DE102016204568A1

DE102016204568A1 - Schraubverbindung zwischen einem ersten und einem zweiten Bauteil

Info

Publication number: DE102016204568A1
Application number: DE102016204568.7A
Authority: DE
Inventors: Jens Vortmeyer; Dirk Graeuler
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2016-03-18
Filing date: 2016-03-18
Publication date: 2017-09-21

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schraubverbindung zwischen einem ersten Bauteil (2) und einem zweiten Bauteil (3) einer Radaufhängung für Kraftfahrzeuge mittels eines Schraubbolzens (4) mit einer Längsachse (a), wobei das erste Bauteil (2) eine erste Auflagefläche (2a) und das zweite Bauteil (3) eine zweite Auflagefläche (3b) aufweisen und wobei die erste und die zweite Auflagefläche (2a, 3b) durch den Schraubbolzen (4) gegeneinander verspannt sind. Es wird vorgeschlagen, dass das erste Bauteil (2) einen koaxial zur Längsachse (a) angeordneten Hohlzapfen (5) mit einer ersten zylindrischen Passfläche (5a) und das zweite Bauteil (3) einen Fügeabschnitt mit einer zweiten zylindrischen Passfläche (3a) aufweisen und dass die erste und die zweite zylindrische Passfläche (5a, 3a) zu einer formschlüssigen Verbindung gefügt sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schraubverbindung zwischen einem ersten Bauteil und einem zweiten Bauteil nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Durch die ältere Anmeldung der Anmelderin mit dem Aktenzeichen 10 2015 211 414.7 wurde eine Schraubverbindung zwischen einem ersten und einem zweiten Bauteil einer Radaufhängung eines Kraftfahrzeuges bekannt. Das erste Bauteil ist bevorzugt als Gabel zur Anlenkung eines Lenkgestänges für eine Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges ausgebildet, während das zweite Bauteil bevorzugt als Lager- oder Aufschraubzapfen eines Aktuators zur Beeinflussung des Lenkwinkels der Hinterräder ausgebildet ist. Das Gabelstück und der Aufschraubzapfen sind durch einen Schraubbolzen miteinander verspannt, wobei am Gabelstück ein Zentrieransatz vorgesehen ist, welcher in eine entsprechende Zentrieröffnung am Aufschraubzapfen eingreift. Mit einem solchen Zentrieransatz können zwar Querkräfte übertragen werden, Biegemomente können jedoch eine kritische Beanspruchung dieser Schraubverbindung darstellen.
Die Erfindung umfasst die Merkmale des Patentanspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass an dem ersten Bauteil ein Hohlzapfen angeformt ist, welcher eine erste zylindrische Passfläche aufweist, die mit einer zweiten, am zweiten Bauteil angeordneten zylindrischen Passfläche zu einer formschlüssigen Verbindung gefügt ist. Aufgrund der Länge des Hohlzapfens, welcher mit dem zweiten Bauteil eine signifikante Überdeckung bildet, können durch diese formschlüssige Verbindung nicht nur Querkräfte, sondern auch von außen am ersten Bauteil angreifende Biegemomente auf das zweite Bauteil übertragen werden, so dass die Schraubverbindung entlastet wird. Insbesondere kann ein Lockern oder Auseinanderklaffen der Aufliegeflächen vermieden werden.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist die erste zylindrische Passfläche als Außenfläche und die zweite zylindrische Passfläche als Innenfläche ausgebildet. Der Hohlzapfen wird somit in einer Aufnahmeöffnung des zweiten Bauteiles aufgenommen, d. h. der Querschnitt des Hohlzapfens ist zwischen dem Außenumfang des zweiten Bauteils und dem Schraubbolzen angeordnet. Die Außenkontur des zweiten Bauteiles bleibt daher weitgehend unverändert, was insbesondere dann von Vorteil ist, wenn das zweite Bauteil als Aufschraubzapfen eines Aktuators ausgebildet ist und die Außenfläche als Gleitlagerfläche dient.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die erste zylindrische Passfläche als Innenfläche und die zweite zylindrische Passfläche als Außenfläche ausgebildet, d. h. der Hohlzapfen umgreift das vordere Ende, einen Fügeabschnitt, des zweiten Bauteiles, welches somit innerhalb des Hohlzapfens aufgenommen ist. Dadurch ergibt sich ein größerer Außendurchmesser für den Hohlzapfen.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die zweite Auflagefläche an der Stirnseite des zweiten Bauteiles angeordnet, während sich die erste Auflagefläche unmittelbar am ersten Bauteil befindet. Die Pressung beider Bauteile erfolgt somit auf einem maximalen Durchmesser.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die erste Auflagefläche an der Stirnseite des Hohlzapfens und die zweite Auflagefläche gegenüber der Stirnseite des zweiten Bauteiles versetzt angeordnet. Die Anpress- bzw. Auflageflächen befinden sich somit im „Inneren“, d. h. in einem geschützten Bereich.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Hohlzapfen derart dimensioniert, dass das Verhältnis seines Außendurchmessers zu seiner Länge gleich eins oder größer als der Wert eins ist. Damit ist sichergestellt, dass der Abstand des Kräftepaares, durch welches ein von außen eingeleitetes Biegemoment abgestützt wird, hinreichend groß ist, um die Beanspruchung der Schraubverbindung gering zu halten.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das erste Bauteil als Gabelstück für eine Anlenkung eines Spurgestänges ausgebildet. Das zweite Bauteil ist bevorzugt als Lager- oder Aufschraubzapfen ausgebildet, welcher Teil eines Aktuators für eine Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges ist. Der Aufschraubzapfen, der im Gehäuse des Aktuators axial gleitend geführt ist, wird über eine Spindel in Axialrichtung verstellt und überträgt diese Stellbewegung auf das Gabelstück.
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 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung für eine Schraubverbindung zwischen einem Gabelstück und einem Aufschraubzapfen,
2 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung für eine Schraubverbindung und
3 ein drittes Ausführungsbeispiel für eine Schraubverbindung.
1 zeigt als erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Schraubverbindung 1 zwischen einem ersten Bauteil 2 und einem zweiten Bauteil 3 mittels eines Schraubbolzens 4, der eine Längsachse a aufweist. Das erste Bauteil 2 ist vorzugsweise als Gabelstück 2 zur Aufnahme eines nicht dargestellten Gelenkes für eine Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges ausgebildet. Das zweite Bauteil 3 ist vorzugsweise als Lager- oder Aufschraubzapfen 3 eines Aktuators für die Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges ausgebildet. Der Aufschraubzapfen 3 kann, was nicht dargestellt ist, mit einer Spindel eines Spindelantriebes verbunden und axial gleitend in einem nicht dargestellten Aktuatorgehäuse geführt werden. Ein derartiger Aktuator zur Hinterachslenkung ist aus der DE 10 2014 206 934 A1 der Anmelderin bekannt. An das Gabelstück 2 ist ein Hohlzapfen 5 angeformt, welcher eine zylindrischen Außenfläche 5a, auch erste Passfläche 5a genannt, einen Außendurchmesser d und eine Länge l aufweist. Der Aufschraubzapfen 3 weist eine Aufnahmeöffnung mit einer zylindrischen Innenfläche 3a, auch zweite Passfläche 3a genannt, auf, welche mit der ersten Passfläche 5a des Hohlzapfens 5 gefügt ist. Das Gabelstück 2 weist eine erste Auflagefläche 2a, und der Aufschraubzapfen 3 weist eine zweite Auflagefläche 3b auf, welche mit der ersten Auflagefläche 2a durch den Schraubbolzen 4, der in den Aufschraubzapfen 3 eingeschraubt ist, verspannt ist.
Das Gabelstück 2 und der Aufschraubzapfen 3 bilden somit über den Hohlzapfen 5 eine mechanisch gefügte, formschlüssige Verbindung zur Übertragung von Querkräften und Biegemomenten. Zur Veranschaulichung ist ein auf das Gabelstück 2 wirkendes Biegemoment M_B dargestellt, welches über ein Kräftepaar F1, F2, dargestellt durch entsprechende Pfeile mit dem Abstand l, vom Aufschraubzapfen 3 aufgenommen wird. Die Schraubverbindung 1, insbesondere der Schraubbolzen 4 werden somit von Biegemomenten isoliert und damit weniger belastet. Ein Abheben der ersten Auflagefläche 2a von der zweiten Auflagefläche 3b, d. h. ein etwaiges Auseinanderklaffen, wird damit vermieden.
2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung für eine Schraubverbindung 11 zwischen einem ersten Bauteil 12 und einem zweiten Bauteil 13 mittels eines Schraubbolzens 14, welcher beide Bauteile 12, 13 miteinander verspannt. Das erste Bauteil 12 kann – wie im ersten Ausführungsbeispiel – als Gabelstück 12 und das zweite Bauteil 13 – ebenfalls wie im ersten Ausführungsbeispiel – als Lager- oder Aufschraubzapfen 13 eines Aktuators für eine Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges ausgebildet sein. Das Gabelstück 12 weist einen Hohlzapfen 15 auf, welcher den Aufschraubzapfen 13 umfasst, d. h. ein Fügeabschnitt des Aufschraubzapfens 13 ist innerhalb des Hohlzapfens 15 angeordnet. Der Hohlzapfen 15 weist eine zylindrische Innenfläche 15a, auch erste Passfläche 15a genannt, auf, während der Aufschraubzapfen 13 eine zylindrische Außenfläche 13a, auch zweite Passfläche 13a genannt, aufweist. Innerhalb des Hohlzapfens 15 ist eine erste Auflagefläche 12a, und an der Stirnseite des Aufschraubzapfens 13 ist eine zweite Auflagefläche 13b angeordnet. Durch die erste und die zweite Passfläche 15a, 13a werden beide Bauteile 12, 13 mechanisch gefügt und bilden eine formschlüssige Verbindung zur Aufnahme von Querkräften und Biegemomenten, wie beim ersten Ausführungsbeispiel erläutert. Der Außendurchmesser des Hohlzapfens 15 ist mit d und die Länge des Hohlzapfens 15 ist mit l bezeichnet. Beide Bauteile 12, 13 sind über die erste Auflagefläche 12a am Gabelstück 12 und die zweite Auflagefläche 13b am Aufschraubzapfen 13 miteinander verspannt.
3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung für eine Schraubverbindung 21 zwischen einem ersten Bauteil 22 und einem zweiten Bauteil 23, welche durch einen Schraubbolzen 24 miteinander verspannt sind. Das erste Bauteil 22 kann wie in dem vorherigen Ausführungsbeispielen als Gabelstück 22 und das zweite Bauteil 23 als Aufschraubzapfen 23 eines Aktuators ausgebildet sein. Das Gabelstück 22 weist einen Hohlzapfen 25 mit einem Außendurchmesser d und einer Länge l auf. Der Hohlzapfen 25, welcher in dem Aufschraubzapfen 23 aufgenommen ist, weist eine zylindrische Außenfläche 25a, auch erste Passfläche 25a genannt, auf, während der Aufschraubzapfen 23 eine zylindrische Innenfläche 23a, auch zweite Passfläche 23a genannt, aufweist. Beide Bauteile 22, 23 sind im Bereich der ersten und zweiten Passfläche 25a, 23a mechanisch gefügt und bilden eine formschlüssige Verbindung zur Aufnahme von Querkräften und Biegemomenten, wie zuvor erläutert. Die Verspannung beider Bauteile 22, 23 erfolgt mittels des in den Aufschraubzapfen 23 eingeschraubten Schraubbolzens 24 über eine erste stirnseitig angeordnete Auflagefläche 25b am Hohlzapfen 25 und eine zweite Auflagefläche 23b am Aufschraubzapfen 23.
Der Hohlzapfen 5, 15, 25 weist, um insbesondere Biegemomente wirksam zu übertragen, bevorzugt eine Mindestlänge l auf, welche durch folgende Ungleichung gekennzeichnet ist: l/d ≥ 1. Mit dieser Bemessungsregel können über das Gabelstück eingeleitete Biegemomente durch ein Kräftepaar wirksam am Aufschraubzapfen abgestützt werden.
Bezugszeichenliste

1: Schraubverbindung
2: erstes Bauteil / Gabelstück
2a: erste Auflagefläche
3: zweites Bauteil / Aufschraubzapfen
3a: zylindrische Innenfläche / zweite Passfläche
3b: zweite Auflagefläche
4: Schraubbolzen
5: Hohlzapfen
5a: zylindrische Außenfläche / erste Passfläche
11: Schraubverbindung
12: erstes Bauteil / Gabelstück
12a: erste Auflagefläche
13: zweites Bauteil / Aufschraubzapfen
13a: zylindrische Außenfläche / zweite Passfläche
13b: zweite Auflagefläche
14: Schraubbolzen
15: Hohlzapfen
15a: zylindrische Innenfläche / erste Passfläche
21: Schraubverbindung
22: erstes Bauteil / Gabelstück
23: zweites Bauteil / Aufschraubzapfen
23a: zylindrische Innenfläche / zweite Passfläche
23b: zweite Auflagefläche
24: Schraubbolzen
25: Hohlzapfen
25a: zylindrische Außenfläche / erste Passfläche
25b: erste Auflagefläche
a: Längsachse
d: Außendurchmesser
l: Länge
F1: Stützkraft
F2: Stützkraft
M_B: Biegemoment

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102014206934 A1 [0015]

Claims

Schraubverbindung zwischen einem ersten Bauteil (2, 12, 22) und einem zweiten Bauteil (3, 13, 23) einer Radaufhängung für Kraftfahrzeuge mittels eines Schraubbolzens (4, 14, 24) mit einer Längsachse (a), wobei das erste Bauteil (2, 12, 22) eine erste Auflagefläche (2a, 12a, 25b) und das zweite Bauteil (3, 13, 23) eine zweite Auflagefläche (3b, 13b, 23b) aufweisen und wobei die erste und die zweite Auflagefläche (2a, 12a, 25b, 3b, 13b, 23b) durch den Schraubbolzen (4, 14, 24) gegeneinander verspannt sind, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauteil (2, 12, 22) einen koaxial zur Längsachse (a) angeordneten Hohlzapfen (5, 15, 25) mit einer ersten zylindrischen Passfläche (5a, 15a, 25a) und das zweite Bauteil (3, 13, 23) einen Fügeabschnitt mit einer zweiten zylindrischen Passfläche (3a, 13a, 23a) aufweisen und dass die erste und die zweite zylindrische Passfläche (5a, 15a, 25a, 3a, 13a, 23a) zu einer formschlüssigen Verbindung gefügt sind.
Schraubverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste zylindrische Passfläche als Außenfläche (5a, 25a) und die zweite zylindrische Passfläche als Innenfläche (3a, 23a) ausgebildet sind.
Schraubverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste zylindrische Passfläche als Innenfläche (15a) und die zweite zylindrische Passfläche als Außenfläche (13a) ausgebildet sind.
Schraubverbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Auflagefläche (3b) an der Stirnseite des zweiten Bauteils (3) angeordnet ist.
Schraubverbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Auflagefläche (25b) an der Stirnseite des Hohlzapfens (25) angeordnet ist, und dass die zweite Auflagefläche (23b) gegenüber der Stirnseite des zweiten Bauteils (23) in Längsrichtung (a) versetzt angeordnet ist.
Schraubverbindung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Auflagefläche (12a) gegenüber der Stirnseite des Hohlzapfens (15) nach innen versetzt und die zweite Auflagefläche (13b) an der Stirnseite des zweiten Bauteils (13) angeordnet ist.
Schraubverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlzapfen (5, 15, 25) einen Außendurchmesser (d) und eine Länge (l) aufweist und dass das Verhältnis l/d ≥ 1 beträgt.
Schraubverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauteil als Gabelstück (2, 12, 22) ausgebildet ist.
Schraubverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Bauteil als Aufschraubzapfen (3, 13, 23) eines Aktuators für eine Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges ausgebildet ist.