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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lagerbuchse für die Lagerung eines Fahrwerksbauteils sowie ein Lagersystem eines Fahrwerks eines Fahrzeugs.
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Es ist bekannt, dass einzelne Bauteile eines Fahrwerks eines Fahrzeugs mit einander verbunden werden müssen. Neben bekannten Verbindungssystemen, wie zum Beispiel einem Verschrauben, Verschweißen oder Verkleben, ist es auch bekannt Lagerstellen in Form von Durchgangsöffnungen zur Verfügung zu stellen. Beispielsweise bei der Anbindung eines Radträgers an die Karosserie werden verschiedene Lenker, zum Beispiel Querlenker oder Längslenker, eingesetzt. Die jeweiligen axialen Enden des entsprechenden Lenkers werden dabei in Durchgangsöffnungen des angrenzenden Bauteils der Karosserie bzw. des Radträgers eingebracht. Da insbesondere mit Bezug auf das Leichtbauerfordernis bei Fahrzeugen die angrenzenden Bauteile der Karosserie bzw. des Radträgers häufig aus gewichtsreduziertem Material, zum Beispiel Aluminium, ausgebildet sind, besteht jedoch häufig eine zu geringe Kraftaufnahmemöglichkeit an diesen Anbindungsorten. Um ohne unnötige Gewichtserhöhung an diesen Stellen ausreichende Flächenpressungen für die Kraftübertragung ermöglichen zu können ist es bekannt, Lagerbuchsen in die entsprechenden Aufnahmeöffnungen der Bauteile einzubringen. Die Lagerbuchsen sind dabei häufig aus einem steiferen Material ausgebildet, um entsprechende Kraftaufnahmemöglichkeiten im Betrieb des Fahrwerks für das Fahrwerksbauteil, also zum Beispiel den Lenker, zur Verfügung stellen zu können.
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Nachteilhaft bei bekannten Lösungen ist es, dass neben der grundsätzlichen Kraftabstützung bzw. Momentabstützung durch die Lagerbuchse üblicherweise eine Nebenbeeinflussung stattfindet. So sind solche Lagerbuchsen zur axialen Festlegung der Position mit einem Anschlagskragen versehen. Entsteht nun eine Momenteneinbringung im Einsatz der Lagerbuchse, so wird ein Teil des Moments nicht über die Innenwand und die Außenwand der Lagerbuchse auf das Lagerbauteil übertragen, sondern über den Anschlagskragen an der entsprechenden Anschlagsfläche in das Lagerbauteil eingebracht. An diesen Stellen entsteht eine relativ geringe Kraftübertragungsfläche mit darüber hinaus vergrößerter Hebelwirkung. Dies kann dazu führen, dass bei bekannten Lösungen eine erhöhte Belastung in diesem Einsatzbereich besteht. Dies führt wiederum zu verstärkter Auslegungsnotwendigkeit dieses Bereichs bzw. zu reduzierter Belastbarkeit oder des Risikos von Rissbildung. Neben einer reduzierten Standzeit bei dem Risiko der Rissbildung würde eine Notwendigkeit zur mechanischen Verstärkung eine erhöhte Bearbeitungsaufwendung und gleichzeitig ein erhöhtes Gewicht mit sich bringen.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in kostengünstiger und einfacher Weise eine verbesserte Standfestigkeit der gesamten Lagerung bzw. des Lagersystems zu gewährleisten.
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Voranstehende Aufgabe wird gelöst durch eine Lagerbuchse mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Lagersystem mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Lagerbuchse beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Lagersystem und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
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Eine erfindungsgemäße Lagerbuchse dient dem Einsatz für die Lagerung eines Fahrwerksbauteils eines Fahrzeugs. Hierfür weist die erfindungsgemäße Lagerbuchse eine Durchgangsöffnung mit einer Innenwand zur Anlage an einem Lagerabschnitt des Fahrwerksbauteils und eine Außenwand zur Anlage an einem Aufnahmeabschnitt eines umgebenen Lagerbauteils auf. Weiter ist ein über die Außenwand radial überstehender Anschlagskragen für eine axiale Festlegung der Relativposition der Lagerbuchse zum Lagerbauteil vorgesehen. Eine erfindungsgemäße Lagerbuchse zeichnet sich dadurch aus, dass der Anschlagskragen wenigstens einen Flexibilitätsabschnitt mit reduzierter Steifigkeit bezogen auf die Steifigkeit des restlichen Anschlagskragens aufweist.
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Eine erfindungsgemäße Lagerbuchse baut hinsichtlich seiner Funktionalität und geometrischen Erstreckung auf bekannten Lagerbuchsen auf. So wird diese Lagerbuchse in eine entsprechende Durchgangsöffnung eines Lagerbauteils, zum Beispiel eines Karosserieabschnittes des Fahrzeugs, eingebracht. Dieses Einbringen kann durch Anschweißen, Ankleben, oder insbesondere durch ein Einpressverfahren in die entsprechende Aufnahmeöffnung erfolgen. Dabei kommt es zum Anliegen der Außenwand an dem entsprechenden Aufnahmeabschnitt des umgebenden Lagerbauteils.
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Um zum Beispiel einen Lenker in Form eines Fahrwerksbauteils in die Durchgangsöffnung einzubringen und damit an der Lagerbuchse zu befestigen erfolgt ein Hindurchschieben und damit ein Kontaktieren der Innenwand der Lagerbuchse. Damit wird ein Lagergelenk zur Verfügung gestellt, welches als Lagerpunkt die gewünschte Lagerfunktion zur Verfügung stellen kann. Im Gegensatz zu bekannten Lagerbuchsen weist die erfindungsgemäße Lagerbuchse einen weiterentwickelten Anschlagskragen auf. Dieser ist weiter grundsätzlich durch seinen radialen Überstand über die Außenwand in der Lage die axiale Festlegung der Relativposition der Lagerbuchse zur Verfügung zu stellen. Mit anderen Worten wird sichergestellt, dass auch bei starken Krafteinwirkungen auf das Fahrwerksbauteil eine axial festgelegte Position der Lagerbuchse relativ zum Lagerbauteil definiert bleibt und eingehalten wird.
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Erfindungsgemäß ist dieser Anschlagskragen jedoch nun mit einem Flexibilitätsabschnitt mit reduzierter Steifigkeit ausgebildet. Die reduzierte Steifigkeit bezieht sich dabei auf die Steifigkeit des restlichen Anschlagskragens. Bevorzugt ist dieser Flexibilitätsabschnitt in Richtung des radialen äußeren Endes des Anschlagskragens ausgebildet bzw. angeordnet. Dies führt dazu, dass bei einer Momentenabstützung, welche teilweise auch über den Anschlagskragen erfolgt, dies mit einer elastischen Verformung zumindest des Flexibilitätsabschnitts des Anschlagskragens einhergeht. Während bei bekannten Lagerbuchsen eine Teilabstützung eines Moments am Anschlagskragen zu einer Spannungseinbringung mit einer Spannungsspitze am äußersten radialen Ende des Anschlagskragens in dem Lagerbauteil geführt hat, mildert der Flexibilitätsabschnitt diese Spannungsspitze ab. Je nach Größe und tatsächlicher Ausbildung des Flexibilitätsabschnitts kann diese Spannungsspitze sogar vollständig verhindert werden.
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Im Vergleich zu bekannten Lagerbuchsen führt die Reduktion oder vollständige Eliminierung der Spannungsspitze in Richtung des radialen äußeren Endes des Anschlagskragens dazu, dass die Standzeit des Lagerbauteils erhöht wird. Die reduzierte mechanische Einwirkung auf diesen Bereich des Lagerbauteils führt zu einem reduzierten Risiko von Rissbildung und Risswachstum. Mechanische Versagensarten können für das Lagerbauteil in diesem Bereich reduziert oder sogar ausgeschlossen werden. Gleichzeitig kann das Lagerbauteil an dieser Stelle vorzugsweise sogar kostengünstiger und leichter ausgebildet werden, da von einer geringeren mechanischen Belastung im Einsatz ausgegangen werden kann. Ein Flexibilitätsabschnitt mit reduzierter Steifigkeit ist im Sinne der vorliegenden Erfindung also ein Abschnitt des Anschlagskragens, welcher eine elastische Verformbarkeit aufweist. Diese elastische Verformbarkeit korreliert dabei mit der Belastungssituation im Einsatz der Lagerbuchse und insbesondere mit dem zu erwartenden zu übertragenden Drehmoment über diesen Anschlagskragen. Die dann eintretende elastische Verformung führt zu den beschriebenen Vorteilen, nämlich der Reduktion oder der Vermeidung der Spannungsspitze.
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Neben den beschriebenen Vorteilen kann eine erfindungsgemäße Lagerbuchse durch die erfindungsgemäße Qualität ausschließlich innerhalb der Lagerbuchse, nämlich des Anschlagskragens, auch in bekannten und bereits vorhandenen Lagerbauteilen eingesetzt werden. So ist es möglich eine erfindungsgemäße Lagerbuchse auch bei bereits im Einsatz befindlichen Fahrzeugen nachzurüsten.
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Es ist noch darauf hinzuweisen, dass die Lagerbuchse nicht zwangsläufig einen runden oder im Wesentlichen runden Querschnitt aufweisen muss. So sind zum Beispiel neben einer zylindrischen Erstreckung der Lagerbuchse mit entsprechenden Zylindermantelflächen für Innenwand und Außenwand auch konische Ausbildungsmöglichkeiten für die Innenwand und die Außenwand und damit für die Lagerbuchse möglich. Auch andere Geometrien sind denkbar, insbesondere wenn keine Rotation zwischen der Lagerbuchse und dem Fahrwerksbauteil stattfinden muss bzw. soll.
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Der radiale Überstand des Anschlagskragens muss in Umfangsrichtung zumindest teilweise vorgesehen sein. Bevorzugt ist es jedoch, wenn sowohl Anschlagskragen, als auch Flexibilitätsabschnitt im Wesentlichen vollumlaufend um die Lagerbuchse herum eine Erstreckung aufweisen.
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Zusammenfassend lässt sich also erläutern, dass durch eine erfindungsgemäße Lagerbuchse die im Einsatz auftretende Flächenpressung zwischen dem Anschlagskragen und der zugehörigen Kontaktfläche des Lagerbauteils reduziert bzw. über diese Kontaktfläche vergleichmäßigt wird.
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Es kann von Vorteil sein, wenn bei einer erfindungsgemäßen Lagerbuchse der Flexibilitätsabschnitt wenigstens Abschnittsweise durch eine Reduktion des Baumaßes, insbesondere der Dicke in axialer Richtung, ausgebildet ist. Hierbei handelt es sich also um eine geometrische Ausbildung des Flexibilitätsabschnitts. Unter der axialen Richtung ist dabei die axiale Erstreckung der Durchgangsöffnung zu verstehen, in deren Richtung auch die Dicke vorzugsweise als reduziertes Baumaß den Flexibilitätsabschnitt ausbildet. Die Reduktion des Baumaßes führt dementsprechend zu geringerem Materialwiederstand bei Verformungseinflüssen, zum Beispiel bei der teilweisen Drehmomentübertragung an dem Anschlagskragen. Damit wird die bereits mehrfach erläuterte elastische Verformbarkeit durch den Flexibilitätsabschnitt gewährleistet. Die Reduktion des Baumaßes erlaubt eine besonders einfach Möglichkeit die gewünschte Elastizität durch den Flexibilitätsabschnitt herzustellen. Auch kann durch eine Veränderung des Baumaßes für die jeweilige Lagerbuchse eine Anpassung an die tatsächliche Kraftsituation im Einsatz erfolgen. So kann zum Beispiel bei hohen Kraftübertragungen im Einsatz ein relativ starrer Flexibilitätsabschnitt vorgesehen werden, während bei geringen Drehmomentbelastungen, zum Beispiel bei kleineren Bauteilen, eine erhöhte Materialentfernung mit verstärkter Reduktion des Baumaßes eine größere Elastizität durch den Flexibilitätsabschnitt zur Verfügung stellen. Mit anderen Worten kann die tatsächliche Geometrie des Flexibilitätsabschnitts im Wesentlichen frei gewählt werden und sogar durch zum Beispiel vorherige Auslegung mit Hilfe von Simulationsprogrammen, an die tatsächliche Belastung im Einsatz angepasst werden.
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Ein weiterer Vorteil kann es sein, wenn bei einer erfindungsgemäßen Lagerbuchse der Flexibilitätsabschnitt wenigstens abschnittsweise durch eine veränderte Materialausbildung, insbesondere durch unterschiedliches E-Modul, bezogen auf den restlichen Anschlagskragen und/oder die restliche Lagerbuchs ausgebildet ist. Darunter ist zu verstehen, dass die Lagerbuchse selbst zum Beispiel zwei unterschiedliche Materialien aufweist. So kann der Flexibilitätsabschnitt des Anschlagskragens vorzugsweise ein geringeres E-Modul aufweisen als der restliche Abschnitt der Lagerbuchse. Auch damit wird eine Elastizität zur Verfügung gestellt, welche den erfindungsgemäßen Flexibilitätsabschnitt zur Verfügung stellen kann. Beispielsweise kann der gesamte Anschlagskragen oder auch nur der radial äußere Teil des Anschlagskragens aus Kunststoff an eine entsprechende Stahlbuchse angespritzt sein. Über eine Klebeschnittstelle oder eine Formschlussschnittstelle kann dabei die Kraftübertragung sicher gestellt sein.
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Vorteilhaft ist es ebenfalls, wenn bei einer erfindungsgemäßen Lagerbuchse der Flexibilitätsabschnitt mit einem Steifigkeitsverlauf ausgebildet ist, wobei die Steifigkeit in Richtung des radialen Endes des Anschlagskragens abnimmt. Dies kann durch eine der beiden in den voranstehenden Absätzen genannten Möglichkeiten ausgebildet sein. Auch eine Kombination der Ausführungsformen der beiden voranstehenden Absätze ist selbstverständlich denkbar. Ein Steifigkeitsverlauf ist also insbesondere derart ausgebildet, dass die Steifigkeit radial nach außen abnimmt. Die radiale Abnahme der Steifigkeit in Richtung auf das radial äußere Ende des Anschlagskragens hin korreliert dabei vorzugsweise mit der Zunahme des Hebels in dieser radialen Richtung nach außen. Damit kann die bereits mehrfach erläuterte Vergleichmäßigung der Flächenpressung erzielt werden, sodass vorzugsweise eine Spannungsspitze am radial äußeren Ende eines Anschlagkragens vollständig vermieden werden. Dabei kann eine im Wesentlichen freie Anpassung erfolgen, sodass zum Beispiel bei geometrischer Ausbildung des Flexibilitätsabschnittes zum Beispiel ein gekrümmt geometrischer Verlauf der Dicke des Flexibilitätsabschnitts die gewünschte erfindungsgemäße Qualität ermöglicht.
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Eine erfindungsgemäße Lagerbuchse lässt sich dahingehend weiterbilden, dass der Flexibilitätsabschnitt sich in Richtung des radialen Endes, insbesondere bis zum radialen Ende des Anschlagskragens erstreckt, bevorzugt das radiale Ende des Anschlagskragens ausbildet. Auf diese Weise wird es möglich die Spannungsspitze, welche sich durch die größte Hebelwirkung insbesondere am äußersten radialen Ende des Anschlagskragens ausbilden würde, zu vergleichmäßigen, zu reduzieren und/oder sogar vollständig zu vermeiden. Die Erstreckung bezieht sich dabei insbesondere sogar auf einen Steifigkeitsverlauf, wie er im voranstehenden Absatz erläutert worden ist. Damit wird sichergestellt, dass im Bereich der größten mechanischen Belastung, nämlich dem äußersten radialen Ende des Anschlagskragens, die erfindungsgemäße Qualität für die Vergleichmäßigung der Flächenpressung zur Verfügung gestellt wird.
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Vorteilhaft ist es darüber hinaus, wenn bei einer erfindungsgemäßen Lagerbuchse der Flexibilitätsabschnitt umlaufend am Anschlagskragen ausgebildet ist. Mit anderen Worten erfolgt eine von der Rotationspositionierung der Lagerbuchse im Lagerbauteil unabhängige erfindungsgemäße Wirkung. Damit ist sichergestellt, dass bei einer Drehmomentabstützung in jeder Richtung die erfindungsgemäße Qualität gewährleistet wird. Die Flexibilität im Einsatz der Lagerbuchse wird damit erhöht. So kann insbesondere bei der Montage der Lagerbuchse, also zum Beispiel beim Einpressen in das Lagerbauteil, eine Rotationspositionierung der Lagerbuchse unterbleiben. Vielmehr kann einfach axial eingepresst werden, ohne dass die rotatorische Positionierung berücksichtigt werden muss. Dies führt zu einer weiteren Vereinfachung des Herstellprozesses des entsprechenden Lagersystems.
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Ein weiterer Vorteil ist es, wenn bei einer erfindungsgemäßen Lagerbuchse der Anschlagskragen umlaufend an der Lagerbuchse ausgebildet ist. Dies ist insbesondere mit der Ausführungsform gemäß dem voranstehenden Absatz kombiniert. Damit werden die gleichen Vorteile erzielt, wie sie im voranstehenden Absatz erläutert worden sind.
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Vorteilhaft ist es ebenfalls, wenn bei einer erfindungsgemäßen Lagerbuchse diese Lagerbuchse zumindest abschnittsweise aus Stahl ausgebildet ist. Damit wird durch die jeweilige Legierungswahl des Stahls eine entsprechende Erhöhung der mechanischen Stabilität der Lagerbuchse mit Bezug auf ein üblicherweise weicheres Lagerbauteil, zum Beispiel aus Aluminium, zur Verfügung gestellt.
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Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Lagersystem eines Fahrwerks eines Fahrzeugs. Dieses Lagersystem weist ein Lagerbauteil und ein Fahrwerksbauteil auf. Dabei ist im Lagerbauteil eine Lagerbuchse angeordnet, welche eine Durchgangsöffnung mit einer Innenwand zur Anlage an einem Lagerabschnitt des Fahrwerksbauteils und einer Außenwand zur Anlage an einem Aufnahmeabschnitt des umgebenden Lagerbauteils aufweist. Weiter weist eine solche Lagerbuchse einen über die Außenwand radial überstehenden Anschlagskragen für eine axiale Festlegung der Relativposition der Lagerbuchse zum Lagerbauteil auf. Ein erfindungsgemäßes Lagersystem zeichnet sich dadurch aus, dass der Anschlagskragen vorzugsweise in Richtung seines radialen Endes, wenigstens einen Flexibilitätsabschnitt mit reduzierter Steifigkeit bezogen auf die Steifigkeit des restlichen Anschlagskragens aufweist. Dabei ist das erfindungsgemäße Lagersystem vorzugsweise mit einer erfindungsgemäß ausgebildeten Lagerbuchse ausgestattet. Dies führt zu den gleichen Vorteilen, wie sie ausführlich mit Bezug auf eine erfindungsgemäße Lagerbuchse bereits erläutert worden sind.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschreiben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigen schematisch:
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1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lagerbuchse,
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2 die Ausführungsform der 1 im Einsatz in einem erfindungsgemäßen Lagersystem.
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3 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lagerbuchse,
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4 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lagerbuchse,
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5 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lagerbuchse, und
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6 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lagerbuchse.
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In 1 ist eine erfindungsgemäße Lagerbuchse 10 dargestellt, welche in ein Lagerbauteil 120 eingepresst ist. Die 2 zeigt eine weitere Montagesituation, bei welcher in die Durchgangsöffnung 20 der Lagerbuchse 10 ein Fahrwerksbauteil 110 eingebracht ist. Somit kann sich nun das Fahrwerksbauteil 110 mit seinem Lageabschnitt 112 gegen die Innenwand 22 der Lagerbuchse 10 abstützen. Die Kraftübertragung nach radial außen erfolgt weiter über die Außenwand 24 und wird über den Aufnahmeabschnitt 122 in das Lagerbauteil 120 eingebracht.
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Erfolgt nun eine Drehmomentbelastung des Fahrzeugbauteils 110, so wird dieses Drehmoment entlang des voranstehend beschriebenen Abstützungspfades in das Lagerbauteil 120 hauptsächlich über die Außenwand 24 in den Aufnahmeabschnitt 122 eingebracht.
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Weiter ist jedoch ein Anschlagskragen 30 an der Lagerbuchse 10 vorgesehen, welcher eine axiale Relativpositionierung relativ zum Lagerbauteil 120 vorgibt. Erfolgt nun die voranstehend beschriebene Drehmomentbelastung, so führt dies zu einer Teileinleitung eines Drehmoments auch in den Anschlagskragen 30. Um nun Spannungsspitzen zu vermeiden ist hier eine lineare Reduktion der Dicke des Baumaßes des Anschlagskragens 30 vorgesehen, sodass in Richtung des äußersten radialen Endes 32 des Anschlagskragens 30 ein Flexibilitätsabschnitt 34 ausgebildet wird. Bei der voranstehend beschriebenen Situation unter Drehmomenteinfluss führt dies zumindest teilweise zu einer elastischen Verformung des Flexibilitätsabschnitts 34, sodass dieses Drehmoment in einer vergleichmäßigten Flächenpressung auf die entsprechende Kontaktfläche des Lagerbauteils 120 einwirkt. Eine dem radial äußersten Ende 32 des Anschlagskragens zuordenbare Spannungsspitze wird auf diese Weise reduziert bzw. vollständig vermieden.
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Die 3 bis 6 zeigen weitere Möglichkeiten der Ausführung eines erfindungsgemäßen Flexibilitätsabschnittes 34. Dabei handelt es sich um die jeweilige Lagerbuchse 10 noch vor dem Einsetzen. Hier ist gut zu erkennen, dass durch geometrische Veränderung des Baumaßes durch Reduktion von Material eine entsprechende Elastizität und damit der Flexibilitätsabschnitt 34 zur Verfügung gestellt werden kann. Auch ist gut zu erkennen, dass die unterschiedlichen Lagerbuchsen 10 alle in das gleiche Lagerbauteil 120 eingesetzt werden können, sodass durch die unterschiedlich ausgebildeten Flexibilitätsabschnitte 34 entsprechend unterschiedlichen Belastungssituationen Rechnung getragen werden kann.
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Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Lagerbuchse
- 20
- Durchgangsöffnung
- 22
- Innenwand
- 24
- Außenwand
- 30
- Anschlagskragen
- 32
- radiales Ende
- 34
- Flexibilitätsabschnitt
- 100
- Lagersystem
- 110
- Fahrwerksbauteil
- 112
- Lagerabschnitt
- 120
- Lagerbauteil
- 122
- Aufnahmeabschnitt
