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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Verbindung von Fahrwerksbauteilen, insbesondere Schraubverbindung, zwischen einer Struktur aus einem Faser-Kunststoff-Verbund (FKV) und einem metallischen, insbesondere als Zugorgan ausgebildeten Lasteinleitungselement. Die Erfindung betrifft ferner einen Radträger für Kraftfahrzeuge mit einer zumindest doppelwandigen Struktur aus einem Faser-Kunststoff-Verbund.
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Unter der Bezeichnung Faser-Kunststoff-Verbund, abgekürzt FKV, werden Kunststoffwerkstoffe verstanden, welche aus einem Textil von Lang- oder Endlosfasern, beispielsweise aus Glas oder Kohlenstoff und andererseits aus einer die Fasern verbindenden Matrix-Komponente, z. B. einem Harz bestehen. Anstelle der Bezeichnung Faser-Kunststoff-Verbund ist in der Fachliteratur auch die Bezeichnung Faser-Verbund-Kunststoff, abgekürzt FVK, gebräuchlich. Derartige Kunststoff-Werkstoffe zeichnen sich durch ein relativ niedriges Gewicht bei hoher Festigkeit aus und werden zunehmend auch im Automobilbau eingesetzt. Dabei tritt das Problem auf, die FKV-Struktur mit anderen Bauteilen, z. B. Lasteinleitungselementen aus metallischen Werkstoffen so zu verbinden, dass den unterschiedlichen Werkstoffeigenschaften von Kunststoff und Metall hinreichend Rechnung getragen wird.
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Durch die
DE 10 2007 053 120 A1 wurde ein Radträger für Kraftfahrzeuge bekannt, dessen Struktur aus einem Faserverbundwerkstoff besteht und mehrere Lasteinleitungselemente aufweist. Unter Lasteinleitungselement kann dabei die Abstützung eines Federbeins oder die Befestigung eines Gelenklagers für einen Fahrwerkslenker verstanden werden. Die Grundstruktur des bekannten Radträgers ist wannenförmig ausgebildet und besteht aus einer einzigen verformten Kunststoffwand. Für die Befestigung von Lasteinleitungselementen, z. B. für Fahrwerkslenker sind vorzugsweise Aussparungen in der Kunststoffwand vorgesehen.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Kunststoffstrukturen, insbesondere aus einem Faser-Kunststoff-Verbund materialgerecht mit einem Lasteinleitungselement, insbesondere aus einem metallischen Werkstoff zuverlässig zu verbinden.
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Darüber hinaus ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen Radträger mit einer Struktur aus einem Faser-Kunststoff-Verbund mit einem metallischen Lasteinleitungselement zu verbinden.
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Die Aufgaben der Erfindung werden durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Gemäß der Erfindung ergibt sich eine Anordnung zur Verbindung von Fahrwerksbauteilen zwischen einer Struktur aus einem Faser-Kunststoff-Verbund (FKV) und einem metallischen, insbesondere als Zugorgan ausgebildeten, Lasteinleitungselement, wobei die Struktur mehrwandig, insbesondere doppelwandig, ausgebildet ist und eine erste Wand sowie eine im Abstand zu der ersten angeordnete zumindest weitere Wand aufweist, wobei die erste und die weitere Wand jeweils koaxial angeordnete Aussparungen aufweisen. Die Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten und der weiteren Wand ein ein Durchgangsloch aufweisendes Distanzstück angeordnet ist, wobei das Lasteinleitungselement mindestens eine Aussparung und das Durchgangsloch des Distanzstückes durchgreift. Das Durchgangsloch kann dabei als spanend oder erosiv hergestellte Bohrung oder auch als hochgenaue Passung hergestellt sein. Dem Lasteinleitungselement ist ein Halteorgan zugeordnet, wobei das Lasteinleitungselement und das Halteorgan durch einen Verbindungsabschnitt, insbesondere form-, kraft-, und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden sind, und wobei der Verbindungsabschnitt und/oder das Halteorgan im Wesentlichen die erste und/oder die zumindest weitere zweite Wand durchgreifen. Der Verbindungsabschnitt kann als Gewindeabschnitt ausgeführt sein. In dem Fall weisen das Lasteinleitungselement und das Halteorgan Innen- respektive Außengewinde auf, so dass diese Bauteile miteinander verschraubt werden können.
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Nach einem ersten Aspekt der Erfindung ist somit eine Anordnung zur Verbindung von Fahrwerksbauteilen mit einem Lasteinleitungselement und einem Halteorgan, vorgesehen, wobei das Lasteinleitungselement und das Halteorgan über einen Verbindungsabschnitt miteinander verbunden sind, welcher im Wesentlichen innerhalb der Außenkonturen der zumindest doppelwandigen Struktur angeordnet ist. Damit wird einerseits ein Bauraumvorteil erreicht, dass die Elemente der Verbindungsanordnung, insbesondere das Halteorgan, nicht Wesentlich über die Außenkontur hinaus stehen, sondern innerhalb der mehrwandigen, insbesondere doppelwandigen Struktur angeordnet sind. Damit kann über den an die Außenkontur der Struktur angrenzenden Bauraum zu Gunsten anderer Bauteile verfügt werden. Aufgrund der mehrwandigen Struktur, umfassend eine erste und eine zumindest weitere, zweite im Abstand angeordnete Wand, ergibt sich der Vorteil, dass über das Lasteinleitungselement in die Struktur eingeleitete Momente und / oder Zug- bzw. Druckkräfte von einem Kräftepaar aufgenommen werden, wobei in einer Wand vornehmlich Zugspannungen und in einer weiteren oder der anderen Wand vornehmlich Druckspannungen auftreten. Die für die Kunststoffstruktur besonders schädlichen Biegespannungen werden somit vermieden. Vorzugsweise ist das Lasteinleitungselement als Zugorgan ausgebildet. In der Struktur aus einem Faser-Kunststoff-Verbund sind zum Durchgreifen des Halteorgans bzw. des Lasteinleitungselements ebenfalls Durchgangslöcher vorgesehen. Diese können spanend eingearbeitet sein. Es ist aber auch möglich, dass die Durchgangslöcher bei der Herstellung des Faser-Kunststoffverbundes für das beabsichtigte Fahrwerksbauteil durch Aufweitung oder Aufdornung des Fasermaterials erzeugt wurden. Darunter ist zu verstehen, dass das Fasergewebe an den für ein Durchgangsloch vorgesehen Stellen vor dem Zuführen des Kunststoffes (zum Beispiel eines Harzes) durch einen konischen Gegenstand, z.B. Dorn oder Kegel, aufgeweitet wird. Dadurch wird verhindert, dass die Fasern im Bereich des Durchgangsloches unterbrochen werden, wie dieses bei einem spanend erstellten Durchgangsloch der Fall ist.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist das Halteorgan als Gewindehülse ausgebildet, welche sich vorzugsweise, mittelbar oder direkt, gegenüber der ersten Wand abstützt und mit ihrem Gewindeabschnitt in den Zwischenraum zwischen der ersten und der zweiten Wand hineinragt. Damit ergibt sich eine relativ flache Außenkontur für die erste Wand. Der Verbindungsabschnitt ist vorzugsweise formschlüssig als Gewinde-/Schraubeverbindung ausgeführt. Alternativ kann eine stoffschlüssige Verbindung in Form einer Klebeverbindung oder Schweißverbindung gewählt werden.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Halteorgan als versenkte Mutter ausgebildet, d. h. die Mutter ist gegenüber der Außenkontur der ersten Wand in den Zwischenraum zwischen der ersten und der zumindest zweiten Wand versenkt. Die versenkte Mutter stützt sich dabei mittelbar gegenüber der ersten Wand ab.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Halteorgan als versenkte Zylinderkopfschraube, vorzugsweise mit einem Innensechskant oder Innensechsrund ausgebildet, wobei sich die Zylinderkopfschraube mittelbar gegenüber der ersten Wand abstützt. Auch hier ergibt sich eine flache Außenkontur.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Lasteinleitungselement als Kugelzapfen ausgebildet, wobei der Kugelkopf außerhalb der Außenkontur der zweiten Wand angeordnet ist und Teil eines anlenkbaren Kugelgelenks ist, über welches Querkräfte in die zumindest doppelwandige Struktur einleitbar sind.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Kugelzapfen einen im Wesentlichen konischen Schaft oder einen zylindrischen Schaft auf. Damit ergibt sich die Möglichkeit einer spielfreien, kraft- bzw. reibschlüssigen Aufnahme in einer entsprechenden Konushülse.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der insbesondere, konische Schaft (Außenkonus) des Kugelzapfens in der Aussparung, insbesondere dem Innenkonus, einer Konushülse angeordnet, wo er unter Zugbelastung reibschlüssig gehalten ist. Auf den Kugelzapfen von außen einwirkende Radial- und Axialkräfte werden somit spielfrei über die Konushülse in die zumindest doppelwandige Struktur eingeleitet.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Halteorgan, insbesondere die Gewindehülse oder die versenkte Mutter ein Innengewinde auf, während der Kugelzapfen endseitig ein Außengewinde aufweist. Innen und Außengewinde bilden den innerhalb der doppelwandigen Struktur angeordneten Verbindungs-, insbesondere Gewindeabschnitt. Damit wird ein Bauraumgewinn in Verspannungsrichtung erreicht.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist im Lasteinleitungselement, insbesondere Zugorgan, vorzugsweise im Kugelzapfen entweder in der Stirnseite des Kugelkopfes oder in der Stirnseite des Gewindes ein Sackloch mit einem Polygonquerschnitt angeordnet. Vorzugsweise weist das Sackloch einen Innensechskant oder ein Innensechsrund auf, sodass mittels eines geeigneten Montagewerkzeuges ein Drehmoment auf das Zugorgan zwecks Verschraubung mit dem Halteorgan ausgeübt werden kann. Daraus ergibt sich ein Bauraumgewinn in Verspannungsrichtung, d. h. in Längsrichtung des Kugelzapfens.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Halteorgan, insbesondere die Gewindehülse, einen Bund auf, welcher sich direkt oder mittelbar gegenüber der ersten Wand abstützt. Die aus dem Kugelzapfen resultierende Zugkraft wird somit über den Bund der Gewindehülse auf die Außenfläche der ersten Wand übertragen.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die versenkte Mutter über eine Bundhülse gegenüber der ersten Wand mittelbar abgestützt, d. h. die versenkte Mutter stützt sich auf der Bundhülse und die Bundhülse stützt sich gegenüber der ersten Wand ab, wodurch ebenfalls eine flache Bauweise erreicht wird. Die versenkte Mutter kann über einen Steckschlüssel angezogen oder gelöst werden.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das als versenkte Zylinderkopfschraube ausgebildete Halteorgan ein Außengewinde und das als Kugelzapfen ausgebildete Zugorgan ein Innengewinde auf, welches mit dem Außengewinde der Zylinderkopfschraube den innerhalb der doppelwandigen Struktur angeordneten Gewindeabschnitt bildet. Der Kopf der Zylinderkopfschraube ist nahezu vollständig gegenüber der Außenkontur der ersten Wand versenkt.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die versenkte Zylinderkopfschraube über eine Bundhülse gegenüber der ersten Wand, d. h. mittelbar abgestützt. Die Zylinderkopfschraube stützt sich gegenüber einem ersten Bund der Bundhülse und die Bundhülse stützt sich über einen zweiten Bund gegenüber der ersten Wand ab. Auch dadurch wird eine flache Bauweise erreicht, die zudem auch wenig Bauraum in radialer Hinsicht beansprucht.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist zwischen dem Bund des als Gewindehülse ausgebildeten Halteorgans und der ersten Wand eine erste Scheibe mit einer mikrogezahnten Oberfläche angeordnet, welche sich in die erste Wand, die eine weichere Oberfläche aufweist, eindrückt. Damit wird der Vorteil einer Erhöhung des Reibwertes zwischen Metall und Kunststoff erreicht. Mikrogezahnte Oberflächen sind an sich bekannt, z. B. aus „Konstruktion 2013", Seite 62–65 (H. Schürmann, H. Elter: Beitrag zur Gestaltung von Schraubverbindungen bei Laminaten aus Faser-Kunststoff-Verbunden). Im Falle der bevorzugten Schraubverbindung bewirkt die Reibwerterhöhung eine Erhöhung der Reibkraft (parallel zur Wandoberfläche), sodass bei gleicher Vorspannkraft des Zugorgans ein größeres Kräftepaar zur Aufnahme des von außen eingeleiteten Belastungsmomentes zur Verfügung steht.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Konushülse einen Bund auf, welcher sich gegenüber der zweiten Wand abstützt. Über den Bund der Konushülse werden somit Axialkräfte des Kugelzapfens, vornehmlich resultierend aus der Verspannung mit dem Halteorgan, auf die zweite Wand übertragen.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist zwischen dem Bund der Konushülse und der zweiten Wand eine zweite Scheibe mit mikrogezahnter Oberfläche angeordnet. Damit ergibt sich auch auf der Außenfläche der zweiten Wand eine Erhöhung des Reibwertes und der daraus resultierenden Reibungskraft, sodass dem Belastungsmoment ein größeres Kräftepaar entgegenwirkt. Insgesamt wird das über den Kugelzapfen in die mehr-, insbesondere doppelwandige, Struktur eingeleitete Belastungsmoment einerseits über Reibschluss und andererseits über Formschluss übertragen, wobei der Formschluss quasi als Reserve bzw. Sicherheit fungiert, wenn der Reibschluss versagt (Übergang von der Haftreibung auf Gleitreibung).
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weisen die erste oder die zweite Scheibe mit mikrogezahnter Oberfläche abragende Stifte auf, welche formschlüssig in entsprechende Öffnungen in der ersten und/oder zweiten Wand und/oder des Distanzstückes eingreifen. Damit werden der Anteil des Formschlusses bei der Lasteinleitung erhöht und der Lochleibungsdruck der beanspruchten Flächen reduziert; es kann eine höhere Belastung von der FKV-Struktur aufgenommen werden.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Halteorgan, insbesondere der Bund der Gewindehülse Flächen oder Öffnungen auf, an dessen Umfang oder in dessen Öffnungen bzw. Aussparungen ein Montagewerkzeug formschlüssig angesetzt werden kann, wobei das Montagewerkzeug, insbesondere ausschließlich, für die Montage bei der Aufbringung der Vorspannung der Schraubverbindung verwendet wird.
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Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung sind bei einem Radträger für Kraftfahrzeuge in Faser-Kunststoff-Verbund-Bauweise Lastelemente mittels der erfindungsgemäßen Anordnung zur Verbindung von Fahrwerksbauteilen, insbesondere einer Schraubverbindung, befestigt. Dabei handelt es sich vorzugsweise um einen Radträger nach der älteren Anmeldung der Anmelderin mit dem amtlichen Aktenzeichen 10 2013 209 987.8, deren Inhalt vollumfänglich in den Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung einbezogen wird. Der Radträger der älteren Anmeldung weist eine erste als Innenschale ausgebildete und eine zumindest weitere zweite als Außenschale ausgebildete Wand auf, sodass sich eine mehr-, insbesondere doppelwandige, Struktur ergibt, an welcher mittels der Anordnung zur Verbindung von Fahrwerksbauteilen, insbesondere Schraubverbindung, Lasteinleitungselemente, vorzugweise metallische Kugelzapfen befestigt werden können. An dem Kugelzapfen greifen vorzugsweise Lenker oder Spurstangen an, welche Querkräfte bzw. Momente in die Struktur des Radträgers einleiten. Aufgrund der erfindungsgemäßen Verbindung, insbesondere Schraubverbindung, wird dabei die FKV-Struktur des Radträgers relativ gering beansprucht und minimal verformt.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben, wobei sich aus der Beschreibung und/oder der Zeichnung weitere Merkmale und/oder Vorteile ergeben können. Es zeigen
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1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung für eine Schraubverbindung zwischen einer FKV-Struktur und einem Kugelzapfen,
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2 ein zweites Ausführungsbeispiel für eine Schraubverbindung,
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3 ein drittes Ausführungsbeispiel für eine Schraubverbindung,
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4 ein viertes Ausführungsbeispiel für eine Schraubverbindung,
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5 ein fünftes Ausführungsbeispiel für eine Schraubverbindung und
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6 einen Radträger in FKV-Bauweise mit einer erfindungsgemäßen Schraubverbindung.
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Schraubverbindung 1 zwischen einer doppelwandigen Struktur, umfassend eine erste Wand 2 sowie eine zweite Wand 3, und einem Lasteinleitungselement 4, ausgebildet als metallischer Kugelzapfen 4. Die erste Wand 2 und die zweite Wand 3 der doppelwandigen Struktur bestehen aus einem Faser-Kunststoff-Verbund (FKV), welcher aus Lang- oder Endlosfasern und einer Matrixkomponente eines Kunstharzes aufgebaut ist. Die Fasern bilden dabei ein Textil, z. B. ein Gewebe mit einer beanspruchungsgerechten Ausrichtung der Fasern. Derartige FKV-Strukturen sind aus dem Stand der Technik bekannt, wobei teilweise auch die Bezeichnung Faser-Verbund-Kunststoff (FVK) gebräuchlich ist. Die nur teilweise dargestellte doppelwandige Struktur 2, 3 ist Teil eines größeren Bauteiles, in welches Kräfte aus einem anderen nicht dargestellten Bauteil über das Lasteinleitungselement 4 eingeleitet werden. Der Kugelzapfen 4 weist eine Längsachse a, einen Kugelkopf 4a, einen konischen Schaft 4b sowie ein Außengewinde 4c auf. Die erste Wand 2 weist eine Aussparung 2a und die zweite Wand 3 eine Aussparung 3a auf. Zwischen der ersten Wand 2 und der zweiten Wand 3 ist ein Distanzstück 5 angeordnet, welches eine koaxial zur Längsachse a angeordnete Durchgangsbohrung 5a aufweist. In die Aussparung 2a der ersten Wand 2 ist eine Gewindehülse 6 eingesetzt, welche ein Innengewinde 6a und einen Bund 6b aufweist. Das Außengewinde 4c des Kugelzapfens 4 ist mit dem Innengewinde 6a der Gewindehülse 6 verschraubt und bildet einen Gewindeabschnitt 7. In die Aussparung 3a der zweiten Wand 3 ist eine Konushülse 8 eingesetzt, welche mit ihrem zylindrischen Schaft in die Durchgangsbohrung 5a des Distanzstückes 5 hineinragt. Die Konushülse 8 weist einen Innenkonus 8a und einen Bund 8b auf. Der konische Schaft 4b oder Außenkonus 4b sitzt spielfrei in dem Innenkonus 8a und wird dort reibschlüssig gehalten. Die erste Wand 2 weist eine Außenfläche 2b, auch Außenkontur 2b genannt, und die zweite Wand 3 weist eine Außenfläche 3b auf, auch Außenkontur 3b genannt. Unmittelbar auf der Außenfläche 2b ist eine erste Scheibe 9 mit einer mikrogezahnten Oberfläche 9a angeordnet, während auf der Außenfläche 3b der zweiten Wand 3a eine zweite Scheibe 10 mit einer mikrogezahnten Oberfläche 10a angeordnet ist. Die erste und die zweite Scheibe 9, 10 sind Metallscheiben, deren mikrogezahnte Oberflächen 9a, 10a sich in die Kunststoffoberflächen 2b, 3b eingraben und damit den Reibwert erhöhen. Dieser Effekt ist aus der eingangs genannten Literaturstelle „Konstruktion 2013", Seite 62 – 66 bekannt. In dem Bund 6b, welcher auf der ersten Scheibe 9 aufliegt, sind, auf dem Umfang verteilt, Bohrungen 6c angeordnet, in welche Zapfen 11a eines Montagewerkzeuges 11 eingreifen. In der Stirnseite des Kugelzapfens 4 Ist ein Sackloch 4d mit einem Polygonquerschnitt, Innensechskant oder Innensechsrund angeordnet, in welches ein entsprechendes Montagewerkzeug (Inbusschlüssel) eingesetzt werden kann.
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Zur Herstellung einer belastbaren Schraubverbindung werden der Kugelzapfen 4 und die drehbar angeordnete Gewindehülse 6 über den Gewindeabschnitt 7 miteinander verschraubt und verspannt, wobei das Anzugsmoment über das Montagewerkzeug 11 und das Haltemoment über den Innensechskant 4d eingebracht werden. Über die somit erzeugte Vorspann- oder Zugkraft in Richtung der Längsachse a werden die mikrogezahnten Oberflächen 9a, 10a in die Außenflächen 2b, 3b eingepresst. Die erste Wand 2 wird gegenüber der zweiten Wand 3 über das Distanzstück 5, welches aus Metall oder Kunststoff hergestellt sein kann, abgestützt. Über den Kugelkopf 4a werden vorwiegend Querkräfte, d. h. im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse a in die FKV-Struktur 2, 3 eingeleitet, d. h. die Struktur 2, 3 wird durch ein Moment belastet. Dieses Belastungsmoment wird durch ein aus Reibkräften bestehendes Kräftepaar, welches in den Ebenen der Außenflächen 2b, 3b wirkt, aufgenommen. Damit entsteht eine relativ geringe Belastung für die doppelwandige Struktur 2, 3. Wie aus der Zeichnung erkennbar, ist der Gewindeabschnitt 7 im Wesentlichen, d. h. zum größten Teil innerhalb der Außenkontur 2b angeordnet, d. h. nur ein relativ geringer Anteil des Gewindeabschnittes 7 und der Gewindehülse 6 überragt die Außenkontur 2b. Die Befestigung des Lasteinleitungselementes 4 ist somit weitestgehend innerhalb der doppelwandigen Struktur 2, 3, d. h. deren Außenkonturen 2b, 3b untergebracht.
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2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung für eine erfindungsgemäße Schraubverbindung 101, wobei gleiche oder analoge Teile wie in 1 mit gleichen, jedoch um 100 erhöhten Bezugszahlen bezeichnet sind. Die Schraubverbindung 101 umfasst eine doppelwandige FKV-Struktur aus einer ersten Wand 102 und einer zweiten Wand 103, zwischen denen ein Distanzstück 105 angeordnet ist. In die Aussparung 102a ist eine Gewindehülse 106 eingesetzt, während in die Aussparung 103a ein Kugelzapfen 104 mit einem zylindrischen Schaft 104b eingesetzt ist. Der Kugelzapfen 104 weist einen Bund 104e auf, welcher sich an einer Scheibe 108 abstützt, welche auf der Außenfläche 103b der zweiten Wand 103 aufliegt. Der Kugelzapfen 104 weist an seinem dem Kugelkopf 104a abgewandten Ende ein Außengewinde 104c auf, welches mit dem Innengewinde 106a der Gewindehülse 106 verschraubt ist. In den Bund 106b der Gewindehülse 106 greift – analog dem ersten Ausführungsbeispiel – ein Montagewerkzeug 111 ein, welches nach der Montage der Schraubverbindung entfernt wird. Der Gewindeabschnitt 107, welcher den Kugelzapfen 104 mit der Gewindehülse 106 verbindet, ragt geringfügig über die Außenfläche 102b der ersten Wand 102 hinaus. Das über den Kugelkopf 104a eingeleitete Belastungsmoment wird auch bei dieser Schraubverbindung 101 reib- und formschlüssig übertragen, wobei die Reibungskräfte in der Ebene der Außenflächen 102b, 103b wirken und der Formschluss über den Umfang der Gewindehülse 106 in der Aussparung 102a und den zylindrischen Schaft 104b des Kugelzapfens 104 in der Aussparung 103a wirksam ist.
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3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung für eine Schraubverbindung 201, wobei für gleiche oder analoge Teile gleiche, jedoch um 200 erhöhte Bezugszahlen wie beim ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet werden. Zwischen der ersten und der zweiten Wand 202, 203 aus Faser-Kunststoff-Verbund (FKV) ist ein Distanzstück 205 mit einer Stufenbohrung 205a angeordnet. In den erweiterten Teil der Stufenbohrung 205a ragt eine Bundhülse 212 hinein, welche die Aussparung 202a der ersten Wand 202 durchsetzt. Innerhalb der Bundhülse 212 ist eine versenkte Mutter 206 mit einem Innengewinde 206a und einem auf der Bundhülse 212 aufliegenden Flansch 206b angeordnet. In die versenkte Mutter 206 ist das mit einem Außengewinde 204c versehene Ende des Kugelzapfens 204 eingeschraubt und bildet einen Gewindeabschnitt 207. Die versenkte Mutter 206 weist an ihrem Außenumfang vorzugsweise Sechskantflächen 206c auf, an welchen ein Drehwerkzeug zur Aufbringung eins Drehmoments angesetzt werden kann. Der Kugelzapfen 204 weist stirnseitig ein Sackloch mit einem Innensechskant oder Innensechsrund 204d für den Einsatz eines Drehwerkzeuges auf. Der konische Schaft 204b des Kugelzapfens 204 sitzt im Innenkonus der Konushülse 208, welche mit ihrem Bund 208b auf der Außenfläche 203b der zweiten Wand 203 aufliegt. Der Kugelzapfen 204 wird über die versenkte Mutter 206 verspannt, wobei sich die Vorspannung über die Bundhülse 212 auf der Außenfläche 202b der ersten Wand 202 abstützt. Das über den Kugelkopf 204a eingeleitete Belastungsmoment wird auch bei dieser Ausführungsform reib- und formschlüssig auf die FKV-Struktur 202, 203 übertragen.
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4 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung für eine Schraubverbindung 301, wobei für gleiche oder analoge Teile wie beim ersten Ausführungsbeispiel gleiche Bezugszahlen, jedoch um 300 erhöht, verwendet werden. Zwischen der doppelwandigen FKV-Struktur mit einer ersten Wand 302 und einer zweiten Wand 303 ist ein Distanzstück 305 mit einer Durchgangsbohrung 305a angeordnet. In die Aussparung 302a der ersten Wand 302 ist eine Bundhülse 312 eingesetzt, welche sich auf der Außenfläche 302b der ersten Wand 302 abstützt. In die Stufenbohrung der Bundhülse 312 ist eine Zylinderkopfschraube 306 mit Außengewinde 306a, Schraubenkopf 306b und Innensechskant 306c eingesetzt, d. h. der Schraubenkopf 306b ist gegenüber der ersten Wand 302 versenkt. In die Aussparung 303a der zweiten Wand 303 ist eine Konushülse 308 eingesetzt, die sich mit ihrem Bund 308b gegenüber der Außenfläche 303b der zweiten Wand 303 abstützt. Im Innenkonus 308a der Konushülse 308 ist der konische Schaft 304b des Kugelzapfens 304 reibschlüssig aufgenommen. Der Kugelzapfen 304 weist eine Sacklochbohrung mit einem Innengewinde 304c auf, in welche das Außengewinde 306a der Zylinderkopfschraube 306 eingeschraubt ist – dadurch wird der Gewindeabschnitt 307 gebildet, über welchen der Kugelzapfen 304 mit der Zylinderkopfschraube 306 verspannt ist. Der Kugelzapfen 304 sowie die Zylinderkopfschraube 306 weisen jeweils einen Innensechskant 304d bzw. 306c für den Einsatz eines Drehwerkzeuges (Inbusschlüssel) auf. Über den Kugelkopf 304a eingeleitete Lastmomente werden – wie oben erläutert – reib- und formschlüssig in die FKV-Struktur 302, 303 eingeleitet.
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5 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel der Erfindung für eine Schraubverbindung 401, die eine Weiterbildung des ersten Ausführungsbeispieles gemäß 1 darstellt. Es werden für gleiche oder analoge Teile gleiche Bezugszahlen, jedoch um 400 erhöht, verwendet. Zwischen der ersten Wand 402 und der zweiten 403, beide aus einem Faser-Kunststoff-Verbund hergestellt, ist ein Distanzstück 405 mit einer Durchgangsbohrung 405a und mit auf dem Umfang, konzentrisch zur Längsachse a des Kugelzapfens 404 verteilten Umfangsbohrungen 405b, 405c angeordnet. Auf den Außenflächen 402b, 403b der ersten und der zweiten Wand 402, 403 sind eine erste Scheibe 409 und eine zweite Scheibe 410 angeordnet, welche jeweils parallel zur Längsachse a abragende, auf dem Umfang verteilte Stifte 409a, 410a aufweisen. In der ersten Wand 402 und der zweiten Wand 403 sind entsprechende Zusatzbohrungen 402c, 403c angeordnet, welche mit den Umfangsbohrungen 405b, 405c fluchten und von den Stiften 409a, 410a durchsetzt werden. Damit wird eine Verbesserung des Formschlusses bei der Übertragung von Querkräften auf die FKV-Struktur erreicht. Gleichzeitig wird dadurch der Lochleibungsdruck auf die quer zur Längsachse a projizierte Fläche der Aussparungen 402a, 403a und der Zusatzbohrungen 402c, 403c reduziert. Beide Scheiben 409, 410 werden über die Gewindehülse 406 und den Kugelzapfen 404, welche über den Gewindeabschnitt 407 miteinander verschraubt sind, gegeneinander verspannt. Über den Kugelkopf 404a eingeleitete Querkräfte und Lastmomente werden einerseits reibschlüssig und andererseits durch einen verstärkten Formschluss auf die FKV-Struktur 402, 403 übertragen.
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6 zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung eine vorteilhafte Anwendung der erfindungsgemäßen Schraubverbindung 501 bei einem Radträger 500 für Kraftfahrzeuge. Der Radträger 500 ist in Faser-Kunststoff-Verbund-Bauweise hergestellt und zweischalig aufgebaut, d. h. er weist eine Außenschale 520 und eine Innenschale 521 auf. Am Radträger 500 ist ein Federbein 522 befestigt, welches den Radträger 500 gegenüber einer nicht dargestellten Karosserie des Fahrzeuges abstützt. Der Radträger 500 entspricht im Einzelnen dem Radträger, wie er in der älteren Anmeldung der Anmelderin mit dem amtlichen Aktenzeichen 10 2013 209 987.8 beschrieben ist – der Gegenstand der älteren Anmeldung wird, wie oben erwähnt, vollumfänglich in den Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung einbezogen. Im Hinblick auf die erfindungsgemäße Schraubverbindung 501 entspricht die Innenschale 521 der ersten Wand 502 und die Außenschale 520 der zweiten Wand 503; an dieser zweischaligen Struktur ist die Schraubverbindung 501 erfindungsgemäß befestigt. In der Zeichnung erkennt man den nach unten abragenden Kugelzapfen 504, das zwischen der ersten Wand 502 und der zweiten Wand 503 angeordnete Distanzstück 505 und oberhalb der ersten Wand 502 (innerhalb der Innenschale 521) den Bund der Gewindehülse 506. Am Kugelkopf des Kugelzapfens 504 greift vorzugsweise ein Querlenker an, über welchen Querkräfte bzw. ein Lastmoment in die FKV-Struktur des Radträgers 500 eingeleitet wird. Eine weitere Schraubverbindung mit einem Kugelzapfen 523 dient der Anlenkung einer nicht dargestellten Spurstange.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 101, 201, 301, 401, 501
- Schraubverbindung
- 2, 102, 202, 302, 402, 502
- erste Wand
- 2a, 102a, 202a, 302a, 402a
- Aussparung
- 2b, 102b, 202b, 302b, 402b
- Außenfläche
- 3, 103, 203, 303, 403, 503
- zweite Wand
- 3a, 103a, 203a, 303a, 403a
- Aussparung
- 3b, 103b, 203b, 303b, 403b
- Außenfläche
- 4, 104, 204, 304, 404, 504
- Lasteinleitungselement, Kugelzapfen
- 4a, 104a, 204a, 304a, 404a
- Kugelkopf
- 4b, 104b, 204b, 304b, 404b
- zylindrischer / konischer Schaft
- 4c, 104c, 204c
- Außengewinde
- 4d, 104d, 204d, 304d
- Innensechskant
- 5, 105, 205, 305, 405, 505
- Distanzstück
- 5a, 305a, 405a
- Durchgangsbohrung
- 6, 106, 406, 506,
- Halteorgan, Gewindehülse
- 6a, 106a, 206a
- Innengewinde
- 6b, 106b
- Bund
- 6c
- Bohrung, Aussparung
- 7, 107, 207, 307, 407
- Gewindeabschnitt
- 8, 208, 308, 408
- Konushülse
- 8a, 208a, 308a
- Innenkonus
- 8b, 208b, 308b
- Bund
- 9, 409
- erste Scheibe
- 9a
- mikrogezahnte Oberfläche
- 10, 410
- zweite Scheibe
- 10a
- mikrogezahnte Oberfläche
- 11, 111
- Montagewerkzeug
- 11a
- Zapfen
- 104e
- Bund
- 108
- Scheibe
- 205a
- Stufenbohrung
- 206
- versenkte Mutter
- 206b
- Flansch
- 206c
- Sechskantflächen
- 212
- Bundhülse
- 304c
- Innengewinde
- 305a
- Durchgangsbohrung
- 306
- Zylinderkopfschraube
- 306a
- Außengewinde
- 306b
- Schraubenkopf
- 306c
- Innensechskant
- 312
- Bundhülse
- 402c, 403c
- Zusatzbohrung, Aussparung
- 405a
- Durchgangsbohrung
- 405b, 405c
- Umfangsbohrung, Aussparung
- 409a, 410a
- Stift
- 500
- Radträger
- 520
- Außenschale
- 521
- Innenschale
- 522
- Federbein
- 523
- Kugelzapfen
- a
- Längsachse/Kugelzapfen
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007053120 A1 [0003]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- „Konstruktion 2013“, Seite 62–65 (H. Schürmann, H. Elter: Beitrag zur Gestaltung von Schraubverbindungen bei Laminaten aus Faser-Kunststoff-Verbunden) [0021]
- „Konstruktion 2013“, Seite 62 [0034]
