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Die Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. An einer Karosserie eines Fahrzeugs, bspw. eines Personenkraftwagens gibt es bekanntlich eine Vielzahl von Abschnitten, an denen eine Verbindung mit weiteren Bauelementen des Fahrzeugs dargestellt ist. Je nachdem um welche Bauelemente es sich dabei handelt, müssen über eine solche Verbindungsanordnung auch höhere Kräfte übertragen werden. Beispielsweise gilt dies für irgendwelche Streben, über die verschiedene Karosserieabschnitte gegeneinander abgestützt sind, oder für andere Stützstreben, über die bspw. eine oder mehrere Komponente(n) des Fahrwerks des Fahrzeugs an der Karosserie bzw. am besagten Karosserieabschnitt abgestützt ist oder sind. Bei diesen Streben kann es sich somit auch um einen radführenden Lenker handeln. Weiterhin gilt dies für irgendwelche Träger, über welche schwerere Komponenten an der Karosserie befestigt oder abgestützt sind – ein Beispiel hierfür ist ein Träger für zumindest ein Element eines Fahrzeug-Antriebsstrangs, wie bspw. einen Getriebeträger – oder insbesondere Fahrwerks-Komponenten über einen Achsträger quasi zusammengefasst sind, auf welchem dann die Karosserie bzw. der gesamte Fahrzeug-Aufbau anteilig (nämlich auf einer Vorderachse und auf zumindest einer Hinterachse) abgestützt ist.
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Üblicherweise handelt es sich bei den genannten lösbaren Befestigungselementen um Schrauben, die entweder in ein im jeweiligen Gegenstück, bei welchem es sich um den Karosserieabschnitt oder die Strebe bzw. den Träger handeln kann, geeignet eingebrachtes Gewinde oder in eine geeignet angeordnete Schraubenmutter eingeschraubt sind und dabei mit einem derartig hohen Drehmoment angezogen sein müssen, dass die Verbindungsanordnung zwischen der Strebe oder dem Träger und dem Karosserieabschnitt ähnlich starr ist wie eine unlösbare bspw. Schweiß-Verbindung. Aus verschiedensten Gründen gilt es nämlich, auch noch so geringe Relativbewegungen zwischen den miteinander verbundenen Bauteilen zu vermeiden. Es muss nämlich funktionsbedingt in jedem der vorstehend aufgezählten Anwendungsfälle eine starre Abstützung geschaffen sein, die insbesondere auch nicht irgendwelche Knackgeräusche, die aus Mikrobewegungen bzw. kleinsten (Mikro-)Schwingungen zwischen diesen verbundenen aufgrund der im Fahrbetrieb des Fahrzeugs in den verschiedensten Richtungen zu übertragenden Kräfte bzw. Momente zwischen den besagten Bauteilen resultieren, entstehen lässt. Neben der Geräuschproblematik ist die zuverlässige Kraft- oder Momentenübertragung bei vielen Bauteilen ein noch viel wichtigerer Aspekt. Beispielsweise gilt dies für Torsions-Streben, die zwischen verschiedenen Karosserieabschnitten abgestützt sind bzw. diese gegeneinander abstützen und somit für die Steifigkeit der Karosseriestruktur von signifikanter Bedeutung sind. Daher muss auch eine solche Verbindungsanordnung maximal steif gestaltet sein, was bislang aber nur mithilfe starker und groß dimensionierter Verbindungsschrauben möglich ist, vgl. hierzu auch die folgenden Ausführungen.
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An Verbindungsanordnungen nach dem Oberbegriff des Anspruchs kann weiterhin das Problem auftreten, dass die lösbaren Befestigungselemente, üblicherweise mehrere Schrauben, nicht in der Lage sind, einer äußeren Scherbelastung in ausreichendem Maße stand zu halten. Solche Verschraubungen sind üblicherweise kraftschlüssig auf Scherbelastung ausgelegt, womit die Widerstandskraft gegen Scherbelastung von der Schrauben-Vorspannkraft und dem Reibwert zwischen Verbindungs-Partnern abhängig ist. Bei höherer Scherbelastung müssen daher die Schrauben bei gleichbleibenden Reibwerten größer dimensioniert werden. Dies ist aber nicht immer einfach darstellbar, sondern kann weitreichende Änderungen im Bereich der Verbindungsanordnung, insbesondere auch hinsichtlich Bauraum, erforderlich machen. Auch würden damit Gewicht und Kosten stark erhöht.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese geschilderte Problematik zu vermeiden, d. h. bei Vorliegen einer erhöhten Scherbelastung keinen größeren Bauraum für die lösbaren Befestigungselemente zu benötigen bzw. eine weitere wirkungsvolle Maßnahme aufzuzeigen, mit Hilfe derer die geschilderten (im Fahrbetrieb des Fahrzeugs gelegentlich auftretenden) Mikrobewegungen in einer Verbindungsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 verhindert werden können.
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Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, dass auf die Kontaktfläche und/oder auf den Karosserieabschnitt vor der Herstellung der Verbindungsanordnung und somit vor der Montage der jeweiligen Strebe oder des Trägers Hartpartikel aufgebracht sind, welche durch die (bzw. als Folge der) verspannende(n) Montage zumindest teilweise in die jeweils andere Fläche, d. h. in eine sog. Gegenfläche des Karosserieabschnittes oder in die besagte Kontaktfläche hineinragen. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche. Insbesondere ist damit auch ein Verfahren zum Herstellen einer Verbindungsanordnung beansprucht, welches zumindest ein in den Vorrichtungsansprüchen enthaltenes verfahrenstechnisches Merkmal umsetzt.
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Erfindungsgemäß wird der Reibwert zwischen den gegeneinander verspannten Flächen der Strebe oder des Trägers einerseits und desjenigen Karosserieabschnitts, gegen den die Strebe oder der Träger mit ihrer bzw. seiner Kontaktfläche mittels zumindest eines lösbaren Befestigungselements verspannt ist, andererseits, erhöht, indem auf zumindest einer dieser Flächen bereits vor dem Zusammenbau der Verbindungsanordnung sog. Hartpartikel aufgebracht sind, die sich dann während des Zusammenbaus, d. h. beim Verspannen im Rahmen der Montage der Strebe oder des Trägers gegen den Karosserieabschnitt (bzw. an dessen sog. Gegenfläche) in die jeweils gegenüberliegende Fläche zumindest teilweise eingraben.
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Zur Reduzierung oder Vermeidung irgendwelcher noch so kleiner Relativbewegungen zwischen den besagten Bauteilen im erfindungsgemäßen Verbindungsbereich wird somit die Oberflächenbeschaffenheit zumindest eines dieser Bauteile mittels Aufbringung von Hartpartikeln auf die bspw. Kontaktfläche gezielt angepasst, derart, dass der Reibwert zwischen der Kontaktfläche (der Strebe oder des Trägers) und der Gegenfläche der Fahrzeug-Karosserie, nämlich dem besagten Karosserieabschnitt, erhöht wird, und zwar durch zusätzlichen Formschluss. Im Mikrobereich gesehen furchen sich nämlich beim Verspannen dieser besagten Bauteile gegeneinander die erfindungsgemäß vorgesehenen Hartpartikel in die Oberflächenstruktur des jeweils anderen Bauteils ein und erzeugen quasi einen Mikroformschluss.
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Dabei sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass zumindest eines der gegeneinander verspannten Bauteile mit einer irgendwie gearteten Beschichtung versehen sein kann. Beispielsweise kann zumindest eines der Bauteile lackiert sein – im Fahrzeugbau handelt es sich dabei bekanntlich üblicherweise um eine KTL-Beschichtung. Eine solche Beschichtung ist für die korrekte Auslegung der Patentansprüche (und insbesondere des Patentanspruchs 1) als zur „Kontaktfläche” oder zum „Karosserieabschnitt” bzw. zu dessen „Gegenfläche” gehörend – je nachdem, welche der Flächen mit der Beschichtung versehen ist – zu verstehen. Es kann also ausreichend sein, wenn die erfindungsgemäß vorgesehenen Hartpartikel sich nur in der Beschichtung eines der Bauteile befinden oder nur in die Beschichtung eines der Bauteile eindringen bzw. hineinragen, da bereits hierdurch eine Erhöhung des Reibwertes zwischen den besagten Bauteilen erzielbar ist. Es kann aber auch vorgesehen sein, die Hartpartikel derart zu dimensionieren und aufzubringen – auf letzteres wird an späterer Stelle noch näher eingegangen –, dass diese die besagte Beschichtung (bspw. KTL-Schicht) durchdringen und zumindest geringfügig in die eigentliche (per se bzw. zunächst unbeschichtete) Oberfläche des jeweiligen Bauteils eindringen.
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Als Material für die Hartpartikel kann bspw. Siliciumcarbid zum Einsatz kommen, wobei solche Hartpartikel (aus beliebigem geeignetem Material) bspw. eine Größe („Durchmesser”) von mehreren (bspw. 1–70) Mikrometern aufweisen können und sich nicht nur durch besonders hohe Härte sondern vorzugsweise auch durch ausgesprochen starke Scharfkantigkeit auszeichnen, d. h. es weist deren Oberfläche vorzugsweise eine Vielzahl von Ecken und Kanten auf. Es ist bekannt, dass beispielsweise Sliciumcarbid plasmatechnologisch extrem gut haltbar auf Oberflächen aufgebracht werden kann, vgl. die sog. „Plasma-Grip” Technologie der efc plasma GmbH, Ingolstadt. Dabei sind diese Hartpartikel mittels einer Nickel-Haftvermittlerschicht auf der plasmatechnologisch beschichteten Oberfläche gehalten. Ausdrücklich darauf hingewiesen sei, dass mit der Angabe dieses Beispiels die vorliegende Erfindung jedoch keineswegs auf solche Hartpartikel beschränkt ist; vielmehr können diverse andere Materialien und Verfahren zum Einsatz kommen, mittels derer ausreichend harte Partikel, die beim Verspannen einer mit solchen Partikeln beschichteten Oberfläche (bspw. der besagten Kontaktfläche des Lagerelements gegen einen bspw. aus einer (relativ weicheren) Aluminium-Legierung bestehenden Karosserieabschnitt in dessen Oberfläche (= Gegenfläche der Fahrzeug-Karosserie) zumindest teilweise eindringen. Dabei wird ein Formschluss erzeugt, indem die Hartpartikel anteilig zumindest in das jeweilige Gegenstück gepresst werden. Vergrößert wird weiterhin durch diese Hartpartikel die Gesamtfläche, über welche die beiden Bauteile miteinander in Verbindung stehen, was eine zusätzliche Steigerung der zwischen diesen Bauteilen wirkenden Reibkraft bewirkt.
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Besonders wirkungsvoll ist eine erfindungsgemäß aufgebrachte Schicht von Hartpartikeln naturgemäß dann, wenn die Hartpartikel zumindest annähernd abriebfest auf zumindest einer der besagten Flächen aufgebracht sind. Dies ist bspw. dadurch realisierbar, dass die Hartpartikel durch ein Strahlverfahren wie Druckstrahlen oder Injektorstrahlen oder Plasmastrahlen aufgebracht werden. Damit ist es nämlich möglich, die Hartpartikel zunächst mit einem solch hohen Druck beispielsweise auf die Kontaktfläche der Strebe oder des Trägers aufzubringen, dass sie anteilig in dieses eindringen und gleichzeitig anteilig aus dieser Kontaktfläche herausragen. Wird danach diese Strebe oder dieser Träger am Karosserieabschnitt montiert, so dringen mit dem Verspannen über die Befestigungselemente bzw. Befestigungsschrauben die aus der Kontaktfläche der Strebe oder des Trägers herausragenden Teile der Hartpartikel in das demgegenüber weichere Material des Karosserieabschnittes und somit in die Gegenfläche der Fzg.-Karosserie ein. (Wenngleich vorstehend der Sachverhalt für ein Aufbringen der Hartpartikel auf der Strebe oder dem Träger geschildert wurde, ist bei geeigneter Materialkombination selbstverständlich auch die andere Vorgehensweise möglich, nämlich dass die Hartpartikel zunächst auf den jeweiligen Karosserieabschnitt aufgebracht werden und danach bei der Montage der Strebe oder des Trägers in dessen Kontaktfläche eindringen).
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Wie bereits weiter oben ausgeführt kann bei einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung zumindest einer der Fügepartner, nämlich der besagte Karosserieabschnitt und/oder die Strebe bzw. der Träger bzw. deren/dessen Kontaktfläche eine Beschichtung, insbesondere eine KTL-Beschichtung (= kathodische Tauchlackierung) aufweisen. Dabei bestehen verschiedene Möglichkeiten. So kann der erste Fügepartner mit Hartpartikeln beschichtet sein bzw. werden, während der zweite Fügepartner eine KTL-Beschichtung aufweist. Bei der Montage der Verbindungsanordnung, d. h. beim Zusammenbau dieser Fügepartner können die Hartpartikel des ersten Fügepartners entweder nur in die KTL-Beschichtung des zweiten Fügepartners eindringen oder diese Beschichtung durchdringen und weiterhin in die eigentliche Oberfläche (= diejenige ohne Beschichtung) des zweiten Fügepartners bis zu einem gewissen Ausmaß eindringen. In beiden Fällen wird durch die Hartpartikel ein Mikroformschluss erzeugt und als Folge dessen der Reibwert zwischen den Fügepartnern erhöht. Besonders intensiv ist diese Erhöhung naturgemäß im vorstehend zweitgenannten Fall, nämlich dass die Hartpartikel die Beschichtung durchdringen und die die eigentliche Oberfläche des zweiten Fügepartners eindringen; hierfür jedoch sollte aber die von der Oberfläche des ersten Fügepartners abragende Höhe der Hartpartikel größer sein als die Dicke bzw. Höhe der KTL-Beschichtung des zweiten Fügepartners. Alternativ können zunächst auf den ersten Fügepartner die Hartpartikel aufgebracht werden, wonach auf die soweit vorbereitete Fläche (= Fügefläche) auch noch eine Beschichtung (KTL-Beschichtung aufgebracht wird). In diesem Falle sollte vorzugsweise die von der eigentlichen (zunächst unbeschichteten) Oberfläche des ersten Fügepartners abragende Höhe der Hartpartikel größer als die Dicke bzw. Höhe der Beschichtung sein, damit die Hartpartikel des ersten Fügepartners aus dessen Beschichtung herausragen und beim Zusammenbau der Fügepartner in das Material des zweiten Fügepartners zumindest geringfügig eindringen können. Als Folge wird auch hier wieder ein Mikroformschluss erzeugt und der Reibwert zwischen den Fügepartnern stark erhöht, wobei ein solcher Effekt verringert auch dann eintritt, wenn die Hartpartikel zunächst nicht nennenswert aus der Oberfläche des beschichteten Fügepartners herausragen, da beim Verspannen der beiden Fügepartner gegeneinander die Beschichtung bekanntlich geringfügig komprimiert (und damit die Schicht dünner) wird. Weiter alternativ können die Hartpartikel auf die bereits mit einer Beschichtung (wie einer KTL-Schicht) versehene relevante Fläche des ersten Fügepartners aufgebracht werden, ehe dieser mit dem zweiten Fügepartner verspannt wird. Auch hierbei sollte gewährleistet sein, dass die Hartpartikel zumindest geringfügig aus der Beschichtung herausragen, was aber durch geeignetes Aufbringen der Hartpartikel unter Berücksichtigung der Härte der eigentlichen Oberfläche gezielt eingestellt werden kann. Aber auch wenn die Hartpartikel im wesentlichen vollständig in die Beschichtung eindringen, können diese beim Verspannen der beiden Fügepartner immer noch die Wirkung entfalten, da die Dicke der Beschichtung durch das Verspannen der beiden Bauteile (Fügepartner) ja geringfügig reduziert wird, während die Höhe der Hartpartikel beim verspannen keine Veränderung erfährt. Schließlich besteht noch die Möglichkeit, dass beide Fügepartner, nämlich der Karosserieabschnitt und zumindest die Kontaktfläche der Strebe bzw. des Trägers mit einer Beschichtung versehen sind oder versehen werden. In diesem Falle sollten idealerweise die Hartpartikeln groß genug sein, um beide Beschichtungen zu durchdringen und damit einen (o. g.) intensiven Mikroformschluss erzeugen zu können; analog vorstehenden Ausführungen können die Hartpartikel aber auch nur in den Beschichtungen der Fügepartner wirken oder auch nur in der Beschichtung eines der beiden Fügepartner, während sie in den anderen Fügepartner teilweise eindringen. In jedem Fall wird eine gewünschte Erhöhung des Reibwertes zwischen den Fügepartnern erreicht.
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Es können die Hartpartikel beim weiter oben erläuterten Strahlen bzw. Strahlauftragen auf eines der Bauteile durch geeignete Steuerung des Strahles gezielt mit einem derartigen Impuls auf oder in das jeweilige Bauteil (Strebe bzw. Träger und/oder Karosserieabschnitt) aufgebracht oder eingebracht werden, dass diese Hartpartikel bezogen auf ihre Abmessung zumindest annähernd hälftig in das Bauteil eindringen und zumindest annähernd hälftig aus dessen relevanter Fläche (mit oder ohne eventueller Beschichtung) herausragen.
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Vorstehend wurden bereits einige mögliche Strahlverfahren genannt, mittels derer Hartpartikel erfindungsgemäß auf zumindest eines der besagten Bauteile (Strebe, Träger, Karosserieabschnitt etc.) aufgebracht werden können. Was das genannte Plasmastrahlen betrifft, so können hierbei das Plasma-Atmosphärendruckstrahlverfahren, das Niederdruckplasmastrahlverfahren oder das Vakuumplasmastrahlverfahren vorteilhafterweise verwendet werden.
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Als weitere beispielhafte Materialien für die erfindungsgemäß vorgesehenen Hartpartikel können NiSiC oder ein Nickel-Diamant-Pulver genannt werden, weiterhin Stahl bspw. in Form von kantigen Partikeln aus Edelstahlguss (Cr-Grit genannt), kantiger Hartguss (mit martensitischem Gefüge) oder Korund-Partikel (aus Aluminiumoxid mit SiO2-Anteil). Grundsätzlich können demnach Hartpartikel auf einem härteren Material eines der beiden Bauteile (bspw. der Kontaktfläche des Trägers oder der Strebe) aufgebracht sein, welche dann in ein weicheres Material des anderen Bauteils (bspw. des in einer Leichtmetalllegierung ausgeführten Karosserieabschnitts) eindringen, jedoch ist eine solche Materialzuordnung oder Materiakombination keineswegs obligatorisch. Dabei können die Hartpartikel entweder vollumfänglich auf zumindest eine der ringförmigen besagten Flächen, nämlich auf die Kontaktfläche des Trägers oder der Strebe oder auf die besagte Gegenfläche der Karosserie (= Karosserieabschnitt) aufgebracht sein, oder bspw. im Falle einer Gestaltung mit mehreren ringförmig angeordneten Befestigungselementen in Form von Schrauben nur in der Umgebung der besagten Schrauben auf zumindest eine der besagten Flächen, nämlich auf die Kontaktfläche oder auf die Gegenfläche, aufgebracht sein. Vorzugsweise – aber ausdrücklich nicht obligatorisch – können die Hartpartikel zumindest annähernd abriebfest auf zumindest einer der besagten Flächen aufgebracht sein, bspw. wie bereits erwähnt mittels eines Strahlverfahrens. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, solche Hartpartikel nur geringfügig haftend auf zumindest einer der besagten Oberflächen aufzutragen, wonach sich diese beim Verspannen der Bauteile gegeneinander gleichzeitig in beide Oberflächen anteilig eingraben können. Lediglich der Vollständigkeit halber sei noch auf die vorliegenden Verfahrensansprüche verwiesen, wobei anstelle einer Vorrichtung grundsätzlich ein Verfahren beansprucht werden kann, indem anstelle des Merkmals, dass Hartpartikel aufgebracht sind, beansprucht wird, dass Hartpartikel aufgebracht werden.
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Die beigefügte einzige Figur zeigt in Form einer Prinzipdarstellung einen stark vergrößerten Ausschnitt eines Schnitts im Verbindungsbereich zwischen einer Strebe 2 und einem Karosserieabschnitt 1 eines Personenkraftwagens, wobei erstere mit ihrer Kontaktfläche 2a auf der Gegenfläche 1a des Karosserieabschnitts 1 aufliegt. In der Figur nicht gezeigt ist eine Schraubverbindung mittels mehrerer einer oder mehrerer Schraube(n) als lösbare(m) Befestigungselement(e), über welche die Strebe 2 nach Art einer Flanschverbindung gegen den Karosserieabschnitt 1 verspannt und an diesem gehalten ist. Auf die Kontaktfläche 2a der Strebe 2 wurden vor der Herstellung dieser Schraub-Verbindungsanordnung und somit vor der Montage der Strebe 2 Hartpartikel 3 aufgebracht, welche durch die verspannende Montage zumindest teilweise in die Gegenfläche 1a des Karosserieabschnitts 1 hineinragen, wie die Figur zeigt. Dabei sind hier die Hartpartikel 3 auch über eine Nickel-Haftvermittlerschicht 4 auf der Kontaktfläche 2a gehalten – aufgrund dieser dünnen Nickel-Haftvermittlerschicht 4 ist zwischen den beiden Bauteilen 1, 2 ein hier deutlich vergrößerter Mikrospalt geschaffen. In der Realität ist dieser Mikrospalt praktisch nicht vorhanden bzw. es kann dieser gegen „Null” gehen. Nicht dargestellt ist in dieser Figur eine KTL-Beschichtung auf zumindest einem der dargestellten Bauteile bzw. Fügepartner einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung, jedoch kann eine solche ohne weiteres vorgesehen sein. Hierfür dann gelten die weiter oben stehenden Ausführungen.