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Die Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung von zwei Bauteilen unter Vermittlung einer Schraubverbindung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Allgemein ist es aus dem Maschinenbau bereits bekannt, Schwingen oder dergleichen an korrespondierenden Lagerverbindungen unter Vermittlung einer jeweiligen Schraubverbindung zu lagern. Ein Anwendungsbereich hierfür ist beispielsweise die Lagerung einer Schwinge eines Stabilisators einer Fahrerhauslagerung an einer korrespondierenden rahmenseitigen Lagerkonsole.
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Üblicherweise wird dabei eine Schraubverbindung bestehend aus einer Schraube und einem Schraubelement in Form einer Mutter verwendet, welche zwischen zwei voneinander beabstandeten Schenkeln des einen Bauteils – der Lagerkonsole – unter Erzeugung einer Vorspannkraft verschraubt sind. An einem mittleren Bereich der Schraubverbindung ist dabei üblicherweise das weitere Bauteil in Form der Schwinge, welches zwischen den Schenkeln der Lagerkonsole verspannt ist bzw. geklemmt ist, abgestützt.
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Ein Problem bei bisherigen Lagerkonsolen besteht dabei darin, dass über die Schwinge relativ hohe Kräfte, insbesondere Scherkräfte, in die Schraubverbindung eingeleitet werden. Wird eine entsprechend groß dimensionierte Schraubverbindung eingesetzt, deren zulässige Scherkraft oberhalb deren tatsächlich möglichen Scherkraftbeaufschlagung liegt, ergibt sich eine Vorspannkraft der Schraubverbindung, welche einerseits für die Lagerkonsole oder andererseits für das weitere Bauteil – im vorliegenden Fall die Schwinge – zu hoch sein kann. Diesen Zielkonflikt gilt es zu lösen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Verbindungsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, mittels welcher die Schraubverbindung auf verbesserte Weise an die bauteilspezifischen Gegebenheiten angepasst werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Verbindungsanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Patentansprüchen angegeben.
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Damit die Schraubverbindung der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung auf verbesserte Weise an die bauteilspezifischen Gegebenheiten der beiden zu verbindenden Bauteile angepasst werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Schraubelement als Schraubhülsenelement ausgebildet ist, welches die Schraube außenumfangsseitig umgibt und an beiden Schenkeln des anderen Bauteils, insbesondere der Lagerkonsole, abgestützt ist. Das Schraubhülsenelement dient somit auf besonders vorteilhafte Weise zur Abstützung des weiteren Bauteils – beispielsweise der Schwinge eines Stabilisators einer Fahrerhauslagerung eines Lastkraftwagens – an den Schenkeln des ersten Bauteils – beispielsweise an einen entsprechenden Lagerkonsole der Fahrerhauslagerung. Durch die Abstützung des Schraubhülsenelements an den beiden Schenkeln des einen Bauteils – insbesondere der Lagerkonsole der Fahrerhauslagerung – ist es somit möglich, erhebliche Scherkräfte aufzunehmen. Somit kann die Schraube der Schraubverbindung geringer dimensioniert werden, sodass deren Vorspannkraft, welche zum klemmenden Festlegen des zweiten Bauteils, insbesondere der Schwinge, notwendig ist, geringer ist und somit auf das weitere Bauteil – insbesondere die Schwinge – keine übermäßige Vorspannkraft aufgebracht wird. Die erfindungsgemäße Schraubverbindung ermöglicht es somit, den Zielkonflikt zu lösen, nämlich dass einerseits durch die im Querschnitt geringer dimensionierbare Schraube eine verhältnismäßig moderate Vorspannkraft erzeugt wird, und andererseits durch das sich an den Schenkeln des einen Bauteils – insbesondere der Lagerkonsole – abstützenden Schraubhülsenelement demgegenüber weitaus größere, in Querrichtung der Schraubverbindung wirkende Scherkräfte aufgenommen werden können. Durch geeignete Auslegung der Schraubverbindung ist diese somit auf besonders vorteilhafte Weise an bauteilspezifische Erfordernisse, wie diese beispielsweise bei der Lagerung einer Schwinge eines Stabilisators einer Fahrerhauslagerung eines Lastkraftwagens an einer korrespondierenden Lagerkonsole auftreten, anpassbar.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es dabei vorteilhaft, wenn die beiden Schenkel des einen Bauteils jeweilige Durchgangsöffnungen aufweisen, welche im Querschnitt an denjenigen des Schraubhülsenlelements angepasst sind. Hierdurch ergibt sich eine besonders gute Abstützung des Schraubhülsenelements an den Schenkeln des einen Bauteils, insbesondere der Lagerkonsole, zur Aufnahme erheblicher Querkräfte bzw. Scherkräfte.
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Eine Ausführungsform der Erfindung sieht dabei vor, dass das Schraubhülsenelement einteilig ausgebildet ist. Diese Schraubverbindung ist besonders kostengünstig und einfach herstellbar.
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Eine andere Ausführungsform sieht hingegen vor, dass das Schraubhülsenelement mehrteilig, insbesondere zweiteilig ausgebildet ist. Ein derartiges Schraubhülsenelement hat den Vorteil, dass dieses bei beengten Montageverhältnissen besonders einfach ein- und ausbaubar ist.
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Dabei hat es sich in diesem Zusammenhang als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn die beiden jeweiligen Teile des Schraubhülsenelements über eine Steckführung miteinander verbunden sind. Hierdurch wird einerseits eine besonders günstige und einfache Verbindung der beiden Teile des Schraubhülsenelements ermöglicht und andererseits insgesamt ein Schraubhülsenelement geschaffen, welches auch hohe Schwerkräfte bzw. Scherkräfte aufnehmen kann.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von zwei bevorzugten Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in:
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1 eine ausschnittsweise Perspektivansicht auf einen vorderen Bereich eines Fahrzeugrahmens eines Lastkraftwagens mit einem Unterfahrschutz und mit einem Stabilisator einer Fahrerhauslagerung, welcher über eine jeweilige Schwinge an einer korrespondierenden Lagerkonsole gelagert ist, die ihrerseits am Fahrzeugrahmen befestigt ist, wobei die jeweilige Schwinge des Stabilisators der Fahrerhauslagerung unter Vermittlung einer korrespondierenden Schraubverbindung der zugehörigen Lagerkonsole gelagert ist;
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2 eine ausschnittsweise und vergrößerte perspektivische Explosionsdarstellung auf die Verbindungsanordnung der Lagerkonsole mit der zugehörigen Schwinge des Stabilisators der Fahrerhauslagerung unter Vermittlung einer zugehörigen Schraubverbindung, welche eine Schraube und ein zweiteiliges Schraubelement in Form eines Schraubhülsenelements umfasst;
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3 eine schematische Schnittansicht durch die Verbindungsanordnung der Schwinge des Stabilisators der Fahrerhauslagerung an der korrespondierenden Lagerkonsole unter Vermittlung einer Schraubverbindung, die eine Schraube und ein einstückiges Schraubelement umfasst; und in
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4 eine weitere schematische Schnittansicht durch die Verbindungsanordnung analog zu 3, wobei im Unterschied zu der Ausführungsform gemäß 3 vorliegend ein Schraubelement analog zur Ausführungsform gemäß 2 vorgesehen ist, welches ein zweiteiliges Schraubhülsenelement umfasst.
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In 1 ist in einer ausschnittsweisen Perspektivansicht der vordere Bereich eines Fahrzeugrahmens 10 mit jeweiligen Rahmenlängsträgern 12 und einem Unterfahrschutz 14 dargestellt. Von einer Fahrerhauslagerung 16 ist im Wesentlichen ein Stabilisator 18 erkennbar, welcher über jeweilige Schwingen 20 an jeweils korrespondierenden Lagerkonsolen 22, die oberseitig bzw. vorderseitig des jeweiligen Rahmenlängsträgers 12 angeordnet sind, gelagert sind. Über jeweilige Feder- und Dämpferelemente 24 ist der Stabilisator 18 zusätzlich nach unten hin federnd auf beiden Seiten abgestützt.
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In 2 ist in einer ausschnittsweisen und vergrößerten perspektivischen Explosionsdarstellung eine der Verbindungsanordnungen der jeweiligen Schwinge 20 mit der korrespondierenden Lagerkonsole 22 unter Vermittlung einer Schraubverbindung 26 erkennbar. Zunächst ist dabei aus 2 erkennbar, dass die Lagerkonsole 22 zwei in einem Abstand zueinander verlaufende Schenkel 28, 30 umfasst, zwischen welchen ein Lagerauge 32 der Schwinge 20 auf im Weiteren noch näher beschriebene Weise anordenbar ist.
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Die 3 und 4 zeigen hierzu in einer jeweiligen schematischen Schnittansicht die Verbindungsanordnung der beiden Bauteile – der entsprechenden Lagerkonsole 22 und der zugehörigen Schwinge 20 – unter Vermittlung der entsprechenden Schraubverbindung 26, wobei die Schraubverbindung in 4 im Wesentlichen derjenigen gemäß 2 entspricht und diejenige in 3 eine alternative Gestaltung zeigt. Aus den 3 und 4 ist dabei zunächst erkennbar, dass das Lagerauge 32 der Schwinge 20 zwischen den beiden Schenkeln 28, 30 mittels der Schraubverbindung 26 geklemmt ist.
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Die Schraubverbindung 26 umfasst hierzu eine Schraube 34 und ein Schraubelement in Form eines Schraubhülsenelements 36, mittels welchem eine entsprechende Vorspannkraft erzeugbar ist. An dieser Stelle sei vorab angemerkt, dass das Schraubhülsenelement 36 gemäß 3 einteilig und gemäß 4 zweiteilig – mit den Teilen 38 und 40 – ausgebildet ist.
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Das Schraubhülsenelement 36, welches die Schraube 34 außenumfangsseitig umgibt, umfasst an ihrem dem Schraubenkopf 42 der Schraube 34 abgewendeten Ende ein Innengewinde 44, welches mit einem Außengewinde 46 der Schraube 34 zusammenwirkt. Auf Seiten des Schraubenkopfs 42 ist bei der Ausführungsform gemäß 3 zudem eine Unterlegscheibe 48 vorgesehen.
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Durch gegenseitiges Anziehen der Schraube 34 und des Schraubhülsenelements 36, die zwischen den voneinander beabstandeten Schenkeln 28, 30 der beiden Bauteile 20, 22 verschraubt sind, ist somit eine Vorspannkraft erzeugbar, durch welche das Lagerauge 32 zwischen den beiden Schenkeln 28, 30 geklemmt wird. Weiterhin ist aus den 3 und 4 erkennbar, dass hierzu die Schenkel 28, 30 jeweilige Durchgangsöffnungen 50, 52 umfassen, welche im Querschnitt an denjenigen des Schraubhülsenelements 36 angepasst sind.
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Die Schwinge 28 ist über einen mittleren Bereich 54 des Schraubhülsenelements 36 der Schraubverbindung 26 an den beiden Schenkeln 28, 30 gelagert bzw. abgestützt.
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Der Vorteil dieser Anordnung liegt nun darin, dass infolge des vergrößerten Querschnitts des Schraubhülsenelements 36 die Schraubverbindung 26 besonders hohe Querkräfte bzw. Scherkräfte aufnehmen kann und zwar weitaus höhere, als dies durch die Schraube 34 der Fall wäre. Auf der anderen Seite kann wiederum aufgrund der reduzierten Dimensionierung der Schraube 34 eine Vorspannkraft der Schraubverbindung 26 erzeugt werden, mittels welcher eine sichere Klemmung der Schwinge 20 erreicht wird, ohne dass diese durch die Vorspannkraft übermäßig beaufschlagt wird. Somit ist eine Schraubverbindung 26 geschaffen, welche eine verhältnismäßig geringe Vorspannkraft aufweist und demgegenüber geeignet ist, relativ hohe, in Querrichtung der Schraubverbindung 26 verlaufende Querkräfte aufzunehmen. Diese Aufnahme der Querkräfte wird dabei nicht nur mit dem gegenüber der Schraube 34 vergrößerten Querschnitt des Schraubhülsenelements 36 erreicht, sondern auch durch die Tatsache, dass das Schraubhülsenelement 36 an den Durchgangsöffnungen 50, 52 der jeweiligen Schenkel 28, 30 abgestützt ist. Von der Schwinge 20 in die Schraubverbindung 26 eingeleitete, in Querrichtung wirkende Querkräfte werden somit über das Schraubhülsenelement 36 aufgenommen, ohne dass die geringer dimensionierte Schraube 34 übermäßig belastet wird.
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Im Unterschied zur Ausführungsform gemäß 3 ist das Schraubhülsenelement 36 gemäß 4 – wie bereits erläutert – durch die beiden Teile 38, 40 gebildet. An beiden Teilen 38, 40 ist jeweils außenseitig ein Kragen 56, 58 vorgesehen, welcher sich am korrespondierenden Schenkel 28 bzw. 30 abstützt. Die beiden Teile 38, 40 sind dabei über eine Steckführung 60 miteinander verbunden, d. h. die beiden Teile 38, 40 sind in Axialrichtung der Schraubverbindung 26 gegeneinander verschiebbar ineinander gesteckt. Diese Ausführungsform hat insbesondere Vorteile, wenn an die Verbindungsanordnung ein Bauteil 62, beispielsweise ein Motorbauteil des Lastkraftwagens, angrenzt, welches äußerst schwer ausbaubar ist. Hierbei ergibt sich nämlich bei der Ausführungsform gemäß 3 die Schwierigkeit, dass das dortige Schraubhülsenelement 36, welches einteilig ausgebildet ist, bei einem Wechsel der Schwinge 20 nicht aus beiden Durchgangsöffnungen 50, 52 herausgezogen werden kann, ohne dass dieses an das Bauteil 62 anstößt.
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Aus diesem Grund ist bei der Ausführungsform gemäß 4 die zweiteilige Ausgestaltung des Schraubhülsenelements 36 gewählt, da somit nach einem Lösen der Schraubverbindung das dortige stummelartige Teil 38, welches das Innengewinde 44 umfasst, entsprechend herausgezogen werden kann. Hierzu ist lediglich ein Bauteil 64, welches zwischen dem Bauteil 62 und dem Teil 38 angeordnet ist, zu entfernen. Da es sich bei diesem Bauteil 64 jedoch um ein leicht entfernbares Bauteil – beispielsweise um eine Geräuschkapselung des Motors des Lastkraftwagens – handelt, ist dies ohne weiteres unproblematisch. Somit muss gegebenenfalls lediglich das Bauteil 64 entfernt werden, damit das Teil 38 des Schraubhülsenelements 36 entnommen werden kann. Die Länge des gewindetragenden Teils 38 ist dabei im Verhältnis zum gewindelosen Teil 40 daraufhin abstimmbar, in welcher Position die Bauteile 62 bzw. 64 zur Lagerkonsole 22 bzw. zum korrespondierenden Schenkel 28 platziert sind.
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Insgesamt ist somit eine Verbindungsanordnung geschaffen, welche den Zielkonflikt löst, dass einerseits eine durch die Schwinge 20 verursachte, gegebenenfalls relativ hohe Querkraft bzw. Scherkraft aufgenommen werden soll, wobei andererseits die Vorspannkraft der Schraubverbindung 26 nicht übermäßig hoch ausgelegt sein soll, um insbesondere das Lagerauge 32 der Schwinge 20 nicht übermäßig zu beaufschlagen. Aus diesem Grund ist vorliegend das Schraubhülsenelement 36 vorgesehen, welches in die beiden Schenkel 28, 30 hineinragt, bzw. an diesen abgestützt ist. Dies ermöglicht – in Kombination mit dem vergrößerten Querschnitt des Schraubhülsenelements 36 – die Aufnahme hoher Scherkräfte, wobei durch die demgegenüber geringere Dimensionierung der Schraube 34 gewährleistet ist, dass keine übermäßigen Vorspannkräfte entstehen. Somit kann vorwiegend erreicht werden, dass Scherkräfte, welche an und für sich im vorliegenden Fall eine Schraube einer bestimmten Größe erfordern würden, durch eine Schraubverbindung 26 aufgenommen werden können, deren Schraube 34 demgegenüber eine deutlich geringere Größe bzw. einen geringeren Durchmesser aufweist. Die Kombination von Schraube 34 und Schraubhülsenelement 36 besitzt beispielhaft ungefähr mehr als den doppelten Scherquerschnitt als die Schraube 34 alleine. Dies ergibt nicht nur die beschriebenen Vorteile, sondern auch eine Gewichtseinsparung am Lager. Es ist beispielsweise denkbar, dass das Lagerinnenteil aus einer Aluminiumlegierung hergestellt sein kann und nicht zwingendermaßen aus einer Stahllegierung bestehen muss. Ein weiterer Kostenvorteil kann dabei durch den Entfall einer Korrosionsbehandlung und mechanischen Bearbeitung am Lagerauge 32 bzw. Lagerkernteil erfolgen. Ein weiterer Vorteil ist es, dass die Montagekräfte beispielsweise zum Anziehen der Schraubverbindung 26 wesentlich kleiner sein können, wobei sich durch die Schraubverbindung 26 zusätzlich eine einfachere und schnellere Montage bzw. Demontage am Band und im Servicefall realisieren lässt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Fahrzeugrahmen
- 12
- Rahmenlängsträger
- 14
- Unterfahrschutz
- 16
- Fahrerhauslagerung
- 18
- Stabilisator
- 20
- Schwingen
- 22
- Lagerkonsole
- 24
- Feder- und Dämpfelemente
- 26
- Schraubverbindung
- 28
- Schenkel
- 30
- Schenkel
- 32
- Lagerauge
- 34
- Schraube
- 36
- Schraubhülsenelement
- 38
- Teil
- 40
- Teil
- 42
- Schraubenkopf
- 44
- Innengewinde
- 46
- Außengewinde
- 48
- Unterlegscheibe
- 50
- Durchgangsöffnung
- 52
- Durchgangsöffnung
- 54
- mittlerer Bereich
- 56
- Kragen
- 58
- Kragen
- 60
- Steckführung
- 62
- Bauteil
- 64
- Bauteil
