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Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Verbindungsanordnung zur Verbindung von wenigstens zwei Bauteilen miteinander mittels eines Befestigungsmittels, wobei die Bauteile jeweils eine Ausnehmung aufweisen, wobei die Ausnehmungen entlang einer Verbindungsachse angeordnet sind und das Befestigungsmittel durch die Ausnehmungen der Bauteile hindurchgeführt ist, wobei in einem funktionsgemäßen Verbindungszustand der Verbindungsanordnung die Bauteile durch eine axial in Richtung der Verbindungsachse aufgebrachte Vorspannkraft miteinander verspannt sind, und wobei in der Ausnehmung wenigstens eines Bauteils eine Verbindungshülse angeordnet ist, durch die das Befestigungsmittel hindurchgeführt ist. Ferner betrifft die Erfindung eine Verbindungshülse für eine Verbindungsanordnung zur Verbindung von wenigstens zwei Bauteilen miteinander mittels eines Befestigungsmittels.
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Bei gattungsgemäßen Verbindungsanordnungen, wie sie beispielsweise mit einer Schraube als Befestigungsmittel zur Verschraubung eines Querlenkerlagers mit einem Hinterachsträger eines zweispurigen Kraftfahrzeugs eingesetzt werden, hängt die maximal übertragbare Scherkraft von einer erzeugten Reibkraft zwischen den Bauteilen ab bzw. von einer zwischen dem Befestigungsmittel und den miteinander zu verbindenden Bauteilen erzeugten Reibkraft. Dabei ist die Reibkraft wiederum abhängig von einer axial entlang der Verbindungsachse auf das Befestigungsmittel aufgebrachten Vorspannkraft sowie von dem Reibwert der Bauteile bzw. des Befestigungsmittels.
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Ist die zu übertragende Kraft größer als die Reibkraft können sich die Bauteile gegeneinander bewegen bzw. gegeneinander scheren, d.h. die Reibkraft hält der zu übertragenden Kraft nicht stand. Dies muss bei sicherheitsrelevanten Verbindungsanordnungen jedoch unbedingt verhindert werden, damit es nicht zu einem Abscheren des Befestigungsmittels und damit zu einem Versagen der Verbindung kommt.
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Das bedeutet, dass bei einer gattungsgemäßen, vorbeschriebenen Verbindungsanordnung der Materialnutzungsgrad in Bezug auf die Abstützung von Scherkräften in etwa nur dem Reibwert entspricht, welcher im Schnitt zwischen 0,09 und 0,16 liegt. D.h. bei einer gattungsgemäßen, vorbeschriebenen Verbindungsanordnung beträgt der Materialausnutzungsgrad nur in etwa 10-20 % von dem Materialnutzungsgrad einer Verbindungsanordnung, bei der eine Abstützung der Scherkräfte über eine reine Formschlussverbindung erfolgt.
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Durch Setzen der Verbindung, das zu einer Verringerung bzw. sogar zu einem Verlust der Vorspannung führen kann, durch Betriebsbelastungen, wie beispielsweise Temperaturbelastungen, oder durch eine Verringerung des Reibwertes der Bauteile bzw. des Befestigungsmittels kann es ferner zu einer Verringerung der Reibkraft oder sogar zu einem Verlust der Reibkraft kommen.
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Somit sind für sicherheitsrelevante Verbindungsanordnungen entsprechend hohe Vorspannkräfte erforderlich, welche auch nach einer Verringerung der Vorspannkraft oder der Reibwerte weiterhin eine sichere Übertragung der auftretenden Kräfte ermöglichen.
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Ferner ist bei in axialer Richtung auftretenden Fertigungs- bzw. Montagetoleranzen der miteinander zu verbindenden Bauteile, d.h. wenn die Bauteile nicht bereits ohne eine aufgebrachte Vorspannkraft aneinander anliegen, vor dem Aufbringen der eigentlichen Vorspannkraft zum Erzeugen der erforderlichen Reibkraft ein Abstand zwischen den Bauteilen in axialer Richtung auszugleichen, damit überhaupt eine Reibkraft zwischen den Bauteilen übertragen werden kann. Dies wird in der Regel durch einen entsprechenden, zusätzlichen Vorspannkraftanteil bewirkt wird. D.h. Verbindungsanordnungen mit in axialer Richtung auftretenden Toleranzen der Bauteile erfordern noch höhere Vorspannkräfte. Sehr hohe Vorspannkräfte können jedoch zu einer Deformation der Bauteile im Verbindungsbereich führen, was insbesondere bei Bauteilen aus sprödem Material, wie zum Beispiel bei Bauteilen aus faserverstärktem Kunststoff, insbesondere bei aus SMC (Sheet Molding Compound) hergestellten Bauteilen oder bei Bauteilen aus Aluminium-Druckguss, unerwünscht ist, da eine zu starke Deformation, insbesondere eine zu starke Biegung, zum Versagen der Bauteile im Verbindungsbereich führen kann und damit zu einem Versagen der Verbindung.
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Somit sind für gattungsgemäße Verbindungsanordnungen, die sehr hohe Vorspannkräfte erfordern, entsprechend groß dimensionierte Befestigungsmittel sowie entsprechend groß dimensionierte Bauteile erforderlich, was sich nachteilig auf das Gewicht der Verbindungsanordnung auswirkt. Und größer dimensionierte Bauteile erfordern wiederum höhere Vorspannkräfte, um axiale Toleranzen auszugleichen.
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Insbesondere bei gattungsgemäßen Verbindungsanordnungen in Form von Zwei-Laschen-Verbindungsanordnungen, bei denen eines der zu verbindenden Bauteile zwei gegenüberliegende, sich im Wesentlichen parallel erstreckende Verbindungslaschen aufweist, und das andere Bauteil sich in einen Bereich zwischen den Verbindungslaschen hinein erstreckt und das sich zwischen die Verbindungslaschen erstreckende Bauteil in einem funktionsgemäßen Verbindungszustand durch eine mittels des Befestigungsmittels aufgebrachte Vorspannkraft zwischen den Verbindungslaschen eingespannt ist, kann es durch hohe erforderliche Vorspannkräfte zu einer unerwünschten Biegung der Laschen nach innen kommen, insbesondere wenn axiale Toleranzen ausgeglichen werden müssen.
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Zur Reduzierung der Vorspannkraft einer gattungsgemäßen Schraubverbindung, insbesondere bei einer Zwei-Laschen-Schraubverbindung, schlägt die
DE 10 2010 046 768 A1 beispielsweise vor, eine Schraube mit einem speziellen Schraubenhülsenelement mit Innengewinde einzusetzen, das jeweils an beiden Verbindungslaschen abgestützt ist. Durch die Abstützung des Schraubenhülsenelementes an den Verbindungslaschen kann zusätzlich zur Reibkraft, mit dem das sich zwischen die Verbindungslaschen erstreckende Bauteil zwischen den Verbindungslaschen verspannt ist, eine zusätzliche Abstützung bewirkt werden, so dass bei gleicher Vorspannkraft höhere Scherkräfte aufgenommen werden können. Die beschriebene Verbindungsanordnung ermöglicht jedoch keinen Ausgleich von Toleranzen in axialer Richtung.
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Außerdem schlägt die
DE 39 10 644 A1 eine Vorrichtung zum Verbinden zweier teleskopartig zueinander angeordneter Teile vor, bei der während des Anziehens der Mutter auf den inneren Teil nur geringe Kräfte wirken und bei der sich das Spiel zwischen einer Hülse und dem äußeren Teil nicht so nachteilig auswirkt. Außerdem legt sich während des Anziehens der Mutter die Hülse an die Wandung der Öffnung größerer Weite an und gleicht somit durch die Fertigung evtl. entstandenes Spiel aus. Zusätzlich ergeben sich durch diese radiale Anlage Klemmkräfte, um die die axial und auf den inneren Teil wirkenden Kräfte gemindert werden, so dass dieser, wenn er als Hohlprofil ausgebildet ist, nicht verformt wird. Mittels eines Konus kann die Hülse gespreizt werden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine alternative Verbindungsanordnung für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, welche einen Ausgleich axialer Toleranzen, insbesondere axialer Fertigungs- und Montagetoleranzen, ermöglicht, insbesondere ohne dass höhere Vorspannkräfte erforderlich sind.
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Gelöst wird diese Aufgabe für ein Kraftfahrzeug durch eine Verbindungsanordnung mit den Merkmalen von Anspruch 1 mit einer Verbindungshülse entsprechend Anspruch 8. Vorteilhafte sowie bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Ansprüche und werden im Folgenden näher erläutert. Der Wortlaut der Ansprüche wird durch ausdrückliche Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht. Manche der nachfolgenden, genannten Merkmale werden, um Wiederholungen zu vermeiden, teilweise nur einmal beschrieben, d.h. nur im Zusammenhang mit der Verbindungsanordnung, der Verbindungshülse oder dem Kraftfahrzeug, gelten jedoch unabhängig voneinander sowohl für das Verbindungsanordnung, als auch für die Verbindungshülse sowie für das Kraftfahrzeug.
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Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug mit einer Zwei-Laschen-Verbindungshülsen- Verbindungsanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug eine Verbindungsanordnung aufweist, bei der das sich zwischen die Verbindungslaschen erstreckende Bauteil ein Gummilager ist und wobei die Verbindungslaschen wenigstens im Bereich einer Ausnehmung aus Kunststoff hergestellt sind.
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Bei dieser zwei-Laschen-Verbindungsanordnung, bei der eines der zu verbindenden Bauteile zwei gegenüberliegende, sich im Wesentlichen parallel erstreckende Verbindungslaschen aufweist, die jeweils eine Ausnehmung aufweisen, weist das andere Bauteil, das sich in einen Bereich zwischen den Verbindungslaschen hineinerstreckt, ebenfalls eine Ausnehmung auf. Dabei ist das Befestigungsmittel durch die Ausnehmungen in den Verbindungslaschen und durch die Ausnehmung des zwischen den Verbindungslaschen angeordneten Bauteils hindurchgeführt. Die Verbindungshülse ist in diesem Fall in der Ausnehmung wenigstes einer Verbindungslasche angeordnet. In einem funktionsgemäßen Verbindungszustand ist das sich zwischen die Verbindungslaschen erstreckende Bauteil durch die aufgebrachte Vorspannkraft zwischen den Verbindungslaschen eingespannt. Die Keilfläche der Verbindungshülse bewirkt, dass eine über das Befestigungsmittel axial aufgebrachte Vorspannkraft zu einer radialen Vorspannkraft im Bereich der Verbindungshülse führt, so dass diese in einem funktionsgemäßen Verbindungszustand zumindest teilweise radial in der Ausnehmung der Verbindungslasche verspannt ist.
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Dabei ist eine Ausdehnung der Verbindungshülse in axialer Richtung entlang der Verbindungsachse größer ist als die Dicke des zugehörigen Bauteils im Bereich der Ausnehmung und die Verbindungshülse weist wenigstens eine Keilfläche auf, wobei die Keilfläche bewirkt, dass eine über das Befestigungsmittel axial aufgebrachte Vorspannkraft zu einer radialen Vorspannkraft im Bereich der Verbindungshülse führt, so dass die Verbindungshülse in einem funktionsgemäßen Verbindungszustand der Verbindungsanordnung zumindest teilweise radial in der Ausnehmung des Bauteils verspannt ist.
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Die in axialer Richtung aufgebrachte Vorspannkraft bewirkt eine auftretenden Scherkräften entgegenwirkende Reibkraft zwischen den Bauteilen und damit eine Abstützung der Bauteile.
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Durch die in die Ausnehmung wenigstens eines Bauteils eingesetzte Verbindungshülse, deren Ausdehnung in axialer Richtung größer ist als die Dicke des zugehörigen Bauteils im Bereich der Ausnehmung, so dass die Verbindungshülse an wenigstens einer Seite über die Ausnehmung des zugehörigen Bauteils hervorsteht, können bei entsprechender axialer Ausdehnung der Verbindungshülse, d.h. bei entsprechender Breite der Verbindungshülse, eventuell vorhandene, axiale Toleranzen ausgeglichen werden. Bevorzugt steht die Verbindungshülse dabei zu beiden Seiten der Ausnehmung hervor bzw. über die Ausnehmung heraus.
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Durch diese erfindungsgemäße Kraftfahrzeug-Verbindungsanordnung kann somit eine infolge axialer Toleranzen auftretende Deformation zuverlässig vermieden werden, so dass mit einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung insbesondere spröde Bauteile, insbesondere aus einem Faserverbundkunststoff, beispielsweise CFK oder SMC, oder aus Aluminiumdruckguss besonders vorteilhaft verbunden werden können.
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Ferner bewirkt die vorzugsweise umlaufend, d.h. über den gesamten Umfang ausgebildete, Keilfläche der Verbindungshülse bzw. die Keilfläche der Verbindungshülse zusammen mit einer korrespondierend zur Keilfläche ausgebildeten weiteren Keilfläche der Verbindungsanordnung, dass aus einer in axialer Richtung aufgebrachten Vorspannkraft eine radiale Kraftkomponente erzeugt wird, welche eine radiale Verspannung der Verbindungshülse in der Ausnehmung bewirken kann, so dass die Verbindungshülse fest mit dem Befestigungsmittel verspannt werden kann, wodurch eine verbesserte Abstützung auftretender Scherkräfte erreicht werden kann.
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Die korrespondierende Keilfläche ist dabei bevorzugt durch die Verbindungshülse selber, eines der Bauteile oder durch das Befestigungsmittel selbst gebildet. Die Größe der radialen Kraft hängt dabei unmittelbar von einem Keilwinkel ab, mit welchem die Keilfläche zur Verbindungsachse geneigt ist bzw. sich erstreckt.
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Wenigstens ein Keilwinkel beträgt bevorzugt 50° bis 80°, insbesondere 55° bis 75°. Als besonders vorteilhaft hat sich ein Keilwinkel zwischen 60° und 70° erwiesen. Ein weiterer Keilwinkel einer korrespondierend zur Keilfläche des ersten Keilwinkels ausgebildeten Keilfläche beträgt bevorzugt entsprechend 100° bis 130°, besonders bevorzugt 105° bis 125°, insbesondere 110° bis 120°.
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Die Ausnehmung ist dabei eine Öffnung bzw. ein Loch, vorzugsweise ein Durchgangsloch, insbesondere ein kreisförmiges oder ein langlochförmiges Durchgangsloch.
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Das Befestigungsmittel ist bevorzugt eine Schraube, wobei die Schraube zur Erzeugung der Vorspannkraft besonders bevorzugt mit einer Schraubenmutter verschraubt ist, d.h. bevorzugt ist eine erfindungsgemäße Verbindungsanordnung als Schraubverbindung ausgebildet. In einer alternativen Ausgestaltung kann die Schraube zur Erzeugung der Vorspannkraft aber auch mit einer Blindnietmutter verschraubt sein. Selbstverständlich kann das Befestigungsmittel auch ein Niet oder dergleichen sein. Geeignet ist prinzipiell jedes Befestigungsmittel, das zum Aufbringen einer entsprechenden Vorspannkraft geeignet ist bzw. zum Erzeugen einer entsprechenden Klemmung.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Verbindungshülse aus wenigstens zwei, in axialer Richtung unmittelbar nebeneinander bzw. übereinander angeordneten Hülsenabschnitten gebildet, die jeweils zumindest teilweise einen keilförmigen Ringquerschnitt aufweisen mit jeweils einer Keilfläche, wobei die Hülsenabschnitte derart angeordnet und ausgebildet sind, dass die Keilflächen einander zugewandt sind und korrespondierende Keilwinkel aufweisen, so dass eine in axialer Richtung aufgebrachte Vorspannkraft beim Herstellen der Verbindungsanordnung zunächst ein Abgleiten bzw. ein Übereinanderschieben der benachbarten Hülsenquerschnitte an den Keilflächen bewirkt und später eine radiale Verspannung wenigstens von Teilen der Verbindungshülse in der Ausnehmung.
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Besonders bevorzugt weist wenigstens ein Hülsenabschnitt einen trapezförmigen Ringquerschnitt mit zwei Keilflächen auf. Durch eine Verbindungshülse mit einem derartigen Hülsenabschnitt kann zwischen dem Hülsenabschnitt und einem korrespondierend zu den Keilflächen des Hülsenabschnitts ausgebildeten, angrenzenden Bauteil bzw. einem angrenzenden Befestigungsmittel zusätzlich zu einem Kraftschluss, d.h. einer Reibkraft, ein Formschluss erzeugt werden. Dadurch kann eine noch weiter verbesserte Abstützung der Scherkräfte erreicht werden, wodurch der Materialausnutzungsgrad erhöht werden kann. Infolgedessen kann insbesondere das Befestigungsmittel kleiner dimensioniert werden. Aber auch die Bauteile, insbesondere die Verbindungslaschen einer Zwei-Laschen-Verbindung mit einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung können kleiner dimensioniert werden, so dass ein sekundärer Leichtbaueffekt erreicht werden kann.
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In einer besonders bevorzugten, alternativen Ausgestaltung weist die Verbindungsanordnung eine Verbindungshülse auf, die durch einen einzigen Hülsenabschnitt gebildet ist, wobei der Hülsenabschnitt wenigstens einen zumindest teilweise keilförmigen Ringquerschnitt mit einer Keilfläche aufweist, vorzugsweise einen trapezförmigen Ringquerschnitt mit zwei Keilflächen, und wobei das in axialer Richtung an den Hülsenabschnitt angrenzende Bauteil und/oder das Befestigungsmittel eine korrespondierend zur Keilfläche des Hülsenabschnitts ausgebildete Keilfläche aufweist.
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Bevorzugt weist die Verbindungsanordnung wenigstens einen Hülsenabschnitt auf, der ein geschlitzter Ring ist, besonders bevorzugt ein geschlitzter Kreisring oder ein geschlitzter Ovalring oder ein langlochförmiger Ring. Durch den Schlitz kann eine radiale Steifigkeit des Hülsenabschnitts stark reduziert werden, so dass sich der Hülsenabschnitt infolge einer radialen Kraft leicht weiten kann und somit für einen festen Sitz in der Ausnehmung bereits mit einer geringen radialen Kraft verspannt werden kann.
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Eine erfindungsgemäße Verbindungshülse ist dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungshülse für eine erfindungsgemäße Verbindungsanordnung ausgebildet ist und in eine Ausnehmung eines Bauteils einsetzbar ist, wobei die Verbindungshülse wenigstens eine Keilfläche aufweist, die bei einer funktionsgemäßen Anordnung der Verbindungshülse in einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung bewirkt, dass das Aufbringen einer axialen Vorspannkraft über das Befestigungsmittel zu einer radialen Vorspannkraft im Bereich der Verbindungshülse führt, so dass die Verbindungshülse in einem funktionsgemäßen Verbindungszustand der Verbindungsanordnung zumindest teilweise radial in der Ausnehmung des Bauteils verspannt ist.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Verbindungshülse aus wenigstens zwei, in axialer Richtung übereinander angeordneten Hülsenabschnitten gebildet, die jeweils zumindest teilweise einen keilförmigen Ringquerschnitt aufweisen mit jeweils einer Keilfläche, wobei die Hülsenabschnitte derart ausgebildet und in einer funktionsgemäßen Anordnung der Verbindungshülse in einer Verbindungsanordnung derart in der Ausnehmung eines Bauteils angeordnet werden können, dass die Keilflächen einander zugewandt sind und korrespondierende Keilwinkel aufweisen, so dass eine in axialer Richtung aufgebrachte Vorspannkraft beim Herstellen der Verbindungsanordnung zunächst ein Abgleiten der Hülsenquerschnitte an den Keilflächen bewirkt und später eine radiale Verspannung wenigstens von Teilen der Verbindungshülse in der Ausnehmung.
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Besonders bevorzugt weist dabei wenigstens ein Hülsenabschnitt einen trapezförmigen Ringquerschnitt mit zwei Keilflächen auf.
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In einer besonders bevorzugten, alternativen Ausgestaltung ist die Verbindungshülse nur durch einen einzigen Hülsenabschnitt gebildet, wobei der Hülsenabschnitt wenigstens einen zumindest teilweise keilförmigen Ringquerschnitt mit einer Keilfläche aufweist, vorzugsweise einen trapezförmigen Ringquerschnitt mit zwei Keilflächen.
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Bevorzugt ist wenigstens ein Hülsenabschnitt ein geschlitzter Ring, besonders bevorzugt ein geschlitzter Kreisring oder ein geschlitzter Ovalring oder ein langlochförmiger Ring.
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Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug ist dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile mittels einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung miteinander verbunden sind.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung weist das Kraftfahrzeug eine erfindungsgemäße Verbindungsanordnung in Form einer Zwei-Laschen-Verbindungsanordnung auf, wobei das sich zwischen die Verbindungslaschen erstreckende Bauteil vorzugsweise ein Gummilager ist.
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Besonders bevorzugt sind dabei die Verbindungslaschen wenigstens im Bereich der Ausnehmung aus Kunststoff hergestellt, vorzugsweise aus faserverstärktem Kunststoff, insbesondere aus SMC (Sheet Molding Compound).
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs weist das Kraftfahrzeug ein Faserverbund-Bauteil und ein Aluminium-Bauteil auf, die mittels einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung miteinander verbunden sind, wobei das Faserverbund-Bauteil vorzugsweise ein CFK-Schubfeld ist und das Aluminium-Bauteil vorzugsweise ein Aluminium-Achsträger.
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Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen und aus der Beschreibung auch aus den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich genommen schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels weiter erläutert, wobei die Erfindung dazu in den beigefügten Zeichnungen schematisch dargestellt ist. 1a zeigt einen Ausschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung in Schnittdarstellung, 1b einen Hülsenabschnitt einer erfindungsgemäßen Verbindungshülse in Einzelteildarstellung, 2a ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung in Schnittdarstellung und 2b den Hülsenabschnitt aus 1a. 3a zeigt einen Ausschnitt eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung in Schnittdarstellung, während 3b zwei unterschiedliche Ausführungsformen eines Hülsenabschnitts einer erfindungsgemäßen Verbindungshülse in Einzelteildarstellung zeigt. Die 4, 5, und 6a zeigen jeweils ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung bzw. einen Ausschnitt davon in Schnittdarstellung. 6b zeigt die Verbindungshülse bzw. den Hülsenabschnitt aus 6a. Erfindungswesentlich können dabei sämtliche näher beschriebenen Merkmale sein.
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1a zeigt einen Ausschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung 10, die als sogenannte Zwei-Laschen-Verbindungsanordnung 10 ausgeführt ist, in Schnittdarstellung. Die Verbindungsanordnung 10 weist eine Schraube 11 mit einem Schraubenkopf 11a auf, welche durch eine Ausnehmung einer Verbindungslasche 12 sowie einer weiteren, hier nicht dargestellten Lasche eines ersten Bauteils 12 sowie durch eine Ausnehmung eines zweiten Bauteils 15 hindurchgeführt ist.
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Die Lasche 12 ist dabei Teil eines Achsträgers und das Bauteil 15 ein Gummilager in Form eines Querlenkerlagers, das zwischen der Lasche 12 sowie der weiteren, hier nicht dargestellten Lasche mittels der Schraube 11 verspannt bzw. zwischen den Laschen eingespannt und somit am Achsträger befestigt werden kann.
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Die Darstellung in 1a zeigt die Verbindungsanordnung 10 während der Herstellung der Verbindungsanordnung, d.h. in einem noch nicht funktionsgemäßen Verbindungszustand, d.h. das Gummilager 15 ist in diesem Zustand der Verbindungsanordnung 10 noch nicht zwischen den Laschen eingespannt bzw. verspannt. Insbesondere ist noch keine Vorspannkraft in axialer Richtung, d.h. entlang einer Verbindungsachse, aufgebracht.
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Zum Herstellen eines funktionsgemäßen Verbindungszustands der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung 10 wird die Schraube 11 mit ihrem hier nicht dargestellten Ende mit einer Mutter, beispielsweise mit einer herkömmlichen Sechskantmutter oder dergleichen derart verschraubt, dass eine vordefinierte, erforderliche axiale Vorspannkraft auf die Verbindungsanordnung 10 aufgebracht wird, so dass zwischen den Laschen und dem Gummilager und der Verbindungshülse 19 ausreichend große Reibkräfte erzeugt werden, um eine ausreichende Abstützung von auf die Verbindungsanordnung einwirkenden Scherkräften F, die senkrecht zur Verbindungsachse wirken, zu ermöglichen.
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In die Ausnehmung der Lasche 12 ist eine erfindungsgemäße Verbindungshülse 19 eingesetzt, wobei die Verbindungshülse 19 bei diesem Ausführungsbeispiel aus drei Hülsenabschnitten 13, 14a und 14b zusammengesetzt ist, die jeweils durch einen geschlitzten Kreisring gebildet sind, wie er beispielhaft für den Hülsenabschnitt 13 in 1b dargestellt ist. Dabei weist der Hülsenabschnitt 13 einen trapezförmigen Ringquerschnitt auf und die Hülsenabschnitte 14a und 14b jeweils einen zumindest teilweise keilförmigen bzw. zumindest teilweise dreieckförmigen Ringquerschnitt.
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Die erfindungsgemäße Verbindungshülse 19 mit ihren drei Hülsenabschnitten 13, 14a und 14b erstreckt sich dabei in axialer Richtung zu beiden Seiten über die Lasche 12 hinaus, d.h. die Ausdehnung der erfindungsgemäßen Verbindungshülse 19 in axialer Richtung entlang der Verbindungsachse ist größer als eine Dicke bzw. Breite der Lasche 12 im Bereich der Ausnehmung. Dadurch kann ein axialer Ausgleich von Toleranzen, insbesondere von Fertigungs- und/oder Montagetoleranzen zwischen dem Gummilager 15 und dem Bauteil mit der Lasche 12 und der hier nicht dargestellten zweiten Lasche erreicht werden, so dass eine Biegung der Laschen nach innen beim Aufbringen einer entsprechend großer Vorspannkraft vermieden werden kann. Infolgedessen können die Laschen bzw. eine an diese angrenzende Nachbarstruktur kleiner dimensioniert werden, wodurch sich unmittelbar Einsparpotenziale in Bezug auf das Gewicht der Verbindungsanordnung 10 ergeben.
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Dabei weisen bei diesem Ausführungsbeispiel alle drei Hülsenabschnitte 13, 14a und 14b jeweils wenigstens eine Keilfläche 13', 14a' bzw. 14b' auf, welche korrespondierend zueinander ausgebildet sind. Die Keilflächen 13' erstrecken sich dabei jeweils in einem Winkel von ca. 70° zur Verbindungsachse bzw. der trapezförmige Hülsenabschnitt 13 weist an seiner der Schraube 11 zugewandten Seite Trapez-Innenwinkel von ca. 110° auf. Die Keilflächen 14a' und 14b' sind entsprechend korrespondierend dazu ausgebildet und bei diesem Ausführungsbeispiel entsprechend um einen Winkel von ca. 110° zur Verbindungsachse geneigt bzw. die Hülsenabschnitte 14a und 14b weisen an ihrer Innenseite jeweils einen Innenwinkel von ca. 70° auf.
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Wird eine axiale Vorspannkraft über den Schraubenkopf 11a auf den Hülsenabschnitt 14b der erfindungsgemäßen Verbindungshülse 19 übertragen, bewirken die Keilflächen 13', 14a' und 14b' der Hülsenabschnitte 13, 14a und 14b die Erzeugung einer radialen Kraftkomponente, welche dazu führt, dass sich der Hülsenabschnitt 13 radial ausweitet und somit radial in der Ausnehmung der Lasche 12 verspannt wird. Ferner werden die drei Hülsenabschnitte 13, 14a und 14b gegeneinander verspannt. Somit wird durch das Aufbringen einer Vorspannkraft ein Kraftschluss erzeugt. Dadurch kann eine verbesserte Abstützung auftretender Scherkräfte erreicht werden, insbesondere eine Verteilung der Scherkräfte über einen größeren Bereich der Schraube, wodurch lokale Kraftspitzen reduziert werden können und die Gefahr des Abscherens der Schraube reduziert werden kann.
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2a zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung 20, ebenfalls in Schnittdarstellung. Dieses Ausführungsbeispiel, das in einem funktionsgemäßen Verbindungszustand dargestellt ist, zeigt ebenfalls eine Zwei-Laschen-Verbindungsanordnung 20 wie 1a. Die Verbindungsanordnung 20 dient ebenfalls zur Verbindung eines Gummilagers 25 mit zwei Laschen 12 und 26 eines Achsträgers, wobei das Gummilager 25 mittels der Schraube 21 zwischen den Laschen 12 und 26 verspannt bzw. eingespannt ist.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die erfindungsgemäße Verbindungshülse 29 nur durch einen einzigen Hülsenabschnitt 13 mit einem trapezförmigen Ringquerschnitt gebildet, wobei dieser ebenfalls als geschlitzter Kreisring ausgebildet ist, siehe 2b.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel ist jedoch nicht jeweils links und rechts von dem Hülsenabschnitt 13 zur Erzeugung der radialen Kraft zur Verspannung des Hülsenabschnittes 13 in der Ausnehmung der Lasche 12 ein weiterer, ringförmiger Hülsenabschnitt vorgesehen, wie bei dem in 1a gezeigten Ausführungsbeispiel, sondern die korrespondierend zu den Keilflächen 13' des Hülsenabschnitts 13 ausgebildeten Keilflächen 25' und 21a' werden jeweils durch das Gummilager 25 bzw. den Schraubenkopf 21a gebildet.
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Dadurch sind neben dem Hülsenabschnitt 13 keine weiteren keilringförmigen Hülsenabschnitte mehr erforderlich.
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Mit einer derartigen Verbindungsanordnung 20 kann unmittelbar ein Formschluss zwischen dem Gummilager 25 und der Verbindungshülse 29 geschaffen werden und somit indirekt zwischen dem Gummilager 25 und der Lasche 12, wodurch eine deutlich verbesserte Abstützung von in die Verbindungsanordnung 20 eingeleiteten Scherkräften F erreicht werden kann, da diese nun nicht mehr nur über die Reibkraft abgestützt werden müssen. Infolgedessen erhöht sich der Materialnutzungsgrad. Ferner reichen zur Abstützung der auftretenden Kräfte geringere Reibkräfte aus. Folglich sind geringere Vorspannkräfte erforderlich und die Schraube 21 und/oder die Laschen 12 und 26 können kleiner dimensioniert werden, wodurch sich Einsparpotenziale in Bezug auf das Gewicht der Verbindungsanordnung 20 ergeben. Damit bewirkt eine erfindungsgemäße Verbindungsanordnung 20 sekundär einen Leichtbaueffekt.
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3a zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung 30 mit einem Gummilager 15, das mittels einer Schraube 11 mit einem Schraubenkopf 11a zwischen einer Lasche 32 sowie einer weiteren, hier nicht dargestellten Lasche eingespannt werden soll. In die Lasche 32, welche bei diesem Ausführungsbeispiel aus SMC (Sheet Molding Compound) hergestellt ist, d.h. aus einem Faserverbundwerkstoff, ist zum einen eine Ringhülse 38 aus V2a-Stahl eingesetzt sowie ferner eine erfindungsgemäße Verbindungshülse 39, welche bei diesem Ausführungsbeispiel aus zwei keilringförmigen Hülsenabschnitten 39a und 39b mit jeweils einem keilringförmigen Ringquerschnitt gebildet ist. Die beiden Hülsenabschnitte 39a und 39b weisen dabei jeweils eine Keilfläche 39a' bzw. 39b` auf, die korrespondierend zueinander angeordnet und ausgebildet sind. Auch in diesem Fall sind die Hülsenabschnitte 39a und 39b jeweils als geschlitzter Kreisring ausgebildet, siehe 3b. Es ist grundsätzlich aber auch denkbar, dass ein Hülsenabschnitt einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung langlochringförmig ausgebildet ist, beispielsweise wie der in 3b gezeigte Hülsenabschnitt 39c.
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4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung 40, wobei dieses Ausführungsbeispiel sich von dem in 1a gezeigtem Ausführungsbeispiel dahingehend unterscheidet, dass die Verbindungsanordnung 40 eine Lasche 32 aus SMC aufweist, in welche eine Ringhülse 38 aus V2a-Stahl eingesetzt bzw. eingepresst ist.
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5 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung 50, wobei diese Verbindungsanordnung 50 zur Verbindung eines Gummilagers 15 mit zwei Laschen eines Bauteils ausgebildet ist, wobei hier ebenfalls nur die Lasche 32 dargestellt ist. Die Lasche 32 ist bei diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls aus SMC hergestellt und weist eine eingesetzte Ringhülse 38 aus V2a-Stahl auf.
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In diesem Fall ist die erfindungsgemäße Verbindunghülse 59 aus zwei Hülsenabschnitten zusammengesetzt. Und zwar aus einem Hülsenabschnitt 13 mit einem trapezförmigen Ringquerschnitt und zwei Keilflächen 13' sowie einem Hülsenabschnitt 14a mit einem keilringförmigen Ringquerschnitt und einer Keilfläche 14a', die zu der in dieser Darstellung linken Keilfläche 13' korrespondierend ausgebildet ist. Eine zur rechten Keilfläche 13` korrespondierend ausgebildete Keilfläche 21a' wird vom Schraubenkopf 21a der Schraube 21 gebildet.
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In 6a ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung 60 gezeigt, wobei diese ebenfalls eine Zwei-Laschen-Verbindungsanordnung 60 ist mit zwei Laschen 32 und 66 aus SMC, in deren Ausnehmung jeweils eine Stahl-Ringhülse 38 bzw. 68 eingesetzt bzw. eingepresst ist. Zwischen den Laschen 32 und 66 ist ein Gummilager 25 mittels einer Schraube 21, die in eine gewöhnliche Sechskantmutter 27 eingeschraubt ist, eingespannt bzw. verspannt. Die Verbindungsanordnung 60 weist wie die vorherigen Verbindungsanordnungen ebenfalls eine erfindungsgemäße Verbindungshülse auf, und zwar eine Verbindungshülse 29, die wie bei dem in 2a gezeigten Ausführungsbeispiel aus einem einzigen Hülsenabschnitt 13 gebildet ist. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich dabei nur in der Ausgestaltung der Laschen 32 und 66 von dem in 2a dargestellten Ausführungsbeispiel.
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7 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer nicht erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung 70, wobei bei diesem Ausführungsbeispiel jedoch nicht ein Gummilager zwischen zwei Laschen eines weiteren Bauteils mittels einer Schraube verspannt ist, sondern welche zur Verbindung eines Schubfeldes 72 aus CFK mit einem Aluminium-Achsträger 76 aus Aluminiumdruckguss vorgesehen ist.
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Als Befestigungsmittel ist eine Schraube 71 vorgesehen, welche jedoch nicht mittels einer herkömmlichen Sechskantmutter verschraubt ist, sondern in eine, in den Aluminium-Achsträger 76 eingesetzte Blindnietmutter 74 eingreift, welche ein entsprechendes Innengewinde aufweist. In das CFK-Schubfeld 72 ist eine Verbindungshülse 79 eingesetzt, welche in diesem Fall durch einen einzigen Hülsenabschnitt 73 mit einem Anschlag gebildet wird.
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Der Hülsenabschnitt 79 weist dabei ebenfalls einen zumindest teilweise trapezförmigen Ringquerschnitt auf sowie zwei Keilflächen 73'. Die Verbindungshülse 79 weist in axialer Richtung auch bei diesem Ausführungsbeispiel eine größere Ausdehnung auf als das CFK-Schubfeld 72 und ermöglicht somit ebenfalls einen axialen Toleranzausgleich. Ferner bewirkt das Aufbringen einer axialen Vorspannkraft ebenfalls eine radiale Verspannung der Verbindungshülse 79 in der Ausnehmung des Bauteils 72 nach demselben Prinzip wie bei den in 2a und 6a gezeigten Ausführungsbeispielen mit der Verbindungshülse 29 bzw. dem Hülsenabschnitt 13.
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Die für eine Erzeugung der radialen Kraftkomponente erforderlichen, korrespondierend zu den Keilflächen 73` ausgebildeten Keilflächen 71' bzw. 74` werden dabei vom Schraubenkopf 71 bzw. von der Blindnietmutter 74 gebildet. Der Hülsenabschnitt 73 ist bevorzugt ebenfalls ein geschlitzter Kreisring. Um eine verbesserte axiale Verspannung der Bauteile zu erreichen und somit einen verbesserten Kraftschluss, weist die Verbindungshülse 79 bzw. der Hülsenabschnitt 73 in einem an den Schraubenkopf der Schraube 71 angrenzenden Bereich entsprechende hakenförmige Anschläge auf, die aus der Ausnehmung herausragen und das CFK-Schubfeld „hinterhaken“.
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Wie bei dem anhand von 6a beschriebenen Ausführungsbeispiel wird bei der nicht erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung 70 zusätzlich ein Formschluss erzeugt, welcher ebenfalls eine verbesserte Abstützung von Scherkräften bewirkt.
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8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer nicht erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung 80, die wie das in 7 gezeigte Ausführungsbeispiel zur Verbindung eines CFK-Schubfeldes 72 mit einem Achsträger 76 aus Aluminiumdruckguss vorgesehen ist, wobei in den Achsträger 76 ebenfalls eine Blindnietmutter 84 mit einem Innengewinde zur Aufnahme der Schraube 81 eingesetzt ist. Die Blindnietmutter 84 und die Schraube 81 weisen in diesem Fall jedoch keine Keilfläche auf bzw. keinen zumindest teilweise keilringförmigen Ringquerschnitt.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die nicht erfindungsgemäße Verbindungshülse 89 der Verbindungsanordnung 80 durch die beiden Hülsenabschnitte 89a und 89b gebildet, welche jeweils eine Keilfläche 89a' bzw. 89b' aufweisen, die korrespondierend zueinander ausgebildet sind, um aus einer axial aufgebrachten Vorspannkraft eine radiale Kraftkomponente zu erzeugen und somit eine radiale Verspannung des Hülsenabschnittes 89a in dem CFK-Schubfeld 72 zu bewirken.
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Selbstverständlich ist eine Vielzahl von Abwandlungen, insbesondere von konstruktiven Abwandlungen bzw. mit den unterschiedlichsten Kombinationen der vorbeschriebenen Merkmale zu den erläuterten Ausführungsbeispielen möglich, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80
- Verbindungsanordnung
- 11, 21, 71, 81
- Sechskantschraube
- 11 a, 21a
- Schraubenkopf
- 12, 32
- erste Lasche
- 13
- trapezförmiger Hülsenabschnitt
- 13`
- Keilfläche des trapezförmigen Hülsenabschnittes
- 14a, 14b
- keilringförmiger Hülsenabschnitt
- 14a', 14b'
- Keilfläche des keilringförmigen Hülsenabschnittes
- 15, 25
- Gummilager
- 25'
- Keilfläche des Gummilagers
- 26, 66
- zweite Lasche
- 27
- Sechskantmutter
- 19, 29, 39, 59, 79, 89
- Verbindungshülse
- 38, 68
- Stahlringhülse
- 39a, 39b,39c
- keilringförmiger Hülsenabschnitt
- 39a', 39b`
- Keilfläche des keilringförmigen Hülsenabschnittes
- 72
- CFK-Schubfeld
- 73, 83a
- Hülsenabschnitt mit Anschlag
- 73`
- Keilfläche des Hülsenabschnitts mit Anschlag
- 74, 84
- Blindnietmutter
- 74`
- Keilfläche der Blindnietmutter
- 76
- Aluminium-Achsträger
- 83b
- keilringförmiger Hülsenabschnitt
- 83b'
- Keilfläche des keilringförmigen Hülsenabschnittes
- F
- Scherkraft
