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Die
Erfindung betrifft eine Anschlussverbindung zur drehmomentübertragenden
Verbindung einer Hohlwelle mit einem Anschlussbauteil, gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Anschlussverbindungen
der eingangs genannten Art kommen zur Verbindung zwischen allen Arten
drehmomentübertragender
Bauteile und den zugehörigen
Wellen zum Einsatz. Beispielsweise, jedoch keineswegs ausschließlich, werden
gattungsgemäße Anschlüsse bei
der Verbindung von Momentenhebeln bzw. Lenkern mit Wellen bzw. Stabilisatoreinrichtungen
eingesetzt. Eines der Einsatzgebiete liegt dabei im Bereich der
stoß-
und schwingungsdämpfenden
Aufhängung
von Kraftfahrzeug-Fahrerkabinen, insbesondere bei Lastkraftwagen
und ähnlichen
Schwerlastfahrzeugen, um die Fahrerkabine bezüglich Schwingungen und Bewegungen
vom Fahrzeugchassis zu entkoppeln.
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Da
bei Schwerlastfahrzeugen die Federraten der Fahrwerksfedern aufgrund
der hohen Fahrzeuglasten unvermeidlich hoch ausfallen, werden Fahrbahnunebenheiten
oder auch Schwingungen aus Achsen und Antriebsstrang zu einem erheblichen
Teil noch über
die Achsfederung auf das Chassis übertragen. Um im Sinne der
Ergonomie und des Arbeitsschutzes für den Fahrer die Übertragung derartiger andauernder
Stöße und Vibrationen
auf das Fahrerhaus und somit auf den Arbeitsplatz des Fahrers zu minimieren,
sind Fahrerhausaufhängungen
entwickelt worden, bei denen das Fahrerhaus bzw. die Fahrerkabine
unter Verwendung eines eigenen Aufhängungssystems am Fahrzeugchassis
abgestützt ist.
Solche Aufhängungssysteme
für die
Fahrerkabine können
dank der im Vergleich zur Fahrzeugmasse viel geringeren Masse der
Fahrerkabine mit niedrigeren Federraten und weicheren Stoßdämpfern als
die Achsaufhängung
ausgelegt werden, weshalb Fahrbahnunebenheiten bzw. aus Antriebsstrang
oder Achsen des Fahrzeugs stammende Schwingungen dank solcher Kabinen-Aufhängungssysteme
deutlich besser vom Arbeitsplatz des Fahrers isoliert bzw. ferngehalten
werden können.
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Derartige
Aufhängungseinrichtungen
für Fahrerkabinen
sind, insbesondere bei erhöhten
Anforderungen an Querkraftabstützung
bzw. Kinematik – wie
beispielsweise Nick- oder Wankunterdrückung – konstruktiv aufwändig. So
müssen
neben den eigentlichen Feder- bzw. Dämpferelementen, ähnlich wie
bei Achsaufhängungen
von Kraftfahrzeugen, Wankstabilisatoren vorgesehen werden, mit denen das
unerwünschte,
seitliche Wanken der Fahrerkabine relativ zum Fahrzeugchassis eingeschränkt werden
kann.
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Zur
Wankstabilisierung – beispielsweise
bei Schräg-
oder Kurvenfahrt, aber auch beispielsweise im Fall einseitiger Fahrbahnunebenheiten – werden bei
Aufhängungseinrichtungen
für Fahrerkabinen nach
dem Stand der Technik Wankstabilisatoren in Form von Torsionsstäben bzw.
Stabilisatorwellen eingesetzt, durch die die Einfederwege der auf
die Fahrtrichtung bezogenen linken und rechten Aufhängungselemente
der Fahrerkabine miteinander zu einem gewissen Grad gekoppelt werden.
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Zur
Einleitung der Kräfte,
Momente und Bewegungen der Fahrzeugkabine in den Wankstabilisator
sind dabei im Allgemeinen an den beiden axialen Enden des Wankstabilisators
Momentenhebel angebracht, deren wellenfernes Ende jeweils mittels
einer Lagerung mit der Fahrzeugkabine verbunden ist, während das
wellennahe Ende der Momentenhebel jeweils eine Verbindung mit dem
Wankstabilisator aufweist. Dabei stellt entweder der Wankstabilisator selbst
die chassisfeste Lagerung der Momentenhebel dar, oder es ist am
wellennahen Ende der Momentenhebel jeweils ein weiterer Lagerpunkt
angeordnet, der zur Verbindung der Momentenhebel mit dem Chassis
und zur Einleitung der bei Wankbewegungen auftretenden Reaktionskräfte in das
Chassis dient.
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Gattungsgemäße Anschlussverbindungen insbesondere
zwischen Wankstabilisatoren und den zugeordneten Momentenhebeln
werden über
der Lebensdauer jedoch hohen Beanspruchungen ausgesetzt. Dies gilt
insbesondere, wenn – beispielsweise aus
Gründen
der Gewichtsersparnis bei gleichzeitiger Erhöhung der Torsionssteifigkeit – Torsionsstäbe bzw.
Stabilisatorwellen für
Wankstabilisatoren in Form vergleichsweise dünnwandiger Torsionsrohre bzw.
Hohlwellen ausgebildet werden.
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Zur
drehmomentübertragenden
Verbindung derartiger Torsionsrohre mit entsprechenden Anschlussbauteilen
wie beispielsweise Momentenhebeln ist es aus dem Stand der Technik
bekannt, die Momentenhebel mit den Torsionsrohren insbesondere zu
verschweißen
oder zu verpressen. In beiden Fällen
stellt jedoch eine derartige hergestellte Verbindung zwischen Momentenhebel
und Torsionsrohr eine hoch belastete potentielle Schwachstelle dar.
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Bei
einer Schweißverbindung
zwischen Momentenhebel und Torsionsrohr hängt dies vor allem mit der
beim Verschweißen
eingebrachten Wärme und
mit den damit verbundenen Gefügeänderungen sowie
Kerbspannungen zusammen. Reine Pressverbindungen zwischen Torsionsrohr
und Momentenhebel lassen sich zwar durch vergleichsweise schonende
Kaltumformung herstellen, erreichen jedoch bei den auftretenden
hohen Kräften
und Momenten oftmals nicht die erforderliche Lebensdauer. Das gilt auch
dann, wenn für
die Hohlwelle – zum
Zweck der Erhöhung
des übertragbaren
Drehmoments – im
Bereich der Verbindung mit dem Anschlussbauteil eine Querschnittsform
gewählt
wird, die von der Kreisgestalt abweicht.
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Dies
hängt – insbesondere
bei den aus Gewichtsgründen
eingesetzten, vergleichsweise dünnwandigen
Torsionsrohren bzw. Hohlwellen – damit zusammen,
dass die Rohrwandung im Bereich der Krafteinleitung in das Torsionsrohr
nur begrenzte Druck- bzw. Scherkräfte übertragen kann. Aus diesem
Grund können
beispielsweise Presspassungen zwischen der Hohlwelle und dem Anschlussbauteil nicht
mit dem zur Übertragung
hoher Drehmomente erforderlichen festen Presssitz ausgeführt werden. Bei Überschreitung
der vergleichsweise geringen übertragbaren
spezifischen Kräfte
kommt es deshalb entweder zu Ablösungen
der Rohrwandung im Bereich des Presssitzes des Momentenhebels, oder aber
die Rohrwandung kann eingedrückt
werden, was das nachfolgende Versagen des Rohrquerschnitts zur Folge
hat.
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Das
Anwendungsgebiet der Anschlussverbindung erstreckt sich, wie die
Anmelderin herausgefunden hat, jedoch beispielsweise auch auf Wankstabilisierung
und Achsführung
insbesondere bei Nutzfahrzeugachsen. Zur Wankstabilisierung von
Nutzfahrzeugachsen werden im Stand der Technik hauptsächlich aus
Vollmaterial bestehende, aus einem Stück gebogene Querstabilisatoren
eingesetzt, die insbesondere bei schweren Nutzfahrzeugen eine dementsprechend
hohe Masse aufweisen, und deren Materialausnutzungsgrad bezüglich der
vorgesehenen Tordierung bzw. Verdrehsteifigkeit denkbar ungünstig ist.
Hierbei scheiterte der Ersatz der massiven Querstabilisatoren durch
größervolumige,
vergleichsweise dünnwandige
und damit leichtere Hohlwellen bisher oftmals an der problematischen
Verbindungstechnik zwischen derartigen Hohlwellen und den drehmomentübertragenden
Anschlussbauteilen wie beispielsweise Momentenhebeln.
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Mit
diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
eine Verbindung zum drehmomentübertragenden
Anschluss zwischen Hohlwellen und deren Anschlussbauteilen zu schaffen,
mit der sich die genannten Nachteile überwinden lassen. Die Anschlussverbindung
soll dabei die schadlose Übertragung
hoher Drehmomente zwischen insbesondere dünnwandigen Hohlwellen und den
jeweiligen Anschlussbauteilen, bei gleichzeitig hoher Versagenssicherheit
ermöglichen.
Ferner soll die Verbindung zwischen Hohlwelle und Anschlussbauteil
in Produktion und Montage kostengünstig und prozesssicher darstellbar
sein.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Anschlussverbindung mit den Merkmalen des
Patentanspruchs 1 gelöst.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die
Anschlussverbindung gemäß der Erfindung
dient in für
sich genommen zunächst
bekannter Weise der drehmomentübertragenden
Anordnung eines Anschlussbauteils, beispielsweise eines Momentenhebels
oder einer Nabe, auf einer Hohlwelle. Das Anschlussbauteil umfasst
dabei zur Aufnahme der Hohlwelle eine zur Außenquerschnittsform der Hohlwelle
formkorrespondierende, durchgehende Ausnehmung.
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Erfindungsgemäß zeichnet
sich die Anschlussverbindung jedoch dadurch aus, dass die Hohlwelle
im Bereich der Verbindung mit dem Anschlussbauteil einen Pressstopfen
enthält.
Der Pressstopfen bildet dabei mit der Wandung der Hohlwelle auf
zumindest Teilen seiner Umfangsfläche eine Presspassung.
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Dank
des erfindungsgemäßen Pressstopfens
können
auch vergleichsweise dünnwandige Hohlwellen
mit entsprechenden Anschlussbauteilen wie beispielsweise Naben oder
Momentenhebeln verbunden werden, ohne dass bei hoher Belastung der
Anschlussverbindung die Gefahr des Versagens von Presssitz und/oder
Rohrwandung im Bereich der Anschlussverbindung besteht. Dies hängt damit
zusammen, dass der Pressstopfen die Rohrwandung der Hohlwelle im
Bereich der Anschlussverbindung stützt und an die Innenoberfläche der
Ausnehmung des Anschlussbauteils anpresst, so dass sich nicht nur
zwischen Pressstopfen und Rohrwandung, sondern auch zwischen der äußeren Oberfläche der Hohlwelle
und der Innenoberfläche
der Ausnehmung des Anschlussbauteils eine Oberflächenpressung bzw. Presspassung
ergibt.
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Auf
diese Weise lassen sich um Größenordnungen
höhere
Anpresskräfte
zwischen Rohrwandung und Anschlussbauteil erzielen, als dies bei Pressverbindungen
gemäß dem Stand
der Technik möglich
ist.
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Dank
der Erfindung können
damit nicht nur höhere
Kräfte
und Drehmomente zwischen ansonsten praktisch unveränderten
Anschlussbauteilen und Hohlwellen übertragen werden, sondern es
wird damit auch möglich,
den Durchmesser der verwendeten Hohlwellen unter gleichzeitiger
Reduzierung deren Wandstärke
weiter zu vergrößern, was
im Sinne des wünschenswerten
Leichtbaus am Fahrzeug für eine
Gewichtsreduzierung genutzt werden kann.
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Für die Verwirklichung
der Erfindung ist es dabei zunächst
nicht wesentlich, welche Querschnittsform der Außenumfang der Hohlwelle sowie die
Ausnehmung des Anschlussbauteils im Verbindungsbereich mit dem Anschlussbauteil
aufweist. Vielmehr lässt
sich der erfindungsgemäße Pressstopfen
auch bereits bei Hohlwellen mit im Verbindungsbereich kreisförmigem Außenquerschnitt
nutzbringend einsetzen.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung weist die Hohlwelle zumindest im Verbindungsbereich mit
dem Anschlussbauteil jedoch eine von der Kreisgestalt abweichende
Querschnittsform auf. Auf diese Weise lässt sich das zwischen Hohlwelle
und Anschlussbauteil übertragbare
Drehmoment weiter entscheidend steigern, da hiermit, zusätzlich zum
Kraftschluss durch den Presssitz sowie durch den Pressstopfen, noch
der Formschluss aufgrund des von der Kreisgestalt abweichenden Verbindungsquerschnitts
hinzukommt.
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Die
Erhöhung
des übertragbaren
Drehmoments stellt sich dabei zunächst einmal unabhängig von
der konkreten, von der Kreisgestalt abweichenden Querschnittsform
der Hohlwelle sowie der Ausnehmung des Anschlussbauteils ein. So
ist es beispielsweise vorstellbar, die Hohlwelle im Anschlussbereich,
wie auch die Anschlussausnehmung, mit ovaler oder elliptischer Querschnittsform
auszuführen,
womit insbesondere eine nur geringe zusätzliche Kerbwirkung verbunden
ist. Anwendungs- und ausführungsabhängig kann
sich, wie die Anmelderin herausgefunden hat, auf diese Weise sogar
ein deutlich günstigerer
Betriebsspannungsverlauf einstellen, als dies bei kreisförmiger Querschnittsform
des Anschlussbereichs der Fall ist.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung weist die Hohlwelle sowie die Ausnehmung des Anschlussbauteils
jedoch jeweils einen im Wesentlichen polygonalen Querschnitt auf.
Hierdurch wird ein besonders inniger Formschluss zwischen Hohlwelle
und Anschlussbauteil erreicht, und es lassen sich besonders hohe
Drehmomente übertragen.
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Vorzugsweise
besitzt dabei die polygonale Außenquerschnittsform
der Hohlwelle bzw. die hierzu formkorrespondierende Innenquerschnittsform
der Ausnehmung des Anschlussbauteils eine stets endliche Krümmung. Dies
bedeutet mit anderen Worten, dass die Außenquerschnittsform der Hohlwelle
und die Innenquerschnittsform des Anschlussbauteils keine scharfen
Kanten aufweist, sondern dass die Kanten der polygonalen Querschnittsform
vielmehr gerundet ausgeführt
sind. Auf diese Weise wird die im Bereich der Polygonkanten im Material
auftretende Kerbwirkung reduziert und das langfristig schadfrei übertragbare
Drehmoment erhöht.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist die Querschnittsform von Hohlwelle und Anschlussbauteil
im Anschlussbereich als Gleichdick ausgebildet. Das sog. Gleichdick
stellt eine geschlossene Linie dar, die in jeder Lage innerhalb
eines passenden Quadrates – wie
auch ein dem Quadrat einbeschriebener Kreis – stets alle vier Seiten des
Quadrats berührt.
Das Gleichdick als Querschnittsform von Hohlwelle und Anschlussbauteil
im Anschlussbereich stellt einen besonders effektiven Kompromiss
zwischen dem Polygon mit optimalem Formschluss, aber hoher Kerbwirkung
einerseits, und dem kreisförmigem
Querschnitt, ohne Formschluss sowie ohne Kerbwirkung, andererseits
dar.
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Die
Erfindung lässt
sich dabei zunächst
einmal unabhängig
von der konkreten Gestalt und Querschnittsform des Pressstopfens
verwirklichen, solange insbesondere ein Kollabieren der dünnwandigen Hohlwelle
aufgrund der eingeleiteten Momente mittels des Nach-Außen-Pressens
der Wandung der Hohlwelle durch den Pressstopfen verhindert wird. So
ist beispielsweise auch für
den Fall einer im Wesentlichen polygonalen Querschnittsform von
Hohlwelle und Ausnehmung des Anschlussbauteils im Anschlussbereich
die Verwendung eines Pressstopfens mit im Wesentlichen kreisförmigem Querschnitt denkbar,
da auch dieser die Wandung zumindest bereichsweise stützen und
an die Innenoberfläche
der Ausnehmung des Anschlussbauteils pressen kann.
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Vorzugsweise
ist jedoch der äußere Querschnitt
des Pressstopfens formkorrespondierend zur Innenquerschnittsform
der Hohlwelle im Verbindungsbereich mit dem Anschlussbauteil ausgebildet. Auf
diese Weise findet die Pressung zwischen Pressstopfen und Hohlwelle
am gesamten Umfang der Hohlwelle statt, und es ergibt sich eine
effektive und sichere Übertragung
hoher Drehmomente.
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Nach
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung sind der Pressstopfen und die Ausnehmung des Anschlussbauteils
im Verbindungsbereich von Hohlwelle und Anschlussbauteil in wellenaxialer
Richtung leicht konisch zulaufend ausgebildet. Auf diese Weise ergeben
sich beim Einpressen des Pressstopfens noch höhere Flächenpressungen zwischen Pressstopfen,
Hohlwelle und Ausnehmung des Anschlussbauteils. Damit lassen sich höhere Drehmomente
sicher übertragen,
und zudem ergibt sich eine höhere
Abreißfestigkeit
des Anschlussbauteils in Axialrichtung, da der Pressstopfen das
zuvor prismatische Ende der Hohlwelle beim Einpressen auftreibt
und dabei an die sich konisch verjüngende Innenkontur des Anschlussbauteils
presst.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist vorgesehen, dass der Pressstopfen hohl ist, oder
eine Ausnehmung in der Axialrichtung aufweist. Dies führt einerseits
zu einer Gewichtsersparnis beim Pressstopfen und erlaubt andererseits
eine Verbesserung des Kraftlinienverlaufs im Bereich insbesondere
des im Montagezustand inneren axialen Endes des Pressstopfens, aufgrund
der dann geringeren Wanddickensprünge an der Stelle des Eintritts
der Hohlwelle in die Pressverbindung.
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Die
Erfindung lässt
sich zunächst
einmal unabhängig
von der konkreten Materialwahl bezüglich des Pressstopfens verwirklichen.
Gemäß bevorzugter
Ausführungsformen
ist der Pressstopfen jedoch aus einem Eisenwerkstoff (beispielsweise
Stahl) bzw. aus einem Nicht-Eisen-Werkstoff (beispielsweise Aluminium)
gefertigt. Ein Pressstopfen aus Stahl lässt sich kostengünstig herstellen,
bietet gleichzeitig eine hohe Festigkeit und erlaubt die Erzeugung
hoher Flächenpressungen.
Ein Pressstopfen aus Aluminium ist insbesondere vorteilhaft bezüglich seines geringen
Gewichts sowie bezüglich
der hohen Duktilität
von Aluminium. Letzteres trägt
ebenfalls zur Verringerung der schädlichen Kantenpressung und
der damit verbundenen unerwünschten
Kerbwirkung bei, die ansonsten insbesondere im Bereich des Eintritts der
Hohlwelle in die Pressverbindung auftreten kann.
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Nach
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
weist der Pressstopfen an zumindest einem seiner axialen Enden eine
Anspitzung bzw. eine umlaufende Fase auf. Ein so gestalteter Pressstopfen
lässt sich
leichter einführen
und montieren, ferner wird das Verkanten sowie eine etwaige Spanbildung im
Bereich der Innenoberfläche
der Hohlwelle beim Einpressen des Pressstopfens in die Öffnung der Hohlwelle
verhindert.
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Eine
weitere Ausführungsform
der Erfindung sieht vor, dass die von der Kreisgestalt abweichende Querschnittsform
der Hohlwelle im Wesentlichen lediglich im Verbindungsbereich der
Hohlwelle mit dem Anschlussbauteil vorhanden ist. Mit anderen Worten bedeutet
dies, dass die Hohlwelle außerhalb
der Verbindungsbereiche mit den Anschlussbauteilen eine gegenüber den
Verbindungsbereichen unterschiedliche Querschnittsform – insbesondere
einen kreisförmigen
Querschnitt – aufweist.
Hierdurch lassen sich Kasten bei der Herstellung der Hohlwelle einsparen, da
die Hohlwelle gemäß dieser
Ausführungsform
lediglich an ihren beiden Enden die von der Kreisform abweichende
Querschnittsform erhält.
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Die
Erfindung wird unabhängig
vom konkreten Einsatzzweck der Anschlussverbindung verwirklicht,
da die erfindungsgemäße Anschlussverbindung bei
den verschiedensten Arten von Wellen-Naben-Verbindungen zum Einsatz
kommen kann. Gemäß besonders
bevorzugter Ausführungsformen
der Erfindung ist jedoch die Hohlwelle eine Drehstabfeder oder ein
Querstabilisator, insbesondere ein Wankstabilisator für ein Führerhaus
eines Lastkraftwagens, bzw. ein Wankstabilisator einer Nutzfahrzeug-Achsanbindung.
Dabei stellt das Anschlussbauteil vorzugsweise einen Lenker zur
Führung
des Führerhauses
im Fall von vertikalen Relativbewegungen zwischen Führerhaus
und Chassis, bzw. einen Lenker zur Führung einer Fahrzeugachse dar.
Letztere Ausführungsform
führt zu
dem zusätzlichen
Vorteil, dass ein Wankstabilisator einer Nutzfahrzeug-Achsanbindung auf
diese Weise, insbesondere auch bei schweren Nutzfahrzeugen, zusätzlich auch anspruchsvolle
Lenker- bzw. Radführungsaufgaben übernehmen
kann, wodurch andernfalls erforderliche Baugruppen, entsprechender
Bauraum und Masse sowie Kosten eingespart werden können.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand lediglich Ausführungsbeispielen
darstellender Zeichnungen näher
erläutert.
Es zeigt:
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1 in
isometrischer Darstellung einen Wankstabilisator für eine Fahrerkabine
mit einer Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Anschlussverbindung;
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2 in
schematischer Darstellung eine Anschlussverbindung des Wankstabilisators
gemäß 1 im
Längsschnitt
durch Hohlwelle und Elastomerlager;
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3 den
Pressstopfen der Anschlussverbindung des Wankstabilisators gemäß 1 und 2 im
Halbschnitt;
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4 den
Pressstopfen gemäß 3 in
der Draufsicht;
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5 den
Pressstopfen gemäß 3 und 4 in
isometrischer Ansicht;
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6 in
isometrischer Darstellung einen Wankstabilisator für eine Achsanbindung
mit einer weiteren Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Anschlussverbindung;
und
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7 in
einer 6 entsprechenden, vergrößerten Darstellung und den
Verbindungsbereich des Momentenhebels des Wankstabilisators gemäß 6 mit
Anschlussverbindung.
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In 1 ist
ein Wankstabilisator für
die (nicht dargestellte) Fahrerkabine eines Lastkraftwagens dargestellt.
Man erkennt die als Torsionselement wirkende Hohlwelle 1,
auf deren beiden Enden jeweils ein Momentenhebel 2 angeordnet
ist. Jeder der beiden Momentenhebel 2 trägt zwei
mit Elastomerlagern versehene Lagerstellen 3 und 4,
wobei die wellennahe Lagerstelle 3 jeweils zur Verbindung
des Wankstabilisators mit dem Fahrerhaus und die wellenferne Lagerstelle 4 jeweils
zur Verbindung mit dem Fahrzeugchassis dient. Die Funktion der Lagerstellenpaare 3, 4 kann
unter Beibehaltung der Funktionalität des Wankstabilisators jedoch
auch umgekehrt werden, was bedeutet, dass die wellennahen Lagerstellen 3 am
Fahrerhaus, die wellenfernen Lagerstellen 4 hingegen am
Chassis angelenkt sind.
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In 1 wird
ferner erkennbar, dass die Hohlwelle 1, die in ihrem mittleren
Bereich 5 einen kreisförmigen
Querschnitt aufweist, in den Bereichen 6 ihrer Enden zu
einer im Wesentlichen mit einem Gleichdick 7 übereinstimmenden
Querschnittsform aufgeweitet ist, wobei die Querschnittsform des Gleichdicks 7 bei
dieser Ausführungsform
vom Dreieck abgeleitet ist. Die Momentenhebel 2 besitzen
jeweils eine mit dem äußeren Querschnitt 7 der
Hohlwelle 1 im Bereich 6 ihrer Enden übereinstimmende Ausnehmung,
die somit ebenfalls mit dem Querschnitt eines Gleichdicks 7 übereinstimmt.
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Zur
Montage des Wankstabilisators werden zunächst einmal die beiden Momentenhebel 2 auf
die zuvor aufgeweiteten Enden 6 der Hohlwelle 1 aufgesteckt
oder aufgepresst. Anschließend
werden die beiden endseitigen Öffnungen
der Hohlwelle 1 jeweils mit einem Pressstopfen 8 verschlossen,
dessen Außenumfang
ebenfalls einem zur Querschnittsform von Hohlwelle 1 und
Ausnehmung des Momentenhebels 2 übereinstimmenden Gleichdick 7 entspricht.
Die Abmaße
des Außenumfangs
des Pressstopfens 8 sind dabei so gewählt, dass sich eine Presspassung
zwischen der Ausnehmung des Momentenhebels 2, der darin
angeordneten Wandung der Hohlwelle 1 und dem in der Hohlwelle 1 angeordneten
Pressstopfen 8 einstellt.
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2 zeigt
einen der beiden Verbindungsbereiche zwischen Hohlwelle 1 und
Momentenhebel 2 im Längsschnitt
durch Hohlwelle 1 und wellennahes Elastomerlager 3.
Man erkennt das Ende der Hohlwelle 1 mit dem darin angeordneten
Pressstopfen 8. Der Pressstopfen 8 drückt die
Wandung der Hohlwelle 1 gegen die Innenoberfläche der
Ausnehmung im Momentenhebel 2. Auf diese Weise lassen sich
zwischen Momentenhebel 2 und Hohlwelle 1 Drehmomente
sicher übertragen,
die die ohne Pressstopfen 8 übertragbaren Drehmomente um
Größenordnungen überschreiten.
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Ein
zusätzlicher
Vorteil des erfindungsgemäßen Einsatzes
des Pressstopfens 8 liegt darin, dass das Innere der Hohlwelle 1 auf
diese Weise gegenüber
der Umgebung vollständig
abgeschlossen ist. Hierdurch wird Korrosion im Inneren der Hohlwelle 1 sicher
unterbunden, und es erübrigt
sich damit auch die Notwendigkeit zur Aufbringung von Korrosionsschutz
auf der Innenoberfläche
der Hohlwelle 1, wodurch wiederum Kosten eingespart werden.
Aufgrund der lokalen Verstärkung
der Hohlwelle 1 durch den eingepressten Stopfen 8 werden
zudem die aufgrund der ebenfalls auf die Hohlwelle 1 einwirkenden Biegemomente
auftretenden maximalen Biegespannungen in die weniger stark belasteten
mittleren Bereiche 5 der Hohlwelle 1 verlagert.
Auch hierdurch lässt
sich die Versagenssicherheit der erfindungsgemäßen Anschlussverbindung weiter
verbessern.
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Die 3 und 4 zeigen
den Pressstopfen 8 der Anschlussverbindung gemäß 1 und 2 nochmals
im Halbschnitt bzw. in der Draufsicht. Man erkennt, dass der Pressstopfen 8 eine zentrale
Ausnehmung 9 aufweist. Durch den auf diese Weise hohl ausgeführten Pressstopfen 8 wird
einerseits der Kraftlinienverlauf im Bereich der Anschlussverbindung
verbessert, es werden die dort auftretenden Steifigkeitssprünge verringert,
und es wird ferner auch Gewicht eingespart.
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5 zeigt
den Pressstopfen der Anschlussverbindung gemäß 1 und 2 nochmals
in der isometrischen Darstellung. Man erkennt neben der Ausnehmung 9 insbesondere
die Anspitzung bzw. Fase 10, die der Pressstopfen 8 auf
seiner der Mitte der Hohlwelle 1 zugewandten Stirnseite
trägt.
Dank der Fase 10 lässt
sich der Pressstopfen 8 leichter einführen, und zudem wird eine Beschädigung oder
ein Abschälen
von Material an der Innenoberfläche
der Hohlwelle 1 vermieden.
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6 und 7 zeigen
einen weiteren Wankstabilisator für eine Achsanbindung. Auch
bei diesem Wankstabilisator sind die Momentenhebel 2 wieder
mittels als Gleichdick ausgeformter Enden der ansonsten zylindrischen
Hohlwelle 1 mit entsprechenden, formkorrespondierenden
Ausnehmungen in den hier beispielsweise als Schweißkonstruktion ausgebildeten
Momentenhebeln 2 verbunden. Für die Konstruktionsweise der
Momentenhebel sind auch andere Ausführungsformen, wie beispielsweise tiefgezogene
oder gegossene Momentenhebel denkbar. Bei dem Wankstabilisator gemäß 6 und 7 ist
zudem die wellennahe, beispielsweise achsfeste Lagerung 3 unmittelbar
auf der Hohlwelle 1 angeordnet, während die wellenferne, beispielsweise
mit der Chassisanbindung verbindbare Lagerung 4 nach wie
vor am Ende der Momentenhebel 2 angeordnet ist.
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Insbesondere
aus der vergrößerten Darstellung
der 7 geht dabei nochmals deutlich hervor, dass die
für sich
genommen empfindliche, dünne Wandung
der Hohlwelle (hier zur Verdeutlichung punktiert dargestellt) vollständig formschlüssig zwischen
dem Material der Ausnehmung des Momentenhebels 2 und dem
Material des Pressstopfens 8 eingeschlossen ist. Auf diese
Weise ergibt sich eine sichere Momentenübertragung trotz der mit vergleichsweise
großen
Krümmungsradien
als Gleichdick 7 ausgeführten
Querschnittsform von Ausnehmung, Hohlwellenende und Pressstopfen 8,
wobei diese Querschnittsform damit auch zu einem besonders gleichmäßigen Kraftfluss
beiträgt.
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Im
Ergebnis wird somit deutlich, dass dank der Erfindung eine Verbindung
zum drehmomentübertragenden
Anschluss zwischen Hohlwellen und Anschlussbauteilen geschaffen
wird, die eine Übertragung
vergleichsweise hoher Drehmomente über die gesamte Lebensdauer
der Anordnung sicherstellt. Die erfindungsgemäße Anschlussverbindung erlaubt
insbesondere die Verwendung dünnwandiger und
damit gewichtssparender Hohlwellen. Schließlich lässt die erfindungsgemäße Anschlussverbindung
Kostenreduktionen in Produktion und Montage wie auch eine Verringerung
des Wartungsbedarfs im Betrieb erwarten.
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Die
Erfindung leistet damit einen Beitrag zur Verbesserung der Technologie
der Wellen-Naben-Verbindungen, besonders im Bereich der vorgesehenen
Anwendung bei Wankstabilisatoren, für Achsanbindungen und bei der
Lagerung der Fahrerhäuser
von Nutzfahrzeugen.
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- 1
- Hohlwelle
- 2
- Anschlussbauteil,
Momentenhebel
- 3,
4
- Lagerstelle
- 5
- Mittlerer
Bereich der Hohlwelle
- 6
- Endbereich
der Hohlwelle
- 7
- Gleichdick,
polygonale Querschnittsform
- 8
- Pressstopfen
- 9
- Ausnehmung
- 10
- Fase