DE102013004950A1

DE102013004950A1 - Lastübertragungsbauteil

Info

Publication number: DE102013004950A1
Application number: DE102013004950.4A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Schindler; Guido Fessel; Timo Winter
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2013-03-22
Filing date: 2013-03-22
Publication date: 2014-09-25

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lastübertragungsbauteil mit einem in Faserverbundbauweise hergestellten Strukturteil (10) und einem metallischen Lasteinleitungsteil (1), wobei das Lasteinleitungsteil (1) einen Verbindungsabschnitt zur Verbindung mit dem Strukturteil (10) und einen Lagerabschnitt (2) aufweist, wobei der Verbindungsabschnitt (3) eine Kontaktfläche aufweist, die wenigstens teilweise an einer Gegen-Kontaktfläche des Strukturteils (10) anliegt, wobei eine Vielzahl von länglichen Verbindungselementen im Bereich der Kontaktfläche von dem Verbindungsabschnitt (3) hervorstehen und im Bereich der Gegen-Kontaktfläche in das Strukturteil (10) eindringen. Bei einer Lastschwelle, die unterhalb einer Bruchlast sowohl des Strukturteils (10) als auch des Lasteinleitungsteils (1) liegt, tritt eine mit einer Relativbewegung zwischen dem Strukturteil (10) und dem Lasteinleitungsteil (1) einhergehende Beschädigung der Verbindungselemente ein, wobei wenigstens eine Anschlagflächenpaarung wenigstens einer Anschlagfläche und wenigstens einer Gegen-Anschlagfläche vorgesehen ist, welche ausgebildet ist, um im Falle der Beschädigung der Verbindungselemente miteinander in Eingriff zu kommen, um ein vollständiges Trennen des Strukturteils (10) und des Lasteinleitungsteils (1) voneinander zu verhindern. Hierdurch bleibt eine Resttragfähigkeit des Lastübertragungsbauteils erhalten, während die Beschädigung der Verbindungselemente durch ein verändertes mechanisches Verhalten angezeigt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lastübertragungsbauteil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Frühere Lastübertragungsbauteile im Kraftfahrzeugbereich wie etwa Spurstangen, Achslenker oder dergleichen waren oft aus Metall hergestellt und wiesen ein hohes Eigengewicht auf. Mit dem verstärkten Einsatz von Kunststoffen wurden auch derartige Bauteile als Faserverbundbauteile hergestellt, wobei jedoch die Festigkeit im Bereich der Lasteinleitung, also der Lageraufnahme, problematisch war.
Aus der DE 103 08 331 A1 ist eine hybride Spurstange zur Verwendung in mechanischen Systemen, insbesondere zur Anwendung bei Kraftfahrzeugen, bekannt, wobei die Spurstange einen Stab aus Verbundwerkstoff und ein metallisches Anschluss-Stück aufweist, wobei das Anschluss-Stück aus einem Rohr mit einem inneren Durchmesser zur Befestigung des Stabs auf der einen Seite und einem Auge, das durch Quetschen des Rohres und Ausbilden einer Öffnung quer zur Rohrachse in der durch das Quetschen ausgebildeten flachen Oberfläche ausgebildet ist, auf der anderen Seite hergestellt ist. Der Stab wurde in den inneren Durchmesser geklebt oder geschraubt, wodurch die hybride Spurstange fertiggestellt ist. Bei dieser hybriden Spurstange kann die Verbindung zwischen dem Stab und dem Anschluss-Stück zu Problemen führen. Im Falle der Verklebung ist oft, und insbesondere unter erhöhten thermischen und chemischen Belastungen, eine Dauerfestigkeit nicht gegeben, und das Versagen der Verklebung führt unmittelbar zum Auseinanderfallen der Teile ohne Vorwarnung. Ein Gewinde ist in Kunststoffen schwer herzustellen, und die Tragfähigkeit einer Verbindung mit einer Gewindepaarung aus Kunststoff und Metall ist gering.
Eine Anordnung zum Verbinden eines länglichen Elements mit einer weiteren Komponente unter Kraft- und Formschluss ist aus der WO 2009/003207 bekannt. Zur Verbindung wird ein im Wesentlichen hohlzylindrisches Krafteinleitungselement mit einem Innengewinde zur Verbindung mit der weiteren Komponente verwendet, wobei das Krafteinleitungselement einen wesentlich größeren Außendurchmesser als das längliche Element aufweist und auf seiner Außenfläche eine Mehrzahl von Vorsprüngen ausgebildet sind. Zur Anpassung der Außendurchmesser wird ein konisches Aufweitungselement verwendet, das zwischen dem Krafteinleitungselement und dem länglichen Element angeordnet ist und dessen Spitze sich in die Stirnseite des länglichen Elements bohrt. Die Verbindung wird durch ein Ummantelungselement hergestellt, welches das Krafteinleitungselement und das längliche Element im Bereich von dessen Umfangsaufweitung ummantelt. Das Ummantelungselement besteht im Wesentlichen aus einem Faserverbundmaterial, dessen Verstärkungsfaseranordnung im Flecht- und/oder Wickelverfahren hergestellt wird, wobei die Kraftübertragung zwischen dem Krafteinleitungselement und dem Ummantelungselement durch die Vorsprünge, in die sich das Geflecht und/oder die Wickelstruktur des Ummantelungselements verzahnen kann, erfolgt. Bei einer solchen Verbindungsanordnung geht das Versagen der Verbindung üblicherweise mit einem Ausreißen der Pins aus der Matrix, verbunden mit einem Bersten der Matrix einher, und das Ummantelungselement wird von dem Krafteinleitungselement getrennt. Das Versagen tritt schlagartig, d, h. ohne Vorwarnung, und ohne Resttragfähigkeit ein. Zur Verbindung eines länglichen Elements mit der weiteren Komponente ist eine Vielzahl von Einzelbauteilen (Kraftübertragungselement, Aufweitungselement, Ummantelungselement) erforderlich, und der zeitliche Aufwand und die Anforderungen bei der Herstellung sind bereits bei der Ausrichtung der Bauteile zueinander beträchtlich. Zudem muss der durch das Aufweitungselement unter Spannung stehende Ausrichtungszustand der Elemente zueinander während der Herstellung des Ummantelungselements zuverlässig aufrechterhalten werden.
Eine Rohrverbindung zur Verbindung von Hybridrohren aus einer Faserverbundhülle mit einer dünnen metallischen Auskleidung in hydraulischen Hochdrucksystemen ist aus der US 5,330,236 A bekannt. Der Rohrverbinder weist eine metallische Hülse mit einer Vielzahl von Bohrungen, durch welche eine entsprechende Vielzahl von Pins in die Faserverbundhülle des Rohres getrieben ist, auf. Von einer metallischen Manschette mittels eines Hinterschnitts mitgenommen, ist die Hülse mittels einer Überwurfmutter, welche ihrerseits die Manschette mitnimmt, zum Rohrende hin verspannbar. Die auf eine solche Verbindung wirkenden axialen (Auszugs-)Kräfte sind im Wesentlichen konstant und bleiben bei Beachtung der Anzugsvorschriften im Auslegungsbereich. Im Betrieb wird das hydraulische System im Wesentlichen durch den Hydraulikdruck belastet, wobei die Axialkräfte allenfalls um den Anzugsbereich herum schwanken. Ein Versagen der Verbindung betrifft im Wesentlichen die Dichtflächen. Eine Überlastung der Pin-Verzahnung mit der Faserverbundhülle ist nicht zu erwarten. Da das Bauteil nicht primär der Lastübertragung dient, ist der Versagensfall aufgrund äußerer Kräfte bei dieser Rohrverbindung nicht das Hauptauslegungskriterium. Sollte aufgrund mechanischer Einwirkung dennoch eine Überlastung auftreten, wird auch hier die Verbindung schlicht ausreißen, sodass der Schaden unmittelbar und ohne Restfestigkeit eintritt.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Lastübertragungsbauteil, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, zu schaffen, welches die Nachteile des Standes der Technik wenigstens teilweise vermeidet. Insbesondere besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein hybrides Lastübertragungsbauteil aus einem in Faserverbundbauweise hergestellten Strukturteil und einem metallischen Lasteinleitungsteil zu schaffen, welches eine Überlastung der Verbindung anzeigt, aber eine Resttragfähigkeit aufrechterhält. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein hybrides Lastübertragungsbauteil aus einem in Faserverbundbauweise hergestellten Strukturteil und einem metallischen Lasteinleitungsteil mit reduzierten Anforderungen an den Herstellungsaufwand zu schaffen.
Die vorstehend genannte Aufgabe wird wenigstens in Teilaspekten gelöst durch ein erfindungsgemäßes Lastübertragungsbauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit einem Gesichtspunkt der Erfindung und dessen Ausführungsformen und Weiterbildungen beschrieben sind, auch im Zusammenhang mit jedem anderen Gesichtspunkt der Erfindung und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.
Nach einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Lastübertragungsbauteil mit einem in Faserverbundbauweise hergestellten Strukturteil und einem metallischen Lasteinleitungsteil vorgeschlagen, wobei das Lasteinleitungsteil einen Verbindungsabschnitt zur Verbindung mit dem Strukturteil und einen Lagerabschnitt aufweist, wobei der Verbindungsabschnitt eine Kontaktfläche aufweist, die wenigstens teilweise an einer Gegen-Kontaktfläche des Strukturteils anliegt, wobei eine Vielzahl von länglichen Verbindungselementen im Bereich der Kontaktfläche von dem Verbindungsabschnitt hervorstehen und im Bereich der Gegen-Kontaktfläche in das Strukturteil eindringen. Erfindungsgemäß ist das Lasteinleitungsteil so ausgebildet, dass bei einer Lastschwelle, die unterhalb einer Bruchlast sowohl des Strukturteils als auch des Lasteinleitungsteils liegt, eine mit einer Relativbewegung zwischen dem Strukturteil und dem Lasteinleitungsteil einhergehende Beschädigung der Verbindungselemente eintritt, wobei wenigstens eine Anschlagflächenpaarung wenigstens einer Anschlagfläche und wenigstens einer Gegen-Anschlagfläche vorgesehen ist, welche ausgebildet sind, um im Falle der Beschädigung der Verbindungselemente miteinander in Eingriff zu kommen, um ein vollständiges Trennen des Strukturteils und des Lasteinleitungsteils voneinander zu verhindern.
Mit anderen Worten, das Lastübertragungsbauteil ist so ausgebildet, dass das Strukturteil, das Lasteinleitungsteil und die Verbindungselemente derart zusammenwirken, dass bei einer Lastschwelle, die unterhalb einer Bruchlast sowohl des Strukturteils als auch des Lasteinleitungsteils liegt, eine Beschädigung der Verbindungselemente eintritt, wobei wenigstens eine Anschlagflächenpaarung aus Anschlagfläche und Gegen-Anschlagflächen vorgesehen ist, welche ausgebildet ist bzw. sind, um eine mit der Beschädigung der Verbindungselemente einhergehende Relativbewegung des Lasteinleitungsteils und des Strukturteils zu begrenzen, sodass ein vollständiges Trennen des Strukturteils und des Lasteinleitungsteils voneinander verhindert werden kann. Durch die Anschlagsfläche und Gegen-Anschlagfläche, die im Schadensfall ein vollständiges Trennen des Strukturteils und des Lasteinleitungsteils voneinander verhindern, bleibt eine Resttragfähigkeit der Verbindung zwischen dem Strukturteil und dem Lasteinleitungsteil erhalten. Durch die Beschädigung der Verbindungselemente und die damit einhergehende Relativbewegung zwischen dem Strukturteil und dem Lasteinleitungsteil wird sich das Lastübertragungsverhalten verändern, wodurch der Schaden dem Benutzer angezeigt und ihm die Möglichkeit des Eingreifens gegeben wird. So kann ein weitergehender Schaden (insbesondere ein Unfall bei einem Fahrzeug, einer Maschine oder sonstigen sicherheitsrelevanten Anwendung) bei richtigem Eingreifen oder durch automatische Notfallmaßnahmen verhindert werden. Dadurch kann die Sicherheit einer Anwendung verbessert werden und eine Art Fail-Safe-Auslegung verwirklicht werden. Es ist anzumerken, dass ein Hervorstehen im Sinne der Erfindung sowohl den Fall einer Integration im Sinne einer Einteiligkeit der Verbindungselemente mit dem Verbindungsabschnitt bzw. dem Lasteinleitungsteil als auch den Fall, dass die Verbindungselemente separat in dem Verbindungsabschnitt eingesetzt sind, umfasst, wie nachstehend auch in bevorzugten Ausführungsformen unterschieden wird. Unter einer länglichen Ausbildung der Verbindungselemente ist zu verstehen, dass ihre Ausdehnung in einer als Hauptausdehnungsrichtung bzw. Längsrichtung zu verstehenden Richtung deutlich größer als ihre Ausdehnung in anderen Raumrichtungen ist, wobei die Hauptausdehnungsrichtung auch als die Richtung des Hervorstehens zu verstehen ist. Die länglichen Verbindungselemente können daher auch als Pins, Stifte, Drähte, Nadeln, Stäbe oder dergleichen ausgebildet sein bzw. bezeichnet werden. Unter einem Lastübertragungsbauteil ist im Sinne der Erfindung ein Bauteil zu verstehen, welches zur Übertragung einer Last zwischen Lager- oder Gelenkpunkten ausgebildet ist. Im engeren Sinn kann unter einem Lastübertragungsbauteil auch ein Gelenkstab verstanden werden, der zur Übertragung einer axialen Last ausgebildet ist. Datei ist als ein Strukturteil ein Teil zu verstehen, das einen Raum bzw. Abstand zwischen den Lager- oder Gelenkpunkten im Wesentlichen überspannt, und ist als ein Lasteinleitungsteil ein Teil zu verstehen, welches zur Aufnahme einer Last von dem Lager- oder Gelenkpunkt und Einleitung in das Strukturteil ausgebildet ist. Wenn das Lasteinleitungsteil auch einen Lagerabschnitt, etwa eine Lagerschale, einen Lagerbolzen oder eine Lageraufnahme zur Aufnahme eines separaten Lagers, aufweist, kann eine besonders kompakte Bauform mit wenigen Bauteilen verwirklicht werden. In anderen Ausführungsvarianten kann das Lasteinleitungsteil anstelle einer Lageraufnahme ein Kopplungsstück aufweisen zur Ankoppelung einer separat hergestellten und bereitgehaltenen Lageraufnahme, beispielsweise einen Flansch oder einen Außengewindefortsatz oder ein Innengewinde zum Auf- oder Einschrauben beispielsweise einer separaten Lageraufnahme oder eines separaten Lagerteils. Definitionsgemäß sind das Strukturteil und das Lasteinleitungsteil separate Teile, die miteinander verbunden sind. Genauer gesagt, ist eine feste, im Auslegungszustand unbewegliche Verbindung derart vorgesehen, dass Strukturteil und das Lasteinleitungsteil als. mechanische Einheit wirken. Es versteht sich, dass für mehrere Lagerpunkte bzw. Lasteinleitungsenden des Strukturteils jeweils ein Lasteinleitungsteil vorgesehen sein kann. Durch die länglichen Verbindungselemente, die von dem metallischen Verbindungsteil und in die Matrix des Faserverbund-Strukturteils eindringen, wird ein fester Verbund mit hervorragender Tragfähigkeit gegenüber Axial- und Torsionskräften hergestellt. Ein Verbindungsabschnitt ist im Sinne der Erfindung ein Abschnitt des Lasteinleitungsteils, an welchem der Verbund mit dem Strukturteil verwirklicht ist, und ein Lagerabschnitt ein Abschnitt, an welchem äußere Kräfte aufgenommen werden.
Je nach der Art der Beschädigung der Verbindungselemente kann sich ein Spiel zwischen dem Strukturteil und dem Lasteinleitungsteil in einer Lastübertragungsrichtung des Lastübertragungsbauteils innerhalb definierter Grenzlagen einstellen. Mit einem Spiel ist dabei eine vergleichsweise freie Beweglichkeit gemeint bzw., dass der Verbund zwischen dem Strukturteil und dem Lasteinleitungsteil einer Last beträchtlich weniger Widerstand entgegenbringt als ohne Beschädigung der Verbindungselemente. Durch die Anschlagfläche wird ein vollständiges Lösen der Verbindung zwar verhindert, jedoch ist das Spiel ein sehr deutliches Anzeichen an den Benutzer, das dieser zum Einleiten von Gegenmaßnahmen bzw. zum Unterbrechen des Einsatzes des Lastübertragungsbauteils nutzen kann.
Es ist auch eine Auslegung dahin möglich, dass sich aufgrund der Beschädigung der Verbindungselemente eine zunächst bleibende Veränderung einer relativen Lage zwischen dem Strukturteil und dem Lasteinleitungsteil in Richtung der Last einstellt, d. h., dass die Lageveränderung erhalten bleibt, solange nach Eintritt der Beschädigung eine Last in einer anderen, insbesondere entgegengesetzter Richtung bezüglich derjenigen Last, welche die Beschädigung verursacht hat, wenigstens unterhalb der Lastschwelle bleibt. Mit anderen Worten, bei Beschädigung der Verbindungselemente werden sich das Strukturteil und das Lasteinleitungsteil in Richtung der Last gegeneinander verschieben, was die mechanischen Eigenschaften der Lastübertragung verändert und dem Benutzer ebenfalls ein deutliches Anzeichen für eine Beschädigung gibt. Gleichzeitig kann die Verbindung jedenfalls unterhalb der Lastschwelle noch eine stabile Tragfähigkeit ohne Spiel aufweisen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Lastübertragungsbauteil derart ausgebildet, dass

– der Verbindungsabschnitt des Lasteinleitungsteils eine im Wesentlichen zylindrische, vorzugsweise hohlzylindrische, mit einer Längsachse des Strukturteils koaxial verlaufende Form aufweist, deren Außenoberfläche die Kontaktfläche aufweist;
– das Strukturteil eine längliche, vorzugsweise wenigstens im Wesentlichen zylindrische Form aufweist, wobei wenigstens ein dem Verbindungsabschnitt zugewandtes Ende des Strukturteils wenigstens im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgebildet ist und die Gegen-Kontaktfläche aufweist; und
– die Kontaktfläche wenigstens in einem Verbindungsbereich, in welchem die Verbindungselemente vorgesehen sind, von der Gegen-Kontaktfläche des Strukturteils umfasst wird.

Mit anderen Worten, es liegen zwei zylindrische Bauteilabschnitte des Strukturteils und des Lasteinleitungsteils vor, welche die Kontaktfläche und die Gegen-Kontaktfläche aufweisen, wobei die Kontaktfläche von der Gegen-Kontaktfläche umfasst, d. h., insbesondere koaxial umfasst wird. In dieser Bauform ist die Herstellung der Verbindung besonders einfach, da die Verbindungselemente außen liegen können und durch bekannte Verfahren vorteilhaft ausgebildet werden können.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Lastübertragungsbauteil derart ausgebildet, dass die Beschädigung ein Verbiegen der Verbindungselemente umfasst, wobei die durch das Verbiegen der Verbindungselemente sich einstellende Relativbewegung zwischen dem Lasteinleitungsteil und dem Strukturteil durch den Eingriff zwischen der Anschlagfläche und der Gegenanschlagfläche begrenzt wird. Mit anderen Worten, die Gesamtheit der Verbindungselemente weist einen Biegewiderstand auf, der geringer ist als ein Ausreißwiderstand der Verbindungselemente aus dem Strukturteil oder ein Bruchwiderstand des Strukturteils oder des Lasteinleitungsteils selbst. Der Biegewiderstand der Verbindungselemente kann dabei durch die Form, die Dicke, das Material oder das Vorsehen von Sollbruchstellen genau eingestellt bzw. an das Faserverbundmaterial angepasst werden. Bei einem bestimmten Biegungsmaß greifen dann die Anschlagfläche(n) und Gegen-Anschlagfläche(n) ein, um eine weitere Biegung (und damit einhergehende Relativbewegung zwischen dem Strukturteil und dem Lasteinleitungsteil) zu begrenzen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Lastübertragungsbauteil derart ausgebildet, dass die Verbindungselemente eine die Gegen-Kontaktfläche aufweisende Wand des Strukturteils vollständig durchdringen, auf einer der Gegen-Kontaktfläche gegenüberliegenden Oberfläche des Strukturteils überstehen und dort jeweils eine erste Verdickung aufweisen, wobei die der Gegen-Kontaktfläche gegenüberliegende Oberfläche der Wand des Strukturteils eine der wenigstens einen Anschlagfläche bildet und jeweilige zu dem Strukturteil hin weisende Flächen der ersten Verdickungen der Verbindungselemente jeweils eine der wenigstens einen Gegen-Anschlagfläche bilden, um eine der wenigstens einen Anschlagflächenpaarung zu bilden. Bei dieser Ausführungsform können die Verbindungselemente verbiegen, wobei die durch die Anschlagfläche des Strukturteils und die Gegen-Anschlagflächen der Verbindungselemente gebildete Anschlagflächenpaarung ein vollständiges Lösen der Verbindung vorerst verhindern. Es ist dabei von Vorteil, wenn die Anschlagflächen und Gegen-Anschlagflächen im Nominalzustand einen gewissen Abstand voneinander aufweisen. Wenn dann die Verbindungselemente verbiegen, können sie zunächst durch die Wand des Strukturteils rutschen, bis sich die Anschlagflächen und Gegen-Anschlagflächen berühren. Dadurch wird die erforderliche Bewegungsfreiheit für eine Relativbewegung zwischen dem Strukturteil und dem Lasteinleitungsteil bereitgestellt.
In einer bevorzugten Weiterbildung ist das Lastübertragungsbauteil derart ausgebildet, dass eine die Kontaktfläche aufweisende Wand des Verbindungsabschnitts Bohrungen aufweist, welche die Verbindungselemente aufnehmen, wobei die Verbindungselemente die Wand des Verbindungsabschnitts vollständig durchdringen und auf einer der Kontaktfläche gegenüberliegenden Oberfläche des Verbindungsabschnitts überstehen und dort jeweils eine zweite Verdickung aufweisen, wobei die der Kontaktfläche gegenüberliegende Oberfläche des Verbindungsabschnitts eine der wenigstens einen Anschlagfläche bildet und jeweilige zu dem Verbindungsabschnitt hin weisende Flächen der jeweiligen zweiten Verdickungen jeweils eine der wenigstens einen Gegen-Anschlagfläche bilden, um eine weitere der wenigstens einen Anschlagflächenpaarung zu bilden. Mit anderen Worten, die Verbindungselemente liegen als eigenständige Bauteile vor, die durch Öffnungen bzw. Bohrungen in der Wand des Verbindungsabschnitts des Lasteinleitungsteils eingesetzt sind und auch auf der Seite des Verbindungsabschnitts, die der Kontaktfläche gegenüberliegt, überstehen, wobei die durch die Anschlagfläche des Verbindungsabschnitts und die Gegen-Anschlagflächen der Verbindungselemente gebildete Anschlagflächenpaarung ein vollständiges Lösen der Verbindung ebenfalls verhindert. Auch in dieser Weiterbildung ist es zweckmäßig, wenn die Anschlagflächen und Gegen-Anschlagflächen im Nominalzustand einen gewissen Abstand voneinander aufweisen. Dabei kann es vorteilhaft sein, wenn eine Passung zwischen den Bohrungen und den Verbindungselementen so ausgelegt ist, dass eine Kraft, die zur Überwindung eines Reibschlusses zwischen den Verbindungselementen und jeweiligen Wandungen der Bohrungen erforderlich ist, geringer ist als eine Kraft, die zur Überwindung einer Haltekraft der wenigstens einen Anschlagflächenpaarung ausreicht. Mit anderen Worten, der Anschlagwiderstand der Anschlagflächenpaarungen ist immer größer als ein Auszugswiderstand der Verbindungselemente in den Bohrungen. Dadurch kann ein stückweises Herausziehen der Verbindungselemente aus den Bohrungen und somit ein stückweises Nachgeben der Verbindung mit den damit verbundenen Relativbewegungen zwischen dem Strukturteil und dem Lasteinleitungsteil ermöglicht werden, während die Anschlagflächenpaarung auch auf der Seite des in Faserverbundbauweise hergestellten Lastübertragungsbauteils zuverlässig hält. Es können die Anschlagflächenpaarungen auf der Seite des Strukturteils und auf der Seite des Lasteinleitungsteils im Nominalzustand einen Abstand aufweisen; es kann aber auch ausreichen, wenn nur auf einer Seite ein Abstand vorgesehen ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Lastübertragungsbauteil derart ausgebildet, dass die Bohrungen auf der Seite der Kontaktfläche ausgebildete Abrundungen aufweisen. Durch die Ausbildung der Abrundungen kann die Kerbwirkung herabgesetzt und ein Verbiegen der Verbindungselemente gegenüber einem Abscheren bevorzugt werden. Die Verbindungselemente können über die Abrundungen biegen und behalten ihre Tragfähigkeit, wobei die Beschädigung in Form der Verbiegung eine Verschiebung des Lasteinleitungsteils und des Strukturteils relativ zueinander bewirkt und die Überlastung anzeigt.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Lastübertragungsbauteil derart ausgebildet, dass die Verbindungselemente mit dem Verbindungsabschnitt des Lasteinleitungsteils fest verbunden oder einstückig mit dem Verbindungsabschnitt des Lasteinleitungsteils ausgebildet sind. Eine feste Verbindung ist dabei als eine Verbindung von zuvor voneinander getrennt vorliegenden Bauteilen zu verstehen, wobei die Verbindung beispielsweise, aber nicht nur, durch Anschweißen, Einschrauben, Einpressen, ggf. kryogenes Einpressen (Herstellen mit Übermaaß, Schrumpfen durch Unterkühlen, Einsetzen in entsprechende Ausnehmungen und Erwärmenlassen mit damit einhergehender Ausdehnung, wodurch ein fester Sitz in den Ausnehmungen erzielt wird) oder dergleichen erfolgen kann. Eine einstückige Ausbildung kann beispielsweise, aber nicht nur, durch mechanische Bearbeitung, elektrochemische Mikrobearbeitung, Laserschneiden, selektives Sintern, Laser-Auftragsschweißen oder dergleichen erfolgen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Lastübertragungsbauteil derart ausgebildet, dass die Beschädigung ein Abscheren der Verbindungselemente umfasst. Mit anderen Worten, die Gesamtheit der Verbindungselemente weist einen Abscherwiderstand auf, der geringer ist als ein Ausreißwiderstand der Verbindungselemente aus dem Strukturteil oder ein Bruchwiderstand des Strukturteils oder des Lasteinleitungsteils selbst. Der Abscherwiderstand der Verbindungselemente kann dabei durch die Form, die Dicke, das Material oder das Vorsehen von Sollbruchstellen genau eingestellt bzw. an das Faserverbundmaterial angepasst werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Lastübertragungsbauteil derart ausgebildet, dass der Verbindungsabschnitt einen ersten Absatz aufweist, wobei die Kontaktfläche in einem Bereich des Verbindungsabschnitts zwischen dem ersten Absatz und dem Lagerabschnitt ausgebildet ist, wobei das Strukturteil einen zweiten Absatz aufweist, wobei der zweite Absatz die Gegen-Kontaktfläche aufweist, wobei eine zu dem Lagerabschnitt weisende Hinterschnittfläche des ersten Absatzes eine Anschlagfläche bildet und eine zu der Hinterschnittfläche des ersten Absatzes hin weisende Hinterschnittfläche des zweiten Absatzes eine Gegen-Anschlagfläche bildet, um eine der wenigstens einen Anschlagflächenpaarung zu bilden. Mit anderen Worten, jeweilige Hinterschnittflächen (erste und zweite Fläche) des ersten und zweiten Absatzes bilden eine axiale Anschlagflächenpaarung, welche eine axiale Relativbewegung zwischen dem Strukturteil und dem Lasteinleitungsteil begrenzt. Dabei weist vorzugsweise der erste Absatz des Verbindungsabschnitts nach außen und weist der zweite Absatz des Strukturteils nach innen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Lastübertragungsbauteil derart ausgebildet, dass in einem Übergangsbereich zwischen dem Lagerabschnitt und dem Verbindungsabschnitt eine Fläche ausgebildet ist, die mit einer Stirnfläche des Strukturteils eine weitere Anschlagflächenpaarung bildet. Damit kann bei einem Versagen der Verbindungselemente ein definierter Anschlag auch in Druckrichtung hergestellt werden, sodass ein axiales Spiel zwischen dem Strukturteil und dem Lasteinleitungsteil zwischen zwei definierten Grenzlagen ermöglicht wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Lastübertragungsbauteil zur Verwendung an einem Fahrzeug, insbesondere als Spurstange oder Achslenker oder dergleichen, ausgebildet.
Weitere Merkmale, Aufgaben und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen.
In den Zeichnungen zeigt:
1 eine schematische Darstellung einer Lageraufnahme in einem ersten Ausführungsbeispiel;
2 eine schematische Darstellung eines Wellenendes mit der Lageraufnahme von 1 in einem Verbindungszustand;
3 eine schematische Darstellung der Anordnung von 2 im Längsschnitt;
4 eine schematische Darstellung des Wellenendes mit Lageraufnahme von 3 in einem Zustand einer Überbeanspruchung auf Druck im Längsschnitt;
5 eine schematische Darstellung des Wellenendes mit Lageraufnahme von 3 in einem Zustand einer Überbeanspruchung auf Zug im Längsschnitt;
6 eine schematische Darstellung einer Lageraufnahme und einer Welle in einem zweiten Ausführungsbeispiel;
7 eine schematische Querschnittsansicht eines Zapfens der Lageraufnahme von 6 entlang einer Ebene VII;
8 eine schematische Darstellung einer Verbindung der Welle und der Lageraufnahme von 6 im Längsschnitt;
9 eine schematische Darstellung der Verbindung von 8 in einem Zustand einer Überbeanspruchung auf Druck; und
10 eine schematische Darstellung der Verbindung von 8 in einem Zustand einer Überbeanspruchung auf Zug.
Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben. Dabei sind gleiche oder ähnliche Bauteile in mehreren Figuren jeweils mit den gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen. Bauelemente und Merkmale, Zwecke und Wirkungen, die in Bezug auf ein Ausführungsbeispiel beschrieben werden, sind, soweit nicht ausdrücklich oder ersichtlich ausgeschlossen, als in jedem anderen Ausführungsbeispiel anwendbar anzunehmen und sollen auch in Bezug auf das jeweils andere Ausführungsbeispiel als offenbart gelten, auch wenn sie dort nicht ausdrücklich gezeigt und/oder beschrieben werden. Es versteht sich ferner, dass die Zeichnungen als schematisch zu verstehen sind und ihnen keine Einschränkungen im Hinblick auf konkrete Abmessungen oder Größenverhältnisse entnommen werden sollen, es sei denn, dies wäre ausdrücklich so beschrieben oder beansprucht.
Zunächst wird ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 1 bis 5 beschrieben werden. Dabei ist 1 eine schematische Darstellung einer Lageraufnahme 1 in diesem Ausführungsbeispiel, ist 2 eine schematische Darstellung eines Wellenendes einer Welle 10 mit der Lageraufnahme 1 in einem Verbindungszustand, ist 3 eine schematische Darstellung der Anordnung gemäß 2 im Längsschnitt, ist 4 eine schematische Darstellung des Wellenendes mit Lageraufnahme 1 in einem Zustand einer Überbeanspruchung auf Druck im Längsschnitt, und ist 5 eine schematische Darstellung des Wellenendes mit Lageraufnahme 1 in einem Zustand einer Überbeanspruchung auf Zug im Längsschnitt.
Gemäß der Darstellung in 1 weist eine Lageraufnahme 1 eine Lagerschale 2 und einen Zapfen 3 auf. Die Lagerschale 2 weist eine zylindrische Innenfläche auf, und der Zapfen 3, der eine zylindrische Außenfläche aufweist, ragt im rechten Winkel seitlich von der Lagerschale 2 ab.
An einer Außenfläche 3a des Zapfens 3 sind innerhalb eines definierten Verbindungsbereichs 3b mehrere Stifte bzw. Pins 4 in einer regelmäßigen Anordnung über den Umfang im rechten Winkel von der Oberfläche abragend angeschweißt.
Der Zapfen 3 geht mit einem Ansatz 5, der einen größeren Außendurchmesser als der Zapfen 3 aufweist und in Richtung des Zapfens 3 eine Stirnfläche 6 ausbildet, in die Lagerschale 2 über.
An seinem freien Ende verdickt sich der Zapfen 3 zu einem äußeren Absatz 7. Der äußere Absatz 7 bildet in Richtung der Lagerschale 2 eine Hinterschnittfläche 8, die in etwa parallel zu der Stirnfläche 6 verläuft, und eine Außenfläche 9 aus.
Ohne Beschränkung der Allgemeinheit ist die Lageraufnahme 1 aus Aluminium oder einer Legierung davon hergestellt. Zwischen der Anordnung der Pins 4 (Verbindungsbereich 3b) und der Stirnfläche 6 ist ein Abstand Y definiert, und ein Abstand zwischen der Anordnung der Pins 4 (Verbindungsbereich 3b) und der Hinterschnittfläche 8 ist gleich dem Abstand Y. Der Verbindungsbereich 3b ist zwischen einer jeweiligen äußersten Ausdehnung der Anordnung der Pins 4 in Längsrichtung des Zapfens 3 auf der Seite der Stirnfläche 6 bzw. der Hinterschnittfläche 8 definiert.
2 zeigt die Lageraufnahme 1 zusammen mit einem Ende einer Welle 10, und 3 zeigt die gleiche Anordnung in einem Längsschnitt.
Wie im Folgenden noch näher zu erläutern sein wird, ist die Welle 10 ein faserverstärktes Kunststoffteil, das auf den Zapfen 3 derart laminiert ist, dass die Pins 4 (vgl. 1) in die Matrix der Welle 10 ragen. Dabei ist auf der Seite des äußeren Absatzes 7 ein Schaumring 12 zwischen dem Zapfen 3 und der Welle 10 eingelegt, wie in 3 ersichtlich ist. Zwischen einer Stirnfläche 13 der Welle 10 und der Stirnfläche 6 des Ansatzes 5 der Lageraufnahme 1 ist ein Abstand X als Freistand X zwischen dem Wellenende und dem Ansatz 5 definiert.
Wie in 3 genauer verdeutlicht, weist die Welle 10 eine Innenfläche 14 auf, deren Durchmesser in etwa dem Außendurchmesser des äußeren Absatzes 7 der Lageraufnahme 1 entspricht und somit auf der Außenfläche 9 des äußeren Absatzes 7 aufliegt. Ferner ragt die Welle 10 mit ihrem Wellenkopf in Richtung des Ansatzes 5 über den äußeren Absatz 7 hinaus und weist im Bereich des Zapfens 3, insbesondere in dem Verbindungsbereich 3b, d. h., dort, wo die Pins 4 nach außen ragen, und ein wenig darüber hinaus eine radial einwärts gerichtete Verdickung bzw. einen inneren Absatz 15 auf. Der innere Absatz 15 weist eine Innenfläche 11 auf, die so bemessen ist, dass ihr Innendurchmesser einem Außendurchmesser des Zapfens 3 entspricht, sodass er die Außenfläche 3a des Zapfens 3 der Lageraufnahme 1 dicht umfasst. Demzufolge dringen die Pins 4, die von der Außenfläche des Zapfens 3 der Lageraufnahme nach außen abragen, in die Innenfläche 11 des inneren Absatzes 15 ein und sind somit der Welle 10 verzahnt. Der innere Absatz 15 weist eine Hinterschnittfläche 16 auf, die von der Hinterschnittfläche 8 des äußeren Absatzes 7 der Lageraufnahme 1 um den gleichen Abstand X wie der Freistand X zwischen dem Wellenende (Stirnfläche 13) und dem Ansatz 5 (Stirnfläche 6) der Lageraufnahme beabstandet ist. Der oben erwähnte Schaumring 12 füllt einen Raum, der sich in radialer Richtung zwischen der Außenfläche 3a des Zapfens 3 der Lageraufnahme 1 und der Innenfläche 14 der Welle 10 sowie in Längsrichtung zwischen der Hinterschnittfläche 8 des äußeren Absatzes 7 der Lageraufnahme 1 und der Hinterschnittfläche 16 des inneren Absatzes 15 der Welle 10 erstreckt, aus.
Die Welle 10 ist ein wenigstens im Wesentlichen zylindrisches bzw. hohlzylindrisches Faserverbundteil. Es weist ohne Beschränkung der Allgemeinheit eine Matrix aus Epoxidharz und eine Füllung aus Glasfasern auf. Die Matrix kann alternativ auch aus anderen Kunstharzen wie etwa Polyesterharz, Vinylesterharz oder anderen Kunststoffen hergestellt sein, und die Füllung kann alternativ oder zusätzlich Fasern aus Kohlenstoff, Aramid, Bor, Basalt, Keramik oder sonstigen Fasern oder in einer beliebigen Mischung davon aufweisen. Der Zapfen 3 der Lageraufnahme 1 ist, wie in 3 zu sehen, aus Gründen der Gewichtsreduzierung hohl ausgeführt und, wie die Pins 4, aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellt. Alternativ bzw. als Legierungsbestandteile können auch andere Metalle wie etwa Titan, Lithium, Stahl, Messing oder andere verwendet werden.
Bei der Herstellung der Welle 10 wird zunächst die Lageraufnahme 1 mit den Pins 4 bereitgestellt, der Schaumring 12 übergestreift und an die Hinterschnittfläche 8 des äußeren Absatzes 7 angelegt und dann der Verbindungsbereich 3b, in welchem die Pins 4 angeordnet sind, mit Lagen einer Fasermatte oder einem Fasergewebe belegt, sodass die Pins 4 gut von Fasern umgriffen sind. Dabei wird darauf geachtet, dass die Fasern sich diagonal zur Umfangsrichtung zwischen den Pins 4 erstrecken und dicht an diesen anliegen, um später einen guten Kraftfluss in axialer und zirkumferenter (also Umfangs-)Richtung zwischen den Pins 4 und der Welle 10 zu ermöglichen, ohne die Matrix der Welle 10 auszuleiern. Zur Ausbildung des stirnseitigen Freistandes X kann ein weiterer Schaumring oder ein anderes verlorenes Bauteil von in etwa gleicher Länge wie der Schaumring 12 an der Stirnfläche 6 des Ansatzes 5 angelegt werden. Sodann werden die aufgelegten Fasermatten mit einem Matrixstoff getränkt, um den inneren Absatz 15 zu formen und zusammen mit dem weiteren Verlauf der Welle 10 durch an sich bekannte Verfahren wie etwa Pultrusion oder dergleichen in Faserverbundbauweise auszuformen und auszuhärten.
In einem alternativen Herstellungsverfahren kann zunächst die Welle 10 einschließlich des inneren Absatzes 15 fertig hergestellt werden. Sodann wird wenigstens der innere Absatz 15 erwärmt, aufgedehnt und über den äußeren Absatz 7 hinweg auf dem Zapfen 3 der Lageraufnahme 1 so positioniert, dass der innere Absatz 15 sich im Bereich der Pins 4 befindet. Danach wird der innere Absatz 15 auf die Pins 4 gepresst, die dadurch in die Matrix des inneren Absatzes 15 eindringen. Schließlich wird die Welle 10 abkühlen gelassen. Die vorstehend genannten Prozesse können auch vor einem Aushärten der Welle 10, wenigstens vor einem Aushärten des Wellenendes mit dem inneren Absatz 15, durchgeführt werden, oder nach dem Aushärten, je nach den Eigenschaften der Matrix- und Faserstoffe der Welle 10. Vor dem Positionieren der Welle 10 kann ein Klebstoff auf den Zapfen 3 und die Pins 4 aufgebracht werden, um den Verbund zwischen der Lageraufnahme 1 und der Welle 10 zu verstärken.
4 zeigt einen Zustand des Wellenendes mit Lageraufnahme 1 bei Beanspruchung mit einer Drucklast, die größer als eine Bruchlast der Pins 4 ist. D. h., unter der angenommenen Belastung sind die Pins 4 (in 4 nicht näher dargestellt) abgeschert, und die Lageraufnahme 1 hat sich in Richtung der Welle 10 verschoben, bis die Schulterfläche 13 der Welle 10 auf die Stirnfläche 6 des Ansatzes 5 der Lageraufnahme 1 getroffen ist, um dort einen Anschlag bzw. eine Anlage 17 zu bilden. Der ursprüngliche Abstand X zwischen der Hinterschnittfläche 8 des äußeren Absatzes 7 der Lageraufnahme 1 und der Hinterschnittfläche 16 des inneren Absatzes 15 der Welle 10 hat sich um einen Wert ☐, der gleich dem Freistand X ist, auf 2X vergrößert.
5 zeigt einen Zustand des Wellenendes mit Lageraufnahme 1 bei Beanspruchung auf Zug, die auf die in 4 gezeigte Überbelastung folgt. Wie in 5 gezeigt, wird nun die Lageraufnahme 1 aus der Welle 10 herausgezogen. Allerdings bildet die Hinterschnittfläche 8 des äußeren Absatzes 7 der Lageraufnahme 1 einen Anschlag für die Hinterschnittfläche 16 des inneren Absatzes 15 der Welle 10, sodass die Lageraufnahme 1 nicht völlig aus der Welle 10 herausgezogen werden kann. Vielmehr wird der Abstand zwischen der Stirnfläche 13 der Welle 10 und der Stirnfläche 6 des Ansatzes 5 der Lageraufnahme 1 nicht größer als 2X. Der Schaumring 12 wird dabei zusammengedrückt. Bei Wechsellast „schlackert” die Lageraufnahme 1 zwar um +/–☐ hin und her; die Verbindung wird aber nicht vollständig gelöst, sondern behält eine Resttragfähigkeit.
Das Gleiche wie in 4 und 5 geschieht sinngemäß in umgekehrter Reihenfolge, wenn zuerst eine übermäßige Zuglast, welche die Pins zum Abscheren bringt, auf die Verbindungsstelle aufgebracht wird und diese dann auf Druck beansprucht wird. Auch in diesem Fall wird die Lageraufnahme 1 durch das Zusammenwirken der Hinterschnittflächen 8, 16 des äußeren Absatzes 7 und des inneren Absatzes 15 aufgefangen und kann nicht völlig aus der Welle 1 herausgezogen werden, sondern es verbleibt ein Spiel von +/–☐.
Das heißt, bei einer definierten Überlast werden zuerst die Pins 4 abscheren, wobei gleichzeitig oder zuvor auch eine durch den Laminierungsvorgang ausgebildete oder zusätzlich vorgesehene Verklebung zwischen dem inneren Absatz 15 und dem Zapfen 3 abschert, und eine Relativbewegung zwischen der Lageraufnahme 1 und der Welle 10 in Längsrichtung wird durch eine Anlage der Stirnfläche 13 der Welle 10 und der Stirnfläche 6 des Ansatzes 5 der Lageraufnahme 1 in Druckrichtung bzw. durch eine Anlage der Hinterschnittfläche 8 des äußeren Absatzes 7 der Lageraufnahme 1 an der Hinterschnittfläche 16 des inneren Absatzes 15 der Welle 10 in Zugrichtung aufgefangen und begrenzt. Durch dieses Spiel und der sich daraus ergebenden Geräuschentwicklung bei gleichzeitigem Aufrechterhalten der Führung wird der Versagenszustand angezeigt. Ferner bleibt eine Resttragfähigkeit erhalten.
Mit anderen Worten, die Verbindung zwischen der Lageraufnahme 1 und der Welle 10 ist so ausgelegt, dass ab einer geforderten Zug- oder Drucküberlast das Bauteil eine Beschädigung anzeigt, aber noch eine gewisse Resttragfähigkeit besitzt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Matrixwerkstoff des Verbundes und die Pins 4 von der Lageraufnahme 1 abgeschert. Die Welle 10 kann sich nun frei zwischen den linken und rechten Anschlagflächen (Stirnfläche 6, Hinterschnittfläche 8) bewegen, ohne dass die Verbindung zwischen den Bauteilen verloren geht.
Die Erfindung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wurde in Form eines Achslenkers für ein Fahrzeug ausgeführt, wobei die Welle 10 mit einem Außendurchmesser von 35 mm und einem Innendurchmesser vor 25,5 mm ausgeführt wurde. Bei der Lageraufnahme 1 wurde die Lagerschale 2 mit einem Innendurchmesser von 35 mm und einem Außendurchmesser von 40 mm hergestellt, wobei der Zapfen 3 einen Außendurchmesser von 20 mm bei einer Wandstärke von 1 mm aufwies. Der Abstand der Stirnfläche 6 von der Mittelachse der Lagerschale 2 betrug 25 mm, derjenige der Hinterschnittfläche 8 des äußeren Absatzes 7 von der Mittelachse der Lagerschale 2 betrug etwa 60 mm. Die Pins 4 wiesen einen Durchmesser von 1,2 mm auf und wurden mit einer Länge von 2 bis 5 mm ausgeführt. Es versteht sich, dass je nach verwendeten Materialien, Lastfall und Anzahl der Pins auch andere Abmessungen gewählt werden können, um die Wirkung der Erfindung zu verwirklichen.
Zur Unterstützung der Abscherung können die Pins 4 mit einer Sollbruchstelle, die beispielsweise, aber nicht nur, durch eine eingeschnürte Schweißstelle oder eine mechanische Einkerbung ausgebildet werden kann, versehen sein. Um eine definierte Abscherung sicherzustellen, ist die Verbindung in diesem Ausführungsbeispiel auch so ausgelegt, dass eine Abscherlast geringer ist als eine Ausreißlast, bei welcher die Pins 4 verbiegen und aus ihrem Sitz in der Matrix des inneren Absatzes 15 der Welle 10 ausreißen würden.
Ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf 6 bis 10 beschrieben werden. Dabei ist 6 eine schematische Darstellung einer Lageraufnahme 1 und einer Welle 10 in einem zweiten Ausführungsbeispiel, ist 7 eine schematische Querschnittsansicht eines Zapfens 3 der Lageraufnahme 1 entlang einer Ebene VII in 6, ist 8 eine schematische Darstellung einer Verbindung der Welle 10 und der Lageraufnahme 1 in einem Abschnitt des Zapfens 3 im Längsschnitt, ist 9 eine schematische Darstellung der Verbindung gemäß 8 in einem Zustand einer Überbeanspruchung auf Druck, und ist 10 eine schematische Darstellung der Verbindung gemäß 8 in einem Zustand einer Überbeanspruchung auf Zug.
Gemäß der Darstellung in 6 weist eine Lageraufnahme 1 eine Lagerschale 2 und einen Zapfen 3 auf. Die Lagerschale 2 weist eine zylindrische Innenfläche auf, und der Zapfen 3, der eine zylindrische Außenfläche 3a aufweist, ragt im rechten Winkel seitlich von der Lagerschale 2 ab.
Der Zapfen 3 geht mit einem Ansatz 5, der einen größeren Außendurchmesser als der Zapfen 3 aufweist und in Richtung des Zapfens 3 eine Stirnfläche 6 ausbildet, in die Lagerschale 2 über. Ohne Beschränkung der Allgemeinheit ist die Lageraufnahme 1 aus Aluminium oder einer Legierung davon hergestellt.
6 zeigt die Lageraufnahme 1 zusammen mit einem Ende einer Welle 10, in einem nicht montierten Zustand. Die Welle 10 ist ein zylindrisches Faserverbundteil. Es weist ohne Beschränkung der Allgemeinheit eine Matrix aus Epoxidharz und eine Füllung aus Glasfasern auf. Die Matrix kann alternativ auch aus anderen Kunstharzen wie etwa Polyesterharz, Vinylesterharz oder anderen Kunststoffen hergestellt sein, und die Füllung kann alternativ oder zusätzlich Fasern aus Kohlenstoff, Aramid, Bor, Basalt, Keramik oder sonstigen Fasern oder in einer beliebigen Mischung davon aufweisen. Die Welle 10 kann auch als CFRC-(mit Kohlenstoff-Fasern verstärkter Kohlenstoff)-Bauteil gefertigt sein. Der Zapfen 3 ist hohl ausgeführt und einstückig mit der Lageraufnahme 1 aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellt. Alternativ bzw. als Legierungsbestandteile können auch andere Metalle wie etwa Titan, Lithium, Stahl, Messing oder andere verwendet werden.
Über den Umfang verteilt weist der Zapfen 3 in seiner Außenfläche 3a mehrere Bohrungen auf, die in 6 nicht näher dargestellt sind und im Folgenden genauer beschrieben werden. Die Welle 10 weist eine endseitige Innenfläche 11 auf, deren Durchmesser dem Durchmesser der Außenfläche 3a des Zapfens 3 entspricht und die im Zusammenbau die Außenfläche 3a des Zapfens 3 fest umschließt. Im weiteren Verlauf der Welle 10 kann die endseitige Innenfläche 11 in eine Innenfläche mit größerem oder kleinerem Durchmesser oder in Vollmaterial oder eine Seele übergehen.
7 zeigt den Zapfen 3 der Lageraufnahme 1 im Querschnitt an einer Stelle, die in 6 durch eine strichpunktierte Linie „VII” symbolisiert ist.
Gemäß der Darstellung in 7 ist an der geschnittenen Stelle eine Bohrung 18 mit einem Durchmesser D in der hohlzylindrischen Wand des Zapfens 3 ausgebildet. Obschon in der Figur nur eine einzige Bohrung dargestellt ist, können in einem Querschnitt mehrere Bohrungen 18 über den Umfang verteilt sein. Ohne Beschränkung der Allgemeinheit bilden viele Bohrungen 18 in der Wand des Zapfens 3 eine regelmäßige Anordnung aus. Im Übergangsbereich von der Bohrung 18 zu einer Außenfläche 3a des Zapfens 3 weist die Bohrung 18 eine Abrundung 19 mit einem Radius R auf.
8 zeigt einen Abschnitt des Zapfens 3 mit aufgeschobener Welle 10 im Längsschnitt.
Zur Montage wird zunächst die Welle 10 auf den Zapfen 3 der Lageraufnahme 1 geschoben. Die Welle 10 weist eine Vielzahl von Bohrungen 20 auf, die den gleichen Durchmesser D und ein den Bohrungen 18 des Zapfens 3 entsprechendes Anordnungsmuster aufweisen. Die Welle 10 wird auf dem Zapfen 3 so positioniert, dass die Bohrungen 18, 20 jeweils fluchten. Wiederum sind in der Figur nur jeweils ein Paar von Bohrungen 18, 20 mit entferntem Pin und ein Paar von Bohrungen 18, 20, die durch einen Pin 4 besetzt sind und daher nicht vollständig sichtbar sind, im Schnitt dargestellt, während Bohrungsöffnungen, die auf der Innenseite des geschnittenen Zapfens 3 ggf. sichtbar sind, nicht gezeigt sind, um eine Überfrachtung der Darstellung zu vermeiden.
Gemäß der Darstellung in 8 erstreckt sich ein Pin 4 durch das Durchgangsloch 18 des Zapfens 3 und das Durchgangsloch 20 der Welle 10 hindurch. Der Pin 4 weist einen Schaft 21 mit einem Außendurchmesser auf, der dem Durchmesser D der Durchgangslöcher 18, 20 auf Passung entspricht. Der Pin 4 weist ferner einen inneren Bund 22 und einen äußeren Bund 23 auf. Im Montagezustand ist der innere Bund 22 innerhalb einer Innenfläche 24 des Zapfens 3 angeordnet und ist der äußere Bund 23 außerhalb einer Außenfläche 25 der Welle 10 angeordnet. Zueinander weisende Flächen 22a, 23a der Bünde 22, 23 werden auch als Auflageflächen 22a, 23a bezeichnet. Eine zwischen den Auflageflächen 22a, 23a der Bünde 22, 23 definierte Pinlänge L ist größer als die addierten Wandstärken des Zapfens 3 und der Welle 10, sodass ein deutlicher Überstand S zwischen den Bünden 22, 23 und den Flächen 24, 25 besteht. Die Anzahl der Pins 4 bestimmt unter anderem die Tragfähigkeit der Verbindung zwischen der Lageraufnahme 1 und der Welle 10, sodass die Anzahl der Pins 4 je nach Anforderung gewählt werden kann. Es versteht sich, dass die Anzahl der Pins 4 durch die Anzahl der Paarungen von Durchgangsbohrungen 18, 20 begrenzt ist.
Zur Montage der Pins 4 haben sich zwei alternative Verfahren bewährt:
In einem ersten Montageverfahren bestehen die Pins 4 aus zwei Halbstücken (nicht näher dargestellt), von denen ein erstes Halbstück ein Innengewinde aufweist und ein zweites Halbstück ein Außengewinde aufweist. Vor dem Aufschieben der Welle 10 auf den Zapfen 3 werden zunächst die ersten Pin-Halbstücke mit Innengewinde in die Durchgangslöcher 18 eingesetzt, und zwar so, dass sie über die Außenflächen 3a nicht überstehen. Nach Aufschieben und Ausrichten der Welle 10 werden die zweiten Pin-Halbstücke mit Außengewinde durch die Durchgangslöcher 20 der Welle 10 hindurchgeführt und mit den ersten Pin-Halbstücken verschraubt.
In einem zweiten Montageverfahren liegen die Pins 4 vor der Montage in der Art von Blindnieten vor und werden nach dem Aufschieben und Ausrichten der Welle 10 auf den Zapfen 3 jeweils mittels eines geeigneten Werkzeugs durch die Durchgangsbohrungen 18, 20 geführt und so festgezogen, dass sich die Bünde 22, 23 ausbilden. Zur Sicherstellung des Überstands S kann dabei ein Distanzstück verwendet werden, das nach der Montage der Pins 4 zu entfernen ist. Das Distanzstück kann Teil des Werkzeugs sein.
Nach der Montage der Welle 10 auf dem Zapfen 3 und der Montage der Pins 4 liegt ein Verbund vor, der eine sichere Lastübertragung in Längs- und Torsionsrichtung ermöglicht. Dabei kann auch in Kauf genommen werden, wenn die Pins 4 während des Betriebs in den jeweiligen Durchgangslöchern 18, 20 in axialer Richtung der Pins 4 verrutschen. Es ist aber vorzuziehen, wenn die Pins 4 einen einigermaßen festen Sitz in den Löchern 18 aufweisen, um Ausleierungseffekte zu minimieren.
9 zeigt einen Zustand der in 8 gezeigten Pin-Verbindung bei Beanspruchung mit einer Drucklast, die größer als eine Biegelast der Pins 4 ist. Bei einer definierten Überlast werden die Pins 4 über den Radius R der Abrundung 19 umgebogen und die Welle 10 entsprechend versetzt. Der Abstand S verkleinert sich, bis er verschwindet (S = 0), die Auflagefläche 22a des inneren Bundes 22 an der Innenfläche 24 des Zapfens 3 anschlägt und die Auflagefläche 23a des äußeren Bundes 23 an der Außenfläche 25 der Welle 10 anschlägt. Durch die beiden Bunde 22, 23 am Pin 4 wird die Welle 10 auf dem Zapfen 3 der Lageraufnahme 1 festgehalten, und ein vollständiges Abziehen der Welle 10 von dem Zapfen 3 kann nicht stattfinden. Es stellt sich ein Versatz der Welle 10 gegenüber der Lageraufnahme 1 um den Wert ☐ ein, der sich aus dem Überstand S und der plastischen Verformung des Pins 4 rechnerisch ergibt.
10 zeigt den umgekehrten Zustand einer Überlast auf Zug, d. h., einen Zustand der in 8 gezeigten Pin-Verbindung bei Beanspruchung mit einer Zuglast, die größer als eine Biegelast der Pins 4 ist. Analog zu dem oben beschriebenen Fall stellt sich ein Versatz der Welle 10 gegenüber der Lageraufnahme 1 um den Wert-☐ ein.
Das heißt, bei einer definierten Überlast werden sich zuerst die Pins verformen, und eine Relativbewegung zwischen der Lageraufnahme 1 und der Welle 10 in Axial- bzw. Längsrichtung wird durch eine Anlage der Auflageflächen 22a, 23a der inneren und äußeren Bünde 22, 23 der Pins 4 an der Innenfläche 24 des Zapfens 3 und der Außenfläche 25 der Welle 10 aufgefangen und begrenzt. Die Bünde halten auch einer größeren als der Biegelast noch stand. Bei Belastung in umgekehrter Richtung wirken die umgebogenen Pins 4 der Last zunächst entgegen – ggf. mit noch größerer Widerstandskraft als in dem in 8 gezeigten ursprünglichen, nicht beschädigten Zustand, sowohl aufgrund einer geometrischen Widerhakenwirkung als auch aufgrund einer durch Kaltverformung möglicherweise eingetretenen Verfestigung. Erst bei einer noch größeren Last in Gegenrichtung schlägt die Biegung zur Gegenseite um, um auch dort durch die Auflageflächen 22a, 23a der Bünde 22, 23 aufgefangen zu werden. Durch diese Verschiebung +/-☐ in jeder Richtung, also eine Verkürzung bzw. Verlängerung in Längsrichtung bei gleichzeitigem Aufrechterhalten der Führung, wird der Versagenszustand angezeigt. Ferner bleibt eine Resttragfähigkeit nach definierter Überlast durch Umformung der eingepassten Pins 4 erhalten.
Je nach dem Material der Pins 4 kann mit der Zeit, also bei Überlastung in wechselnden Richtungen und entsprechend häufigen Umbiegungen, eine Ermüdung eintreten derart, dass der Widerstand gegen die Biegung sinkt, was dem Benutzer durch ein immer leichteres Spiel um den Wert +/-☐ in jeder Richtung angezeigt wird. Mit anderen Worten, die Verbindung zwischen der Lageraufnahme 1 und der Welle 10 ist so ausgelegt, dass ab einer geforderten Zug- oder Drucküberlast das Bauteil eine Beschädigung anzeigt, aber noch eine gewisse Resttragfähigkeit besitzt. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die Pins 4 über die Radien R verformt. Die Welle 10 kann sich nun im Rahmen der plastischen Verformung, also Hin- und Her-Verformung, der Pins 4, begrenzt durch die Anlage der Auflageflächen 22a, 23a der Pinbünde 22, 23 bewegen, ohne dass die Verbindung zwischen den Bauteilen verloren geht. Mit der Zeit kann durch Materialermüdung ggf. eine immer leichtere Verbiegung der Pins 4 eintreten, bis diese schließlich brechen.
Auch ohne zeichnerische Darstellung ist darauf hinzuweisen, dass bei diesem Ausführungsbeispiel auch eine Überlast in Torsionsrichtung durch Verformung der Pins 4 angezeigt und begrenzt wird.
Die Maximallast ist beispielsweise, aber nicht nur, einstellbar durch:

– die Anzahl der Pins 4;
– den Durchmesser D der Pins 4;
– die Länge L der Pins 4;
– das Material der Pins 4;
– die Ausführung (voll, hohl, profiliert) der Pins 4;
– die Größe des Radius R der Abrundung 19;
– die Passung zwischen den Pins 4 und den Bohrungen 18, 20;
– das Überstandsmaß S.

Genauer gesagt, ist die Haltekraft der Pins 4 grundsätzlich proportional zu der Anzahl der Pins 4. Der Durchmesser D und die Ausführung der Pins 4 bestimmen das Widerstandsmoment der Pins 4, und das Material der Pins 4 bestimmt die Elastizitätsgrenze der Pins 4. Bei zweiteiligen Pins kann eine Verbindungsstelle der Pins eine Kerbstelle sein. Die Länge L der Pins 4 und das Überstandsmaß S bestimmen den maximalen Biegewinkel. Die Passung bestimmt eine Auszugskraft der Pins 4 aus den Bohrungen 18, 20; d. h. je enger die Passung ist, umso größer ist eine Flächenhaftung der Pins 4 in den Bohrungen 18, 20. Der Radius R bestimmt einen Biegeradius bzw. eine Kerbwirkung; d. h., je kleiner der Radius R ist, umso größer ist die Kerbwirkung.
Die Erfindung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wurde in Form eines Achslenkers für ein Fahrzeug ausgeführt, wobei die Welle 10 mit einem Außendurchmesser von 26 mm und einem Innendurchmesser vor 20 mm, also einer Wandstärke von 3 mm ausgeführt wurde. Bei der Lageraufnahme 1 wurde der Zapfen 3 mit einem Innendurchmesser von 16 mm und einem Außendurchmesser von 20 mm, also einer Wandstärke von 2 mm, ausgeführt.
Die Erfindung wurde vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele, -varianten, -alternativen und Abwandlungen beschrieben und in den Figuren veranschaulicht. Diese Beschreibungen und Darstellungen sind rein schematisch und schränken den Schutzumfang der Ansprüche nicht ein, sondern dienen nur deren beispielhafter Veranschaulichung. Es versteht sich, dass die Erfindung auf vielfältige Weise ausgeführt und abgewandelt werden kann, ohne den Schutzumfang der Patentansprüche zu verlassen.
Beispielsweise weist in dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß vorstehender Beschreibung die Anordnung der Pins 4 jeweils einen gleichen Abstand Y zu der Stirnfläche 6 des Ansatzes 5 und zu der Hinterschnittfläche 8 des Absatzes 7 auf. Abweichend davon kann zwischen der Anordnung der Pins 4 und der Stirnfläche 6 des Ansatzes 5 ein Abstand vorgesehen sein, der sich von einem Abstand der Anordnung der Pins 4 und der Hinterschnittfläche 8 des äußeren Absatzes 7 unterscheidet. Insbesondere kann durch einen größeren Abstand der Hinterschnittfläche 8 des äußeren Absatzes 7 von der Hinterschnittfläche 16 des inneren Absatzes 15, mit anderen Worten, ein längeres wellenseitiges Ende des Zapfens 3 und einen längeren Wellenkopf, der Abbau von Biege- bzw. Verwinkelungsmomenten zwischen der Welle 10 und dem Zapfen 3 aufgrund des längeren Hebelarms zwischen dem inneren Absatz 15 und dem äußeren Absatz 7, welche ein Lagerpaar für Kräfte senkrecht zur Wellenachse bilden, verbessert werden.
Die Pins 4 können, anstatt angeschweißt zu sein, auch in vorgefertigte Bohrungen in dem Zapfen 3 eingesetzt oder eingeschraubt oder mit dem Zapfen 3 einstückig, beispielsweise in einem Laser-Verdampfungsprozess oder einem Laser-Auftragsschweißprozess, ausgebildet sein.
Auch weist in dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß vorstehender Beschreibung die Welle 10 eine Innenfläche 14 auf, deren Durchmesser in etwa dem Außendurchmesser des äußeren Absatzes 7 des Zapfens 3 der Lageraufnahme 1 entspricht. Abweichend davon kann die Innenfläche 14 der Welle 10 größer als der Außendurchmesser des äußeren Absatzes 7 sein. Dadurch besteht ein Abstand zwischen der Innenfläche 14 der Welle 10 und der Außenfläche 9 des äußeren Absatzes 7, der somit keine Radialkräfte mehr aufnehmen kann. Hierdurch wird eine Biegewirkung und eine damit verbundene Kerbwirkung durch den äußeren Absatz 7 auf die Welle 10 vermieden werden. Biegemomente können dann beispielsweise durch eine längere Verbindungsfläche (Innenfläche 11) aufgefangen werden.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel weisen die Bünde 22, 23 Auflageflächen 22a, 23a auf, die eine senkrecht zu einer Längsachse der Pins 4 stehende Ebene beschreiben. Bei der Darstellung und Beschreibung des zweiten Ausführungsbeispiels ist davon ausgegangen worden, dass im Schadensfall die Auflageflächen 22a, 23a flach auf den Oberflächen 24, 25 aufliegen. Es kann aber sein, dass die Bünde 22, 23 zunächst mit einem Winkel, der dem Biegewinkel der Pins 4 entspricht, auf den Oberflächen 24, 25 aufsetzen. Insbesonders ist dies bei der Außenoberfläche 25 der in Faserverbundbauweise hergestellten Welle 10 relevant, die bei einem steilen Eindringen des Bundrandes beschädigt werden kann, was die Resttragfähigkeit im Schadensfall beeinträchtigen kann. Daher können die Auflageflächen 22a, 23a der Bünde eine Kegelform mit einem Kegelwinkel bezüglich der Längsachse der Pins 4 beschreiben, um sich nicht übermäßig in die Oberflächen 24, 25 einzuprägen. Vorzugsweise entspricht der Kegelwinkel einem maximalen Biegewinkel der Pins 4, der sich aus der Pinlänge L, den Bauteilstärken der Welle 10 und des Zapfens 3 und dem Biegeradius R ergibt. In weiteren Varianten können die Bünde 22, 23 auch ballige Auflageflächen 22a, 23a aufweisen oder kann der innere Bund 22, der auf der vergleichsweise harten Oberfläche des Zapfens 3 aufsetzen, eine an die Innenfläche 24 des Zapfens 3 angepasste, insbesondere damit koaxial zylindrische Auflagefläche 22a aufweisen und kann der äußere Bund 23, der auf der vergleichsweise weichen Oberfläche der Welle 10 aufsetzt, eine an die Außenfläche 25 der Welle 10 angepasste, insbesondere sattelförmige Auflagefläche 23a aufweisen.
Es versteht sich, dass die in den Ausführungsbeispielen, -varianten, -alternativen und Abwandlungen zum Ausdruck kommenden Funktionsprinzipien auch auf jeweils andere Ausführungsbeispiele, -varianten, -alternativen und Abwandlungen übertragbar sind, soweit dies nicht ersichtlich aus technischen oder naturgesetzlichen Gründen ausgeschlossen ist. Insbesondere sind angegebene Material-, Zahlen- und Dimensionierungsbeispiele in keiner Weise einschränkend zu verstehen; sie mögen vielmehr dem Fachmann einen Ausgangspunkt für eine mögliche Ausführung der Erfindung und für weitere Anpassungen an individuelle Gegebenheiten im Rahmen seines fachüblichen Wissens und Könnens geben.
Beispielsweise können im Fall des ersten Ausführungsbeispiels die fixen Pins 4 über die Wandung des inneren Absatzes 15 hinausstehen und einen im Sinne des Überstands S des zweiten Ausführungsbeispiels überstehenden Bund oder Pilzkopf aufweisen. Die Reaktion auf eine Überlast bzw. eine Beschädigung kann dann – im Sinne einer Kombination des ersten und des zweiten Ausführungsbeispiels – in drei Stufen geschehen. In einer ersten Stufe schert die Klebeverbindung zwischen der Innenfläche des inneren Absatzes 15, die durch den Laminiervorgang entstanden ist, ab, und der Sitz der Pins 4 in der Matrix des inneren Absatzes 15 wird sich zunächst lösen und dann mehr und mehr lockern, um ein geringes Spiel bei zwar reduzierter, aber noch guter Lastübertrag zu erlauben. In einer zweiten Stufe können sich die Pins 4 auch verbiegen und den Sitz noch mehr lockern, wobei die Bünde der Pins 4 letztlich einen Anschlag für die Verschiebung der Teile zueinander bilden, wie es in dem zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben ist. In einer dritten Stufe werden mit wachsender Ermüdung die Pins 4 reißen oder abscheren, wobei die Flächenpaare 6, 13 und 8, 16 einen weiteren Anschlag für die axiale Bewegung bilden und eine Drehung in Umfangsrichtung nun auch freigegeben ist, wie es in dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben ist.
Es versteht sich, dass die Erfindung, die im Bereich des Automobilbaus entwickelt wurde, auch in anderen Bereichen der Technik, z. B. in anderen Fahrzeugen wie etwa Schienenfahrzeugen, Luft- und Raumfahrzeugen, Schiffen oder Zweirädern, in hydraulischen Systemen wie etwa im Schwermaschinenbau, in der Tragwerktechnik wie etwa im Haus- oder Brückenbau, um nur einige, keinesfalls abschließende Beispiele zu nennen, einsetzbar ist.
Im Sinne der Erfindung ist die Lageraufnahme 1 ein Lasteinleitungsbauteil, ist die Lagerschale 2 ein Lagerabschnitt, ist der Zapfen 3 ein Verbindungsabschnitt, sind die Pins 4 Verbindungselemente, ist der Ansatz 5 ein Übergangsbereich, ist die Welle 10 ein Strukturteil, sind die Hinterschnittfläche 8 des äußeren Absatzes 7 in dem ersten Ausführungsbeispiel bzw. die Innenfläche 24 des Zapfens 3 und die Außenfläche 25 der Welle 10 in dem zweiten Ausführungsbeispiel jeweils Anschlagflächen, sind die Hinterschnittfläche 16 des inneren Absatzes 15 der Welle 11 in dem ersten Ausführungsbeispiel bzw. die Auflagefläche 22a des inneren Bundes 22 und die Auflagefläche 23a des äußeren Bundes 23 der Pins 4 in dem zweiten Ausführungsbeispiel jeweils Gegen-Anschlagflächen, ist eine Ausreißlast als Bruchlast des Strukturteils zu verstehen und ist eine Abscherlast, also eine Last, bei welcher die Pins 4 in dem ersten Ausführungsbeispiel abscheren, ebenso als eine Lastschwelle zu verstehen wie eine Biegelast, also eine Last, bei welcher die Pins 4 in dem zweiten Ausführungsbeispiel sich verbiegen.
Bezugszeichenliste

1: Lageraufnahme (Lasteinleitungsteil)
2: Lagerschale (Lagerabschnitt)
3: Zapfen (Verbindungsabschnitt)
3a: Außenfläche (Kontaktfläche)
3b: Verbindungsbereich
4: Pin (Verbindungselement)
5: Ansatz (Übergangsbereich)
6: (Stirn-)fläche
7: äußerer (erster) Absatz
8: Hinterschnittfläche (Anschlagfläche)
9: Außenfläche
10: Welle (Strukturteil)
11: Innenfläche (Gegen-Kontaktfläche)
12: Schaumring
13: Stirnfläche
14: Innenfläche
15: innerer (zweiter) Absatz (Wellenkopf)
16: Hinterschnittfläche (Gegen-Anschlagfläche)
17: Anlage
18: Bohrung
19: Abrundung
20: Bohrung
21: Schaft
22: innerer Bund (zweite Verdickung)
22a: (Auflage-)Fläche(Gegen-Anschlagfläche)
23: äußerer Bund (erste Verdickung)
23a: (Auflage-)Fläche (Gegen-Anschlagfläche)
24: Innenfläche (gegenüberliegende Oberfläche, Anschlagfläche)
25: Außenfläche (gegenüberliegende Oberfläche, Anschlagfläche)
D: Pindurchmesser
DK: Pin-Kopfdurchmesser (Bunddurchmesser)
F: Kraft
L: Pinlänge
R: Rundungsradius
S: Überstand
X: Freistand
Y: Pin-Abstand
☐: Spiel (Verschiebungsmaß)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10308331 A1 [0003]
WO 2009/003207 [0004]
US 5330236 A [0005]

Claims

Lastübertragungsbauteil mit einem in Faserverbundbauweise hergestellten Strukturteil (10) und einem metallischen Lasteinleitungsteil (1), wobei das Lasteinleitungsteil (1) einen Verbindungsabschnitt (3) zur Verbindung mit dem Strukturteil (10) und einen Lagerabschnitt (2) aufweist, wobei der Verbindungsabschnitt (3) eine Kontaktfläche (3a) aufweist, die wenigstens teilweise an einer Gegen-Kontaktfläche (11) des Strukturteils (10) anliegt, wobei eine Vielzahl von länglichen Verbindungselementen (4) im Bereich der Kontaktfläche (3a) von dem Verbindungsabschnitt (3) hervorstehen und im Bereich der Gegen-Kontaktfläche (11) in das Strukturteil (10) eindringen, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Lastschwelle, die unterhalb einer Bruchlast sowohl des Strukturteils (10) als auch des Lasteinleitungsteils (1) liegt, eine mit einer Relativbewegung zwischen dem Strukturteil (10) und dem Lasteinleitungsteil (1) einhergehende Beschädigung der Verbindungselemente (4) eintritt, wobei wenigstens eine Anschlagflächenpaarung wenigstens einer Anschlagfläche (8; 24, 25) und wenigstens einer Gegen-Anschlagfläche (16; 22a, 23a) vorgesehen ist, welche ausgebildet sind, um im Falle der Beschädigung der Verbindungselemente (4) miteinander in Eingriff zu kommen, um ein vollständiges Trennen des Strukturteils (10) und des Lasteinleitungsteils (1) voneinander zu verhindern.
Lastübertragungsbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – der Verbindungsabschnitt (3) des Lasteinleitungsteils (1) eine im Wesentlichen zylindrische, vorzugsweise hohlzylindrische, mit einer Längsachse des Strukturteils (10) koaxial verlaufende Form aufweist, deren Außenoberfläche die Kontaktfläche (3a) aufweist; – das Strukturteil (10) eine längliche, vorzugsweise wenigstens im Wesentlichen zylindrische Form aufweist, wobei wenigstens ein dem Verbindungsabschnitt (3) zugewandtes Ende des Strukturteils (10) wenigstens im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgebildet ist und die Gegen-Kontaktfläche (11) aufweist; und – die Kontaktfläche (3a) wenigstens in einem Verbindungsbereich (3b), in welchem die Verbindungselemente (4) vorgesehen sind, von der Gegen-Kontaktfläche (11) des Strukturteils (10) umfasst wird.
Lastübertragungsbauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschädigung ein Verbiegen der Verbindungselemente (4) umfasst, wobei die durch das Verbiegen der Verbindungselemente (4) sich einstellende Relativbewegung zwischen dem Lasteinleitungsteil (1) und dem Strukturteil (10) durch den Eingriff zwischen der Anschlagfläche (24, 25) und der Gegenanschlagfläche (22a, 23a) begrenzt wird.
Lastübertragungsbauteil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente (4) eine die Gegen-Kontaktfläche (11) aufweisende Wand des Strukturteils (10) vollständig durchdringen, auf einer der Gegen-Kontaktfläche gegenüberliegenden Oberfläche (25) der Wand des Strukturteils (10) überstehen und dort jeweils eine erste Verdickung (23) aufweisen, wobei die der Gegen-Kontaktfläche gegenüberliegende Oberfläche (25) der Wand des Strukturteils eine der wenigstens einen Anschlagfläche bildet und jeweilige zu dem Strukturteil (10) hin weisende Flächen (23a) der ersten Verdickungen (23) der Verbindungselemente (3) jeweils eine der wenigstens einen Gegen-Anschlagfläche bilden, um eine der wenigstens einen Anschlagflächenpaarung zu bilden.
Lastübertragungsbauteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine die Kontaktfläche (3a) aufweisende Wand des Verbindungsabschnitts (3) Bohrungen (18) aufweist, welche die Verbindungselemente (4) aufnehmen, wobei die Verbindungselemente (4) die Wand des Verbindungsabschnitts (3) vollständig durchdringen und auf einer der Kontaktfläche (3a) gegenüberliegenden Oberfläche (24) des Verbindungsabschnitts (3) überstehen und dort jeweils eine zweite Verdickung (22) aufweisen, wobei die der Kontaktfläche (3a) gegenüberliegende Oberfläche (24) des Verbindungsabschnitts (3) eine der wenigstens einen Anschlagfläche bildet und jeweilige zu der Bauteiloberfläche (24) des Verbindungsabschnitt (3) hin weisende Flächen (22a) der jeweiligen zweiten Verdickungen (22) jeweils eine der wenigstens einen Gegen-Anschlagfläche bilden, um eine weitere der wenigstens einen Anschlagflächenpaarung zu bilden.
Lastübertragungsbauteil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungen (18) auf der Seite der Kontaktfläche (3a) ausgebildete Abrundungen (19) aufweisen.
Lastübertragungsbauteil einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente (4) mit dem Verbindungsabschnitt (3) des Lasteinleitungsteils (1) fest verbunden oder einstückig mit dem Verbindungsabschnitt (3) des Lasteinleitungsteils (1) ausgebildet sind.
Lastübertragungsbauteil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschädigung ein Abscheren der Verbindungselemente (4) umfasst.
Lastübertragungsbauteil nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsabschnitt (3) einen ersten Absatz (7) aufweist, wobei die Kontaktfläche (3a) in einem Bereich des Verbindungsabschnitts (3) zwischen dem ersten Absatz (7) und dem Lagerabschnitt (2) ausgebildet ist, wobei das Strukturteil (10) einen zweiten Absatz (15) aufweist, wobei der zweite Absatz (15) die Gegen-Kontaktfläche (11) aufweist, wobei eine zu dem Lagerabschnitt (2) weisende Hinterschnittfläche (8) des ersten Absatzes (7) eine Anschlagfläche bildet und eine zu der Hinterschnittfläche (8) des ersten Absatzes (7) hin weisende Hinterschnittfläche (16) des zweiten Absatzes (15) eine Gegen-Anschlagfläche bildet, um eine der wenigstens einen Anschlagflächenpaarung zu bilden.
Lastübertragungsbauteil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Absatz (7) des Verbindungsabschnitts (3) nach außen weist und der zweite Absatz (15) des Strukturteils (10) nach innen weist.
Lastübertragungsbauteil nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Übergangsbereich (5) zwischen dem Lagerabschnitt und dem Verbindungsabschnitt (3) eine Fläche (6) ausgebildet ist, die mit einer Stirnfläche (13) des Strukturteils (10) eine weitere Anschlagflächenpaarung bildet.
Lastübertragungsbauteil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lastübertragungsbauteil zur Verwendung an einem Fahrzeug, insbesondere als Spurstange oder Achslenker oder dergleichen, ausgebildet ist.