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Die Erfindung betrifft eine Schraubverbindung zwischen einem ersten und einem zweiten Bauteil einer Radaufhängung für Kraftfahrzeuge nach dem Patentanspruch 1.
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Schraubverbindungen, auch Schraubenverbindungen genannt, sind in vielen Ausführungsformen bekannt und genormt. Probleme bei einer Schraubverbindung können sich dann ergeben, wenn die oder eines der zu verbindenden Bauteile nicht nur durch Zug-, Druck- und Querkräfte, sondern zusätzlich über Biegemomente sowie möglicherweise Torsionsmomente beansprucht wird. Derartig beanspruchte Schraubverbindungen werden insbesondere bei Radaufhängungen für Kraftfahrzeuge eingesetzt.
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In der älteren Anmeldung der Anmelderin mit dem Aktenzeichen
DE 10 2014 201 057 A1 ist eine als Schraubverbindung ausgebildete Bauteilanbindung zwischen einem Radträger und einem Querlenker eines Fahrwerks für Kraftfahrzeuge offenbart. Der Querlenker ist dabei über ein Gummilager, welches eine als erstes Bauteil ausgeführte metallische Innenhülse mit einer ersten Auflagefläche aufweist, derart mit dem als zweites Bauteil ausgebildeten Radträger, welcher eine zweite Auflagefläche aufweist, verbunden, dass ein Schraubbolzen durch die Öffnung der Innenhülse hindurch gesteckt und durch eine Einschrauböffnung mit einer Längsachse in eine Gewindebohrung im Radträger eingeschraubt ist. Dadurch wird die Innenhülse mit ihrer Auflagefläche stirnseitig auf die Auflagefläche am Radträger gepresst. Zusätzlich zu der stirnseitigen Anpressfläche sind sowohl an der Innenhülse als auch am Radträger zylindrische Stützflächen vorgesehen, welche einen partiellen Formschluss zwischen Innenhülse und Radträger bilden und somit Querkräfte aufnehmen können. Insbesondere können über das Lager auf die Innenhülse und damit auf die Schraubverbindung wirkende Biegemomente abgefangen werden. Damit wird einem Klaffen der Schraubverbindung, d. h. einem einseitigen Abheben der Stirnflächen voneinander entgegengewirkt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zu Grunde, ein Klaffen bei einer Schraubverbindung der eingangs genannten Art durch geeignete Gestaltung der zu verbindenden Bauteile zu vermeiden.
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Das Problem wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass sowohl am ersten als auch am zweiten Bauteil koaxial zur Längsachse des Schraubbolzens angeordnete, im Wesentlichen zylindrisch ausgebildete erste und zweite Stützflächen vorgesehen sind, welche sich gegenseitig zur Aufnahme von Querkräften abstützen. Die Verbindung der beiden Bauteile ist somit nicht nur durch einen Reibschluss aufgrund der Verspannung beider Bauteile durch den Schraubbolzen, sondern auch durch einen durch die Stützflächen bewirkten Formschluss charakterisiert. Mit dem Zusammenwirken von ersten und zweiten stirnseitigen Auflageflächen sowie ersten und zweiten zylindrisch ausgebildeten, umfangsseitigen Stützflächen wird ein Gegenmoment erzeugt, welches dem auf das erste Bauteil wirkenden Biegemoment entgegenwirkt, was die Beanspruchung der Bauteile vermindert.
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Gemäß der Erfindung ist das erste Bauteil als Gabelstück, auch Gabel genannt, ausgebildet, welche zwei parallele Schenkel und einen Steg aufweist, über welchen die Schraubverbindung erfolgt. Über die Gabel, welche mit einer weiteren Fahrwerkskomponente, z. B. einem Lenker verbunden ist, werden Kräfte und Momente in die Schraubverbindung eingeleitet. Die Gabel ist bevorzugt nach Art eines U-Profils ausgebildet. Nach einer bevorzugten Ausführungsform weist das erste Bauteil einen Zentrierzapfen oder einen Zentrierbund auf, an welchen jeweils die erste zylindrische Stützfläche als Außenfläche ausgebildet ist. Durch den Zentrierzapfen respektive den Zentrierbund können Querkräfte, d. h. quer zur Längsachse des Schraubbolzens gerichtete Kräfte formschlüssig übertragen werden.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das zweite Bauteil ein von der zweiten Auflagefläche ausgehendes gestuftes Loch, insbesondere eine Stufenbohrung auf, an welcher eine zylindrische Innenfläche als zweite Stützfläche ausgebildet ist. Die zweite Stützfläche korrespondiert mit der ersten Stützfläche, so dass Querkräfte vom ersten auf das zweite Bauteil und umgekehrt übertragen werden können.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die erste zylindrische Stützfläche als Innenfläche eines äußeren Zentrierrandes am ersten Bauteil ausgebildet, wobei der Zentrierrand mit seiner Innenfläche und die erste Auflagefläche eine Stufenbohrung im ersten Bauteil bilden.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die zweite zylindrische Stützfläche als Außenfläche am zweiten Bauteil ausgebildet. Beim Fügen des ersten und zweiten Bauteiles umfasst der Zentrierrand des ersten Bauteiles den Außenumfang des zweiten Bauteiles, wodurch ein Formschluss hergestellt wird.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das zweite Bauteil als Einschraub- oder Befestigungszapfen ausgebildet, wobei der Schraubbolzen in eine Einschrauböffnung des Einschraubzapfens eingeschraubt wird. Gabel und Einschraubzapfen bilden dann eine Baugruppe oder ein Verbindungselement zwischen zwei beweglichen Fahrwerkskomponenten.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform sind die Schenkel des Gabelstücks gegenüber dem Steg geneigt und/oder gekröpft. Hiermit wird die Schraubverbindung auf die Einbausituation innerhalb des Fahrwerks angepasst.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird von der Gabel ein Lager aufgenommen, vorzugsweise ein Gummilager, über welches eine gelenkige Verbindung mit einem Lenker hergestellt wird. Der Abstand der Lagerachse zur ersten und zweiten Auflagefläche der beiden Bauteile bildet somit den Hebelarm für ein Biegemoment.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das zweite Bauteil als Hilfsrahmen oder Radträger ausgebildet, d. h. die Schraubverbindung kann direkt am Radträger oder am Hilfsrahmen, der seinerseits mit der Karosserie des Fahrzeugs verbunden ist, befestigt werden.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform bilden das erste und das zweite Bauteil sowie der Schraubbolzen eine einschnittige Schraubverbindung, d. h. die Schraubverbindung weist nur eine mögliche Scherfläche auf, nämlich die Ebene der beiden Auflageflächen, in welcher beide Bauteile aufeinandergepresst werden.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben, wobei sich aus der Beschreibung und/oder der Zeichnung weitere Merkmale und/oder Vorteile ergeben können. Es zeigen
- 1 Bauteile einer Radaufhängung eines Kraftfahrzeuges mit einem Lenker, welcher einerseits mit einem Radträger und anderseits mit einem Achsträger verbunden ist, in isometrischer Darstellung,
- 2a eine achsträgerseitige Schraubverbindung zwischen einem Gabelstück und einem Einschraubzapfen als Ansicht,
- 2b die achsträgerseitige Schraubverbindung gemäß 2a als Schnitt in der Schnittebene IIb-IIb,
- 3 eine zweite Ausführungsform einer Schraubverbindung und
- 4 eine dritte Ausführungsform einer Schraubverbindung.
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1 zeigt Bauteile einer Radaufhängung eines Fahrwerks für Kraftfahrzeuge in isometrischer Darstellung. Ein Lenker 1, ausgebildet als Quer- oder Spurlenker, ist einerseits über ein als Schraubverbindung 2 ausgebildetes Verbindungselement 2 mit einem nicht dargestellten Achsträger oder Hilfsrahmen des Kraftfahrzeuges und andererseits über ein Lager 3 mit einem Radträger 4 verbunden. Die radträgerseitige Verbindung des Lenkers 1 über das Lager 3, welches als Gummilager mit einer nicht dargestellten Innenhülse ausgebildet ist, ist Gegenstand der eingangs erwähnten älteren Anmeldung der Anmelderin.
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2a und 2b zeigen die in 1 dargestellte Schraubverbindung 2 in einer Ansicht (2a) und in einer Schnittdarstellung in der Schnittebene IIb-IIb (2b). Ein als Gabelstück 3 ausgebildetes erstes Bauteil 5 ist mit einem als Einschraub- oder Steckzapfen 6 ausgebildeten zweiten Bauteil 6 durch einen Schraubbolzen 7 mit einem Schraubenkopf 7a und einer Längsachse a verbunden. Das erste und das zweite Bauteil 5, 6 bilden zusammen mit dem Schraubbolzen 7 eine einschnittige Schraub- oder Schraubenverbindung. Das Gabelstück 5, auch kurz Gabel 5 genannt, weist einen ersten Schenkel 5a, einen zweiten Schenkel 5b sowie einen beide Schenkel 5a, 5b verbindenden Steg 5c auf, in welchem eine Durchstecköffnung 8 angeordnet ist. Zwischen den Schenkeln 5a, 5b ist ein Gummilager 9 angeordnet, über welches der Lenker 1 (1) angelenkt bzw. gelenkig mit der Gabel verbunden ist. Der Einschraubzapfen 6 weist eine Einschraubbohrung 10 auf, in welche der die Durchstecköffnung 8 durchsetzende Schraubbolzen 7, welcher mit seinem Schraubenkopf 7a auf dem Steg 5c aufliegt, eingeschraubt ist. Anstelle des Einschraubzapfens 6 kann das zweite Bauteil 6 auch als Achsträger oder Hilfsrahmen ausgebildet sein, so dass die Gabel 5 direkt über den Schraubbolzen 7 mit der Achsträgerseite verbunden ist. Der Steg 5c des ersten Bauteils 5 weist stirnseitig eine erste Auflagefläche 5d auf, und das zweite Bauteil 6 respektive der Einschraubzapfen 6 weist stirnseitig eine zweite Auflagefläche 6a auf. Die erste und die zweite Auflagefläche 5d, 6a bilden Kontakt- oder Anpressflächen, welche durch die Zugkraft des Schraubbolzens 7 aufeinandergepresst werden und somit einen Reibschluss zwischen beiden Bauteilen 5, 6 bewirken. Von der ersten Auflagefläche 5d ragt ein Zentrierzapfen 5e mit einer zylindrischen Außenfläche 5f ab. Von der zweiten Auflagefläche 6a des Einschraubzapfens 6 erstreckt sich eine Stufenbohrung 6b mit einer zylindrischen Innenfläche 6c in Richtung der Längsachse a. Die zylindrischen Außen- und Innenflächen 5f, 6c werden auch als erste und zweite Stützflächen 5f, 6c bezeichnet; sie stützen sich in radialer Richtung gegenseitig ab und bilden somit eine formschlüssige Verbindung zwischen den beiden Bauteilen 5, 6. Zwischen dem Zentrierzapfen 5e und der Stufenbohrung 6b ist stirnseitig ein Axialspalt 11 belassen, in welchem optional eine Dichtung angeordnet sein kann.
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Aufgrund der Anlenkung des Lenkers 1 (1) über das Gummilager 9 wird das Gabelstück 5 und damit die gesamte Schraubverbindung 2 durch ein Biegemoment belastet, welches zu einem Klaffen zwischen den Bauteilen 5, 6 führen könnte, d. h. zu einem möglichen Abheben der ersten Auflagefläche 5d gegenüber der zweiten Auflagefläche 6a auf der Zugseite. Dieser Tendenz wird durch die ersten und zweiten Stützflächen 5f, 6c respektive durch den in der Stufenbohrung 6b angeordneten Zentrierzapfen 5e dadurch entgegengewirkt, dass ein Gegen- oder Haltemoment aufgebaut wird, welches ein Klaffen verhindert.
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3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer Schraubverbindung 12 zwischen einem als Gabel ausgebildeten ersten Bauteil 105 und einem zweiten Bauteil 106. Gleiche oder analoge Teile werden in 3 mit um 100 erhöhten Bezugszahlen wie in 2b bezeichnet. Die Gabel 105 weist einen Steg 105c mit einer Durchstecköffnung 108 auf. Das zweite Bauteil 106 weist eine Einschrauböffnung 110 auf, in welche ein die Durchstecköffnung 108 durchsetzender Schraubbolzen 107, der beide Bauteile 105, 106 gegeneinander verspannt, eingeschraubt ist. Das erste Bauteil 105 weist koaxial zur Längsachse a eine erste Stützfläche 105f auf, welche als zylindrische Außenfläche 105f eines Zentrierbundes 105e ausgebildet sind. Das zweite Bauteil 106 weist eine Stufenbohrung 106b mit einer zweiten Stützfläche 106c auf, welche als zylindrische Innenfläche 106c ausgebildet ist. Das erste Bauteil 105 weist stirnseitig eine erste Auflagefläche 105d auf, während das zweite Bauteil 106 eine korrespondierende zweite Auflagefläche 106a aufweist, auf welcher das erste Bauteil 105 aufliegt. Das erste Bauteil 105 wird somit in die Stufenbohrung 106b eingesetzt, dort zentriert und formschlüssig gehalten.
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4 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer Schraubverbindung 13, wobei gleiche oder analoge Teile wie in 2b mit um 200 erhöhten Bezugszahlen bezeichnet sind. Das erste Bauteil 205, ausgebildet als Gabel 205, weist einen Steg 205c, eine erste Auflagefläche 205d sowie einen äußeren Zentrierrand 205e mit einer ersten Stützfläche 205f auf, welche als zylindrische Innenfläche 205f ausgebildet ist. Das zweite Bauteil 206 weist eine zweite Auflagefläche 206a sowie eine zweite Stützfläche 206c auf, welche als zylindrische Außenfläche 206c ausgebildet ist. Das zweite Bauteil 206 wird somit durch den äußeren Zentrierrand 205e von außen umfasst und zentriert, wodurch die formschlüssige Verbindung quer zur Längsachse a hergestellt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lenker
- 2
- Verbindungselement/Schraubverbindung
- 3
- Lager
- 4
- Radträger
- 5
- erstes Bauteil/Gabel
- 5a
- Schenkel
- 5b
- Schenkel
- 5c
- Steg
- 5d
- erste Auflagefläche
- 5e
- Zentrierzapfen
- 5f
- erste Stützfläche
- 6
- zweites Bauteil/Zapfen
- 6a
- zweite Auflagefläche
- 6b
- Stufenbohrung, gestuftes Loch
- 6c
- zweite Stützfläche
- 7
- Schraubbolzen
- 7a
- Schraubenkopf
- 8
- Durchstecköffnung
- 9
- Gummilager
- 10
- Einschraubbohrung
- 11
- Axialspalt
- 12
- Schraubverbindung
- 13
- Schraubverbindung
- 105
- erstes Bauteil/Gabel
- 105c
- Steg
- 105d
- erste Auflagefläche
- 105e
- Zentrierbund
- 105f
- erste Stützfläche
- 106
- zweites Bauteil/Zapfen
- 106a
- zweite Auflagefläche
- 106b
- Stufenbohrung, gestuftes Loch
- 106c
- zweite Stützfläche
- 107
- Schraubbolzen
- 108
- Durchstecköffnung
- 110
- Einschraubbohrung
- 205
- erstes Bauteil/Gabel
- 205c
- Steg
- 205d
- erste Auflagefläche
- 205e
- Zentrierrand
- 205f
- erste Stützfläche
- 206
- zweites Bauteil
- 206a
- zweite Auflagefläche
- 206c
- zweite Stützfläche
- 207
- Schraubbolzen
- 208
- Durchstecköffnung
- 210
- Einschraubbohrung
- a
- Längsachse
