DE10117495A1 - Tragarm - Google Patents

Abstract

Tragarm mit flächig-planer Grundstruktur, mit kopfseitigen Verschraubungspunkten zum Anschließen einer Last, mit fußseitigen Aufnahmeelementen zum Einleiten der Last in ein Lager und mit einer einseitig einer planen Grundfläche gegenüberliegend ausgebildeten flächig-planen kopfseitigen Verstärkung der Grundstruktur, die sich von den Verschraubungspunkten, diese einschließend, bis zur lagerseitigen Lasteinleitung erstreckt und zur Verringerung der Masse des Tragarmes mit nur einseitig offenen napfartigen Ausnehmungen versehen ist, die durch Aussteifungsstege voneinander getrennt sind. Die an diesen Aussteifungsstegen auftretenden Spannungskonzentrationen können dadurch vermieden werden, dass sich die napfartigen Ausnehmungen in eine plane Grundfläche des Tragarmes hinein öffnen, die der flächig-planen kopfseitigen Verstärkung der Grundstruktur gegenüberliegt. Durch den Abbau der Spannungskonzentrationen kann der Tragarm als Druckgussteil hergestellt werden.

Description

Die Erfindung betrifft einen Tragarm zum Anschließen einer Last an einem Lager der im Oberbegriff des Anspruch 1 genannten Art.

Das Anbinden von Lasten an Lager über einen Tragarm findet insbesondere im Kraftfahrzeugbau Verwendung. Dabei ist die Last meistens ein Motor, ein Antriebsaggregat oder ein Getriebe, während die Lager vor allem bei Kraftfahrzeugen, die in großer Serie zu günstigen Preisen hergestellt werden, in aller Regel als reine Gummilager, sogenannte Feststofflager, ausgelegt sind. In gleicher Weise dienen solche Tragarme aber auch dem Anbinden der Lasten an anspruchsvolleren und aufwendigeren Lagern, beispielsweise an Hydrolagern, pneumatischen Lagern oder auch allen Varianten von regelbaren oder stellbaren viscoelastischen Lagern. Dabei kann der Tragarm sowohl als Bestandteil des Lagers als auch als selbständiges Montageteil als auch als integrierter Bestandteil der zu lagernden Last ausgelegt sein.

Im Einzelnen ist dabei der hier in Rede stehende Tragarm speziell in Verbindung mit einem Feststofflager beschrieben. In diesem Fall ist der Tragarm nämlich bereits in der Weise im Feststofflager integriert, dass er als Bestandteil des Lagers von einer Zulieferfirma hergestellt und an den Automobilhersteller als Teil, beispielsweise eines Motorlagers oder Aggregatlagers oder auch eines Getriebelagers, ausgeliefert wird.

Ein solches einfaches Feststofflager besteht zumeist aus einer Tragfeder aus Gummi und einem separaten Dämpfer, im einfachsten Fall einer dämpfenden Gegenfeder, die ebenfalls als Gummipuffer ausgebildet ist, die in einem Lagergehäuse oder einer Lagerschelle eingespannt sind. Zwischen der Tragfeder und dem Dämpfer ist der lasteinleitende Abschnitt des Tragarms eingefügt und lasteinleitend angeschlossen.

An dem aus dem Lager herausragenden "kopfseitigen" Abschnitt des Tragarmes sind mindestens eine, meistens zwei, drei oder vier durchgehende Öffnungen ausgebildet, die als Verschraubungspunkte, auch als Justierhilfen dem Anschließen und Fixieren der federnd zu lagernden Last dienen.

Es ist verständlich, dass solche Tragarme speziell im Kraftfahrzeugbau hoch beanspruchte Teile sind. Insbesondere bei Verwendung im Zusammenhang mit Motorlagern und Aggregatlagern müssen sie die gesamte statische und dynamische Last des Motors bzw. Aggregats unter Fahrbetriebsbedingungen aufnehmen und in das Lager einleiten. Diese Problemstellung verschärft sich mit der zunehmenden Masse und den größer werdenden Drehmomenten der zu lagernden Motoren. Zudem soll ein Tragarm, der diesen Anforderungen entspricht, möglichst preiswert und überdies möglichst leicht sein. So kommt es dazu, dass ein heute im Kraftfahrzeugbau anzufindender Lagerarm für Feststofflager der beschriebenen Art, aber auch für Hydrolager oder andere, vor allem Motorlager und Aggregatlager, aus konstruktiv sorgfältig konturiertem und ebenso sorgfältig legiertem Aluminium besteht. Dabei liegt trotz aller Rationalisierung der Kostenanteil solch eines Tragarms noch immer im Bereich von 25% des Gesamtpreises eines entsprechenden Motorlagers. Diese Kosten kommen dabei nicht nur durch das Erfordernis der Verwendung einer hochwertigen Aluminiumlegierung, sondern auch dadurch mit zustande, dass ein Tragarm dieser Art zur Gewährleistung der geforderten Sicherheitsfaktoren nach dem aufwendigen und kostenintensiven Verfahren des Kokillengießens hergestellt werden muss.

Ausgehend von diesem landläufigen Stand der Technik liegt der Erfindung das technische Problem zugrunde, einen Lagertragarm der vorstehend beschriebenen Art, insbesondere einen Lagertragarm aus Aluminium, verfügbar zu machen, der bei Einhaltung aller Qualitätsanforderungen und Sicherheitsanforderungen ohne eine Vergrößerung seiner Masse nach dem Aluminiumdruckgussverfahren hergestellt werden kann.

Die Erfindung löst dieses technische Problem durch einen Tragarm, der die im Anspruch 1 genannten Merkmale aufweist.

Die Erfindung beruht auf der überraschenden Erkenntnis, dass die bei Belastung des Tragarms, insbesondere bei dynamischer Belastung des Tragarms, auftretenden Spannungskonzentrationen im Bereich der zur Massenreduktion geschaffenen Aussparungen und den zwischen diesen verbleibenden absteifenden Stegen auftretenden hohen Spannungskonzentrationen drastisch vermindert werden können, wenn diese freigeräumten Bereiche nicht von der den verstärkenden Aufbau aufweisenden Seite des Tragarms her, sondern von der gegenüberliegenden Seite her, also von der Seite her, die zumindest im Wesentlichen als plan und eben ausgebildete Grundfläche des Tragarms her, ausgearbeitet sind. Aufgrund dieser konstruktiven Verminderung der im belasteten Tragarm auftretenden Spannungsspitzen und Spannungskonzentration braucht der Tragarm nicht mehr nach dem aufwendigen Kokillengussverfahren hergestellt zu werden, sondern ist einer Herstellung nach dem Druckgussverfahren zugänglich.

Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung ist im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles der Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen sowie in Verbindung mit dem in Fig. 1 erläuterten Stand der Technik näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 den Tragarm eines Feststofflagers nach dem Stand der Technik zum Anschluss eines Getriebes an ein Getriebelager;

Fig. 2 in gleicher perspektivischer Sicht wie Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel des Tragarms mit den Merkmalen der Erfindung; sowie

Fig. 3 den in Fig. 2 gezeigten Tragarm mit den Merkmalen der Erfindung in gleicher Sicht nach Rotation um seine Längsachse um 180°.

Der in Fig. 1 in perspektivischer Draufsicht dargestellte Tragarm eines Feststoff-Getriebelagers nach dem Stand der Technik weist eine im Großen und Ganzen flächig-plane Grundstruktur 1 auf. Der Tragarm weist kopfseitig (2) drei durchgehende Bohrungen 3 auf, die als Verschraubungspunkte für eine anzuschließende Last, hier ein Antriebsaggregat eines Kraftfahrzeugs, auf. Fußseitig (4) sind auf der flächig-planen Grundstruktur 1 Aufnahmeelemente 5 zum Einleiten der lastseitig einwirkenden Kräfte in ein hier nicht dargestelltes Gummilager üblicher Bauart angeordnet.

Kopfseitig weist die flächig-plane Grundstruktur 1 eine ebenfalls plane, flächige Verstärkung 6 auf. Diese kopfseitige flächig-plane Verstärkung 6 der ebenfalls flächig-planen Grundstruktur 1 ist, bezogen auf die Hauptfläche des Tragarmes, einseitig vorspringend und der im Wesentlichen planen Grundfläche 7 gegenüberliegend konfiguriert und erstreckt sich, bezogen auf die Längsachse des Tragarmes, von der Spitze des Tragarmes, die Verschraubungspunkte 3 einschließend, durchgehend bis unmittelbar an die Lastaufnahmeelemente 5 heran.

Von der Verstärkung 6 her sind zur Verringerung der Gesamtmasse des Tragarmes nur einseitig offene, napfartige Ausnehmungen 9, sogenannte Ausräumungen, eingebracht, zwischen denen Stege 10 zur Aussteifung der Ausräumungen und zur Stabilisierung des kopfseitigen Bereichs des Tragarmes stehen gelassen sind.

Diese Stege 10 bilden bekanntermaßen die problematischen Spannungszonen der landläufigen Lagertragarme. Der landläufige Stand der Technik weist die unterschiedlichsten Konfigurationen der Ausräumungen 9 und der Stege 10 auf, die insgesamt dem Ziel dienen, einen optimalen Kompromiss zwischen den Zielkonflikten, den Tragarm einerseits so leicht wie möglich zu konstruieren, andererseits jedoch auch hoch dauerbelastbar auszubilden. Dabei ist der Preis, der für solche Kompromisse zur Lösung des Zielkonflikts gezahlt werden muss, das Erfordernis, solche Träger durch Kokillenguss herzustellen.

Ein Tragarm mit den Merkmalen der Erfindung ist in der Fig. 2 gezeigt, und zwar in der gleichen perspektivischen Sicht wie der Tragarm nach dem Stand der Technik in Fig. 1.

Das in Fig. 2 gezeigte Ausführungsbeispiel eines Tragarmes mit den Merkmalen der Erfindung ist in der gleichen Darstellung und gleichen Sicht gezeichnet wie das in Fig. 1 gezeigte Ausführungsbeispiel nach dem Stand der Technik. Auf der flächigen und planen Grundstruktur 1 ist kopfseitig die im Wesentlichen ebenfalls flächig-plane Verstärkung 6 ausgebildet. Dabei ist der Begriff "flächig-plan" in der aus Fig. 2 ersichtlichen Weise im Rahmen der vorliegenden Beschreibung nicht streng mathematisch, sondern gesamtkonzeptionell im Sinne eines vorherrschenden Struktureindrucks zu verstehen. So soll dieser Begriff beispielsweise Aussparungen 12 mit umfassen, die für die Aufnahme des Kopfes eines Anschlussschraubbolzens vorgesehen sind. Auch soll dieser Begriff ein geringes schulterförmiges Abfallen der Verstärkungsfläche 6 zu den seitlichen Bolzenanschlüssen 3 einschließen, wie dies ebenfalls aus der Fig. 2 ersichtlich ist. Derartige Strukturelemente, die im Wesentlichen ohnehin durch die einzuhaltende Anschlussgeometrie vorgegeben sind, sind ohne wesentlichen qualitativen Einfluss auf die Erfindung und beeinträchtigen auch nicht die Wirkung der im Vorherrschenden "flächig-plane" Ausbildung der Verstärkung 6, die im Kopfbereich des Tragarmes auf der ebenfalls in diesem Verständnis "flächig-planen" Grundstruktur vorstehend aufgebracht ist.

Insoweit sind also der Tragarm nach dem Stand der Technik (Fig. 1) und der Tragarm mit den Merkmalen der Erfindung (Fig. 2) bis auf Abstimmungskonfigurationen identisch. Der erfindungswesentliche Unterschied zwischen beiden Tragarmen besteht jedoch darin, dass bei dem Tragarm nach dem Stand der Technik in der aus Fig. 1 ersichtlichen Weise die massesparenden Ausnehmungen 9 von der Oberfläche der Verstärkung 6 her in den Kopfbereich 2 des Trägers napfartig eingebracht sind, also zur Oberfläche der Verstärkung 6 hin offen und zur durchgehend weitgehend planen Grundfläche 7 des Tragarmes hin geschlossen ausgebildet sind, während die funktionell gleichen Zwecken dienenden Ausnehmungen 9 in der aus den Fig. 2 und 3 ersichtlichen Weise bei dem Tragarm mit den Merkmalen der Erfindung nicht von der Oberfläche der Verstärkung 6 her, sondern von der planen Grundfläche 7 her (Fig. 3) in die Grundstruktur und durch diese hindurch in die Verstärkung 6 hinein in den Tragarm eingebracht sind. Dies führt dazu, dass die gesamte Oberfläche 14 der Verstärkung 6, von gegebenenfalls vorzusehenden Durchgrifföffnungen 13 abgesehen, die anwenderseitig aus Montagegründen erforderlich und einzubringen sind, eine in sich geschlossene und keine großen Durchbrechungen und schmalen Stege aufweisende Oberfläche aufweist, auf der sich die durch die Last auf den Träger aufgebrachte Spannung nahezu homogen verteilt. Dies bedeutet jedoch nicht, die Spannungskonzentrationen, die bei dem Tragarm nach dem Stand der Technik auf den Stegen 10 (Fig. 1) auftreten, bei dem Tragarm mit den Merkmalen der Erfindung (Fig. 2) zuzulassen. Vielmehr verlaufen die Kantenflächen der Stege 10 in der aus Fig. 3 ersichtlichen Weise praktisch plan in die insgesamt plane Grundfläche 7 des Tragarmes ein. Dies führt wiederum dazu, dass sich die durch Lasteinwirkung auch in den Stegen 10 bei dem Tragarm der Erfindung auftretende Spannung auf die gesamte Oberfläche der Grundfläche 7 aufläuft und sich auf dieser fast gleichmäßig bis an das Lastaufnahmeelement 5' heran, das den Dämpfer anschließt, verteilen kann. Dies führt, wie die Spannungsbilder zeigen, zu einer wesentlich besseren Verteilung der Spannung auf größere Bereiche der plan angrenzenden Grundfläche 7, so dass es bei einer solchen Ausbildung des Tragarmes gemäß der Erfindung an keiner Stelle im Tragarm zu derart kritischen Spannungskonzentrationen kommt, wie dies beim Stand der Technik der Fall ist. Diese Auswirkung hat wiederum den praktischen Vorteil, dass der Tragarm mit den Merkmalen der Erfindung nicht derart kritische Spannungsbereiche und damit entsprechende überhöhte Sicherheitsfaktoren aufweist und einhalten muss, was wiederum den Weg zur Herstellung des Tragarms der Erfindung durch Druckgussverfahren und mit billigeren Aluminiumlegierungen ermöglicht.

Diese Vorteile des Tragarms der Erfindung werden dabei, wie ohne weiteres einleuchtend ist, unabhängig von der Art und der Richtung der Belastung des Tragarms verfügbar, da in jedem Fall des Lastangriffs und der Spannungserzeugung in den Stegen 10 diese Stegspannungen bei dem Tragarm der Erfindung stetig und bruchfrei auf die gesamte plane Grundfläche 7 des Tragarmes ausgeleitet werden.

Die in der Fig. 3 erkennbaren Stege 10, die zwischen den Ausnehmungen 9 zur Versteifung und Stabilisierung des Tragarmes ausgebildet sind, weisen eine solche Winkelausrichtung in der Ebene der planen Grundstruktur auf, dass sie die an den Verschraubungspunkten 3 eingeleiteten Spannungen auf möglichst große zusammenhängende Flächen der Unterseite 7 des Tragarmes auszulaufen ermöglichen. Neben diesen aussteifenden Stegen 10 können die Innenwandflächen der Ausnehmungen 9 zusätzlich mit weiteren Rippungen 11 versehen sein, die einer Versteifung und einer Feinabstimmung der Spannungsverteilung im Tragarm dienen. Selbst wenn dabei die Feinabstimmung der Verrippung im Tragarm von Feststofflager zu Hydrolager zu Luftlager verschieden ausfallen wird, so bleibt doch das Grundprinzip der Auslegung des Tragarmes mit den Merkmalen der Erfindung stets das gleiche.

Claims (5)

1. Tragarm mit flächig-planer Grundstruktur, mit kopfseitigen Verschraubungspunkten zum Anschließen einer Last, mit fußseitigen Aufnahmeelementen zum Einleiten der Last in ein Lager und mit einer einseitig einer planen Grundfläche gegenüberliegend ausgebildeten flächig- planen kopfseitigen Verstärkung der Grundstruktur, die sich von den Verschraubungspunkten, diese einschließend, bis zur lagerseitigen Lasteinleitung erstreckt und zur Verringerung der Masse des Tragarmes mit nur einseitig offenen napfartigen Ausnehmungen versehen ist, die durch Aussteifungsstege voneinander getrennt sind, gekennzeichnet durch eine Öffnung der napfartigen Ausnehmungen (9) in eine plane Grundfläche (7) des Tragarmes hinein, die der flächig-planen kopfseitigen (2) Verstärkung (6) der Grundstruktur (1) flächig gegenüberliegt.

2. Tragarm nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine zusätzliche Verrippung (11) auf den Innenflächen der Ausnehmungen (9).

3. Tragarm nach einem der Ansprüche 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Winkelausrichtung der zwischen den Ausnehmungen (9) ausgebildeten versteifenden Stege (10) in der Ebene der Grundstruktur in der Weise, dass die Stege mit ihren Kantenflächen möglichst koplanar in möglichst großflächig zusammenhängende Oberflächen (7) der Grundstruktur (7) des Trägers übergehen.

4. Tragarm nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch seine funktionstaugliche Herstellbarkeit als Druckgussteil.

5. Tragarm nach einem der Ansprüche 1 bis 3, hergestellt als Aluminium-Druckgussteil.