprallenergien abgebaut werden, ohne dass dies zum Totalversagen der Radaufhängung, des Lenkgetriebes oder beispielsweise einer Spurstange führt. Dies bedeutet, dass das Fahrzeug nach einem Crash oder nach der aufgetretenen Überlast in der Radaufhängung nach wie vor in begrenztem Maße fahrbar und insbesondere lenkbar bleibt.

In den Fig. 3 und 4 sind zwei weitere Ausführungsformen erfindungsgemäßer Lenker elemente dargestellt. Auch bei den Fig. 3 und 4 sind die eigentlichen

Überlastsicherungen 3 konstruktiv identisch ausgeführt, während sich die

Ausführungsformen gemäß Fig. 3 und 4 wieder lediglich durch die rechtsseitige Anbindung an den weiteren Verlauf des Lenkerelements unterscheiden. So erfolgt bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 die Anbindung des rechten Lenkerabschnitts 2 an den weiteren Verlauf 9 des Lenkerelements in Form eines als Hülse mit Außengewinde ausgebildeten rechtsseitigen Endes des rechten

Lenkerabschnitts 2, welches das entsprechend mit einem Innengewinde versehene Ende des weiteren Lenkerabschnitts 9 - zusammen mit einer Kontermutter 10 - aufnimmt. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 nimmt der rechte

Lenkerabschnitt 2 einen weiteren Lenkerabschnitt 9 mittels eines Innengewindes auf, wobei auch hier die Sicherung der Gewindeverbindung zwischen

Lenkerabschnitt 2 und weiterem Lenkerabschnitt 9 mittels einer Kontermutter 10 erfolgt. Mittels der Gewindeverbindungen zwischen den jeweiligen

Lenkerabschnitt 2 und dem weiteren Lenker ab schnitt 9 können die Lenker oder Spurstangen in der Länge jeweils an die Montageanforderungen angepasst werden.

Auch die Schnittdarstellungen der Fig. 3 bzw. 4 sind jeweils wieder mittels zweier unterschiedlicher Schnitthälften dargestellt. Dabei zeigt die jeweils unterhalb der Mittellinie angeordnete Schnitthälfte den Fügezustand der beiden

Lenkerabschnitte 1 und 2 vor dem abschließenden formschlüssigen Eingriff der Stahlkugeln 4 in die den Vertiefungsbereich bildende Wandung 5 des rechten Lenkerabschnitts 2, während die oberhalb der Mittellinie angeordnete Schnitthälfte jeweils den abschließenden Fügezustand der beiden Lenkerabschnitte 1 und 2 und somit die betriebsbereite Überlastsicherung 3 bzw. das einbaufertige Lenkerelement darstellt. Anhand einer Zusammenschau der jeweiligen unteren bzw. oberen Schnitthälften in den Fig. 3 oder 4 wird erkennbar, auf welche Weise die beiden Lenkerabschnitte 1 und 2 bei dieser Ausführungsform vorgefügt und schließlich formschlüssig verbunden werden können. Aus der jeweiligen unteren Schnitthälfte in Fig. 3 oder 4 wird ersichtlich, dass die Lenkerabschnitte 1 und 2 zunächst teleskopartig ineinandergesteckt werden können, wobei die Stahlkugeln 4 in entsprechenden, radial verlaufenden

Durchbruchsausnehmungen des linken Lenkerabschnitts 1 so angeordnet sind, dass sie noch nicht über die Außenoberfläche des Lenkerabschnitts 1 hinausragen.

Die Stahlkugeln 4 werden in dieser Relativposition abgestützt und gegen

Herausfallen zunächst noch durch einen - bei dieser Ausführungsform innen im hülsenförmigen Bereich des Lenkerabschnitts 1 angeordneten - Verdrängungskegel 12 gesichert. Alternativ oder zusätzlich können die Stahlkugeln 4 gegenüber den Durchbruchsausnehmungen des linken Lenkerabschnitts 1 auch ein Übermaß aufweisen, so dass die Stahlkugeln auch bereits aufgrund der Presspassung in den Durchbruchsausnehmungen gehalten werden. Eine Presspassung der

Stahlkugeln in den Durchbruchsausnehmungen des linken Lenkerabschnitts 1 ist zudem auch vorteilhaft bezüglich der damit erreichbaren, spielfreien

formschlüssigen Verbindung der beiden Lenker ab schnitte 1 und 2.

Sobald der Lenkerabschnitt 1 mit den in seinen Durchbruchsausnehmungen angeordneten Stahlkugeln 4 sowie mit dem lose in das offene Ende des

Lenkerabschnitt 1 eingefügten Verdrängungskegel 12 in das hülsenförmige zeichnungsbezogen linke Ende des Lenkerabschnitts 2 eingeführt ist, sobald somit die Situation in der Schnitthälfte unterhalb der Mittellinie in Fig. 3 oder 4 erreicht ist, wird der Verdrängungskegel 12 mittels eines geeigneten, nicht dargestellten Betätigungswerkzeugs aus seiner ersten Position (wie in der Schnitthälfte unterhalb der Mittellinie) in seine zweite Position (wie in der Schnitthälfte oberhalb der Mittellinie) verbracht. Hierbei werden die Stahlkugeln 4 durch die ansteigende kegelige Kontur des Verdrängungskegels 12 in den radialen Durchbruchsausnehmungen des linken Lenkerabschnitts 1 radial nach außen verdrängt und dabei - unter plastischer Verformung der den Vertiefungsbereich bildenden Wandung 5 - formschlüssig in die Wandung 5 des rechten Lenkerabschnitts 2 eingebettet, wie jeweils in der Schnitthälfte oberhalb der Mittellinie in Fig. 3 und 4 dargestellt. Wahlweise können die Vertiefungen in der Wandung 5 des rechten Lenkerabschnitts 2 zur Aufnahme der Stahlkugeln 4 auch bereits vor der Montage der beiden Lenkerabschnitte 1 und 2 vorgeformt oder eingebracht worden sein, so dass der Verdrängungskegel 12 bei dessen Betätigung die Stahlkugeln 4 lediglich noch an ihren Platz in den bereits vorhandenen Vertiefungen in der Wandung 5 verbringt.

Auch bei den Ausführungsformen gemäß Fig. 3 und 4 ergibt sich somit eine starre, formschlüssige Verbindung mittels der Stahlkugeln 4 zwischen den beiden

Lenkerabschnitten 1 und 2 im Betriebszustand der Überlastsicherung 3. Im Falle einer axialen Überlast entweder in Zug- oder in Druckrichtung wird die Fließgrenze des Materials des rechten Lenkerabschnitts 2 in der den Vertiefungsbereich bildenden Wandung 5 überschritten, und der linke Lenkerabschnitt 1 beginnt sich relativ zum rechten Lenkerabschnitt 2 zu bewegen, wobei die Stahlkugeln 4 die Wandung des rechten Lenkerabschnitts 2 im Vertiefungsbereich 5 unter Bildung von Längsfurchen umformen.

Hierbei wird wiederum die Energie der jeweils wirkenden Zug- bzw. Druckkraft über den gesamten Verformungsweg der Stahlkugeln 4 solange in Wärme

umgewandelt, bis die Stahlkugeln 4 die jeweiligen verdickten Wandungsbereiche 11 des rechten Lenkerabschnitts 2 erreichen. Aufgrund der dortigen verdickten

Wandung 11 kommt der Vertiefungsvorgang sodann zum Stillstand und somit auch die Relativbewegung zwischen den beiden Lenkerabschnitt und 1 und 2 wieder zum Erliegen.

Auf diese Weise können, beispielsweise bei einer Radaufhängung oder Lenkung, im Crash- oder im Uberlastfall übermäßig hohe Kräfte bzw. Aufprallenergien wieder abgebaut werden, ohne dass dies zu einem kompletten Versagen der Radaufhängung oder der Spurstange führt. Das Fahrzeug bleibt somit nach einem Crash oder nach einer aufgetretenen Uberlast in der Radaufhängung nach wie vor sowohl fahrbar als auch lenkbar, womit sich die Gefahr, dass der Fahrzeugführer die Herrschaft über das Fahrzeug verliert, entscheidend reduzieren lässt.

In Fig. 5 schließlich ist ein beispielhaftes Kraft-Weg-Diagramm einer

Uberlastsicherung 3 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung schematisch dargestellt. Dem Diagramm in Fig. 5 ist der erleichterten Anschauung halber nochmals ein Beispiel für eine Überlastsicherung 3 beigestellt.

In dem Diagramm gemäß Fig. 5 ist auf der Rechtsachse der Verformungsweg S des Lenkerelements bzw. der Überlastsicherung 3 aufgetragen, während auf der

Hochachse die zu der jeweiligen Verformung s erforderliche Axialkraft F

aufgetragen ist.

Man erkennt im Diagramm zunächst einen ersten steilen Anstieg der Axialkraft F bis zum Verformungsweg Si, welcher der starren, elastischen Verformung der

Überlastsicherung 3 (einschließlich des Reibschlusses zwischen den beiden

Lenkerabschnitten 1, 2) während des Normalbetriebs eines entsprechenden

Lenkerelements entspricht. In dem Bereich vom Diagrammursprung bis zum Verformungsweg Si - welcher auch den Betriebszustand der Überlastsicherung 3 bzw. des damit ausgestatteten

Lenkerelements enthält - erfolgt somit vorzugsweise die Kraftübertragung hauptsächlich mittels Haftreibung zwischen den aneinander anliegenden und hierzu bevorzugt eine Presspassung aufweisenden einander zugewandten Oberflächen der beiden Lenkerabschnitte 1 und 2, um so im Betriebszustand des Lenkerelements eine möglichst vollkommen starre, steife und spielfreie Kraftübertragung zu gewährleisten.

Beim Verformungsweg Si beginnt - am Punkt der Aktivierungskraft F(si) - das kontrollierte Ansprechen der Überlastsicherung 3, indem sowohl die Haftreibung an den Kontaktflächen zwischen den beiden Lenkerabschnitten 1 und 2 als auch die Fließgrenze des Materials des rechten Lenkerabschnitts 2 im Bereich der

Stahlkugeln 4 überwunden wird.

Aufgrund des Übergangs von der Haftreibung zur Gleitreibung an den

Kontaktflächen zwischen den beiden Lenkerabschnitten 1 und 2 fällt bei weiterer Vergrößerung der Axialverformung S die Axialkraft F zunächst etwas ab, um sodann zwischen den Verformungslängen S2 und S3 - aufgrund der dann stattfindenden gleichförmigen Vertiefung der Wandung des Lenkerabschnitts 2 im

Vertiefungsbereich 5 durch die Stahlkugeln 4 - sowie aufgrund gleichbleibender Gleitreibung zwischen den beiden Lenkerabschnitten 1 und 2, auf einem konstanten Niveau zu bleiben.

Wird bei zunehmender Verformung der Punkt S3 erreicht, so entspricht dies dem Erreichen des Endes des Vertiefungsbereichs 5 durch die Stahlkugeln 4, und einer dort beginnenden erneuten nur noch elastischen Verformung der

Überlastsicherung 3 bzw. des entsprechenden Lenkerelements, mit entsprechend steilem Anstieg der Kraft-Weg-Kurve gemäß Fig. 5. Erst im Punkt S4 beginnt auf einem noch höheren Kraftniveau das gänzliche Versagen der Überlastsicherung 3 bzw. des entsprechenden, damit ausgestatteten Lenker elements. Am

zeichnungsbezogen rechten Ende der Kurve schließlich trennen sich die beiden Lenkerelemente 1 und 2 voneinander.

Durch entsprechende, beispielsweise abgestufte Ausführung der Wandstärke des Vertiefungsbereichs 5 im rechten Lenkerabschnitt 2 könnte die Überlastsicherung 3 jedoch auch so gestaltet werden, dass sich an das Vertiefungsplateau zwischen S2 und S3, oder an das zeichnungsbezogen rechte Ende der Kraft-Weg-Kurve gemäß Fig. 5, zunächst ein weiteres Plateau anschließt, welches je nach Dimensionierung auf einem höheren Kraftniveau liegt als das Plateau zwischen S2 und S3.

Beispielhafte Werte für Kräfte und Wege bei einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lenkerelements mit Überlastsicherung sind nachfolgend angegeben.

Betriebslast FN bis ca. 10-15 kN

Aktivierungskraft F(si) ca. 35-40 kN

Vertiefungskraft F(S2,S3) ca. 30 kN

Versagenskraft F(S4) ca. 45 kN

Vertiefungsweg S3 - S2 ca. 5-7 mm (je lx für Zug- und Druckrichtung)

Im Ergebnis wird deutlich, dass dank der Erfindung ein Lenkerelement mit

Überlastsicherung geschaffen wird, das sämtliche eingangs genannten Nachteile des Standes der Technik überwindet, indem es äußerst kostengünstig produziert bzw. gefügt werden kann und gleichzeitig mit einer minimalen Anzahl an Bauteilen, mit minimaler Masse und minimalem Bauraum auskommt. Zudem weist das erfindungsgemäße Lenkerelement die im Betrieb erforderliche hohe Steifigkeit sowie ein im Überlastfall exakt dimensionierbares, vorbildliches Versagensverhalten sowohl in Druckrichtung als auch in Zugrichtung auf, und besitzt gleichzeitig ein hohes, mittels entsprechender Auslegung genau kontrollierbares

Energieabbauvermögen.

Die Erfindung leistet somit einen elementaren Beitrag zur Verbesserung der

Sicherheit sowie der Bauraum- und der Kosteneffektivität insbesondere bei sicherheitsrelevanten Anwendungen bei Lenkern im Bereich der Radführung und - Lenkung an Kraftfahrzeugen.

Bezugszeichenliste

1 Lenkerabschnitt

2 Lenkerabschnitt

3 Überlastsicherung

4 Verbindungselement, Hartkörper, Stahlkugel

5 Hülsenwandung, Vertiefungsbereich

6 verdickter Wandungsbereich

7 Längsrillen

8 Wanddickenübergang

9 Lenkerabschnitt

10 Kontermutter

11 verdickter Wandungsbereich

12 Verdrängungskegel

F Lenker-Axialkraft

S Lenker-Verformungsweg