DE102017126580A1

DE102017126580A1 - Anordnung, umfassend ein Bauteil aus nicht-metallischem Material und ein Anschlussteil zur Befestigung an einem weiteren Maschinenteil

Info

Publication number: DE102017126580A1
Application number: DE102017126580.5A
Authority: DE
Inventors: Benjamin Wübbolt-Gorbatenko
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2017-11-13
Filing date: 2017-11-13
Publication date: 2019-05-16

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung (1), umfassend ein Bauteil (2) aus nicht-metallischem Material und ein Anschlussteil (3) zur Befestigung an einem weiteren Maschinenteil, wobei das Bauteil (2) und das Anschlussteil (3) drehfest miteinander verbunden sind. Um eine effektive Übertragung eines Drehmoments ohne hohe Lastspitzen im nicht-metallischen Material des Bauteils zu ermöglichen, sieht die Erfindung vor, dass das Bauteil (2) zumindest in einem axialen Endbereich hohlzylindrisch ausgebildet ist und eine radial äußere Profilierung (4) und eine radial innere Profilierung (5) aufweist, dass das Anschlussteil (3) aus einem abschnittsweise hohlzylindrisch ausgebildeten Außenteil (6) und einem Innenteil (7) besteht, das konzentrisch zum Außenteil (6) angeordnet ist, wobei das Außenteil (6) eine radial innere Profilierung (8) aufweist, die kongruent zur radial äußeren Profilierung (4) des Bauteils (2) ausgebildet ist, wobei das Innenteil (7) eine radial äußere Profilierung (9) aufweist, die kongruent zur radial inneren Profilierung (5) des Bauteils (2) ausgebildet ist, und wobei das Bauteil (2) mit seinem axialen Endbereich in einem radialen Zwischenraum zwischen der radial inneren Profilierung (8) des Außenteils (6) und der radial äußeren Profilierung (9) des Innenteils (7) angeordnet ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Anordnung, umfassend ein Bauteil aus nicht-metallischem Material und ein Anschlussteil zur Befestigung an einem weiteren Maschinenteil, wobei das Bauteil und das Anschlussteil drehfest miteinander verbunden sind.
Hintergrund der Erfindung
Eine gattungsgemäße Anordnung wird beispielsweise benötigt, um in einem Wankstabilisator eines Kraftfahrzeugs ein leichtes, aus Faserverbundmaterial (CFK-Material: kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff) bestehendes Rohr mit einem Anschlussteil zu verbinden.
Aus der DE 199 30 444 C5 ist eine Stabilisatoranordnung für ein Kraftfahrzeug bekannt, bei der eine Verbindung zwischen einem rohrförmigen Stabilisatorabschnitt und einem flanschartig ausgebildeten Anschlussbauteil hergestellt wird. Hierbei wird zur Verbindung der aus Stahl bestehenden Teile ein Schweißverfahren eingesetzt, welches im Falle der Ausgestaltung des Stabilisator-Rohres aus Faserverbundmaterial nicht anwendbar ist.
In der EP 1 255 056 A2 ist ein Stabilisatorbauteil beschrieben, welches aus einem leichten faserverstärkten Kompositmaterial besteht.
Soll insbesondere bei einem Stabilisator für ein Kraftfahrzeug das leichte, aus Faserverbundmaterial bestehende Material für einen rohrförmiges Abschnitt des Stabilisators eingesetzt werden, reichen die vorbekannten Verbindungstechnik nicht aus, um im Betrieb des Stabilisator hinreichend hohe Drehmomente dauerhaft übertragen zu können, ohne das leichte Faserverbundmaterial über Gebühr zu beanspruchen.
Üblicherweise werden bislang derartige Bauteile, z. B. aus CFK, mit einem Metallbauteil über eine Wellen-Naben-Verbindung gefügt. Bei dieser Art von Verbindung treten hohe Pressungen im Bereich der Flanken der Profilierung auf, wodurch das nicht-metallische Material leicht geschädigt wird. Insbesondere bei hoch beanspruchten Bauteilen ist es schwierig, solche Verbindungen in einem vergleichbaren Bauraum unterzubringen, wie es bei Verbindungen zwischen zwei Stahlbauteilen der Fall ist.
Aufgabe der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs genannten Art so fortzubilden, dass auch beim Einsatz eines leichten Faserverbundmaterials insbesondere in einem Stabilisator eines Kraftfahrzeugs eine dauerhafte Übertragung eines hinreichend hohen Drehmoments gewährleistet ist. Es soll also eine effektive Übertragung eines Drehmoments ohne hohe Lastspitzen im nicht-metallischen Material des Bauteils ermöglicht werden. Dabei soll die Anordnung einen geringen Bauraumbedarf haben.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil aus nicht-metallischem Material zumindest in einem axialen Endbereich hohlzylindrisch ausgebildet ist und eine radial äußere Profilierung und eine radial innere Profilierung aufweist, dass das Anschlussteil aus einem abschnittsweise hohlzylindrisch ausgebildeten Außenteil und einem Innenteil besteht, das konzentrisch zum Außenteil angeordnet ist, wobei das Außenteil eine radial innere Profilierung aufweist, die kongruent zur radial äußeren Profilierung des Bauteils ausgebildet ist, wobei das Innenteil eine radial äußere Profilierung aufweist, die kongruent zur radial inneren Profilierung des Bauteils ausgebildet ist, und wobei das Bauteil mit seinem axialen Endbereich in einem radialen Zwischenraum zwischen der radial inneren Profilierung des Außenteils und der radial äußeren Profilierung des Innenteils angeordnet ist.
Die Anordnung ist vorzugsweise Bestandteil eines Stabilisators einer Radaufhängung eines Kraftfahrzeugs.
Die Profilierungen des Bauteils, des Außenteils und des Innenteils sind bevorzugt als Vielkeilprofil ausgebildet.
Das Anschlussteil weist vorzugsweise in seinem vom Bauteil abgewandten axialen Endbereich eine Stirnverzahnung auf.
Demgemäß stellt das vorgeschlagene Konzept eine flanschartige Verbindungsanordnung zur Verfügung, die für die Verbindung mindestens zweier Bauteile geeignet ist. Eine derartige Anordnung ist insbesondere für einen Stabilisator (insbesondere für einen elektromechanischen Wankstabilisator) oder für eine Drehstabfeder eines Kraftfahrzeugs vorteilhaft, da hier ein leichtes, aus Faserverbundmaterial bestehendes Rohr mit einem Anschlussbauteil drehfest gekoppelt werden muss, ohne dass hohe Spannungen im Rohr entstehen.
Gegenüber vorbekannten Lösungen wird somit ein Verbindungsverfahren zwischen einem Stahlbauteil und einem nicht-metallischen Bauteil zur Verfügung gestellt, wobei es sich bei dem nicht-metallischen Bauteil insbesondere um ein solches aus faserverstärktem Material (z. B. CFK) handeln kann.
In vorteilhafter Weise hat die vorgeschlagene Lösung nur einen geringen Bauraumbedarf im Vergleich zu klassischen Stahlbauteilen.
Das nicht-metallische Bauteil wird demnach über eine spezielle Wellen-Naben-Verbindung mit dem Stahlbauteil gefügt. Die Wellen-Naben-Verbindung ist nach Art einer Keilwellen-Verbindung ausgestaltet. Zur Übertragung hoher Drehmomente bei geringem Bauraum wird die zweiteilige Ausgestaltung des Anschlussteils vorgesehen. Durch diese Anordnung kann die Anzahl der Zähne der Wellen-Naben-Verbindung hoch sein, wodurch die Belastung bzw. Pressung an jedem einzelnen Zahn gering gehalten werden kann.
Die vorgeschlagene Anordnung kann sehr vorteilhaft bei der Realisierung in hohen Stückzahlen vorgesehen werden.
Ein bevorzugter Einsatzfall ist ein (Wank-) Stabilisator eines Kraftfahrzeugs.
Figurenliste
In den Figuren ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

1 in perspektivischer Darstellung eine Anordnung bestehend aus einem Rohr aus nicht-metallischem Material und einem Anschlussteil, die Bestandteile eines Stabilisators eines Kraftfahrzeugs sind,
2a die Vorderansicht und
2b den Radialschnitt (gemäß dem Schnitt A-A gemäß 2a) durch die Anordnung nach 1,
3 in verschiedenen Ansichten sowie in perspektivischer Darstellung das Außenteil des Anschlussteils gemäß 2 und
4 in verschiedenen Ansichten sowie in perspektivischer Darstellung das Innenteil des Anschlussteils gemäß 2.

Ausführliche Beschreibung der Figuren
In 1 und 2 ist eine Anordnung 1 (Flanschanordnung) dargestellt, die aus einem hohlzylindrischen, rohrförmigen Bauteil 2 aus nicht-metallischem Material besteht sowie aus einem Anschlussteil 3, das mit dem Bauteil 2 drehfest verbunden ist. Das Bauteil 2 besteht insbesondere aus faserverstärktem Material, z. B. aus CFK, während das Anschlussteil 3 aus Stahl besteht.
Ziel ist es, auf engem Bauraum eine drehfeste Verbindung herzustellen, die die Übertragung hoher Drehmomente erlaubt und dennoch das insoweit empfindliche Material des Bauteils 2 nicht über Gebühr beansprucht.
Hierzu weist das Bauteil 2 entweder über seine gesamte axiale Erstreckung oder gegebenenfalls auch nur in einem axialen Endbereich eine radial äußere Profilierung 4 und eine radial innere Profilierung 5 auf (siehe insbesondere 1).
Das Anschlussteil 3, dessen zusammenwirkende Teile 6 und 7 in den 3 und 4 dargestellt sind, ist zweiteilig gestaltet. Das Außenteil 6 des Anschlussteils 3 ist als äußere Hülse gestaltet, die eine radial innere Profilierung 8 aufweist. Auch das Innenteil 7 des Anschlussteils 3 ist hülsenförmig gestaltet und weist über einen Teil seiner axialen Erstreckung eine radial äußere Profilierung 9 auf.
Wie sich am besten aus 2b ergibt, liegt zwischen der radial inneren Profilierung 8 des Außenteils 6 und der radial äußeren Profilierung 9 des Innenteils 7 ein Ringspalt vor, der zum Eintritt des axialen Endes des Bauteils 2 ausgebildet und vorgesehen ist. Die Profilierungen 4, 5, 8 und 9 sind dabei zueinander passend ausgebildet, wie es am besten aus 1 ersichtlich ist.
Zur Anbindung des Anschlussteils 3 an ein (nicht dargestelltes) weiteres Bauteil weist das Anschlussteil 3 in seinem einen axialen Endbereich eine Stirnverzahnung 3 (Hirth-Verzahnung) auf. Diese erlaubt die Übertragung hoher Drehmomente. Eine solche Stirnverzahnung kann vor allem genutzt werden, um das Anschlussteil 3 mit einem elektromechanischen Aktuator eines Wankstabilisators zu verbinden.
Wie aus der Zusammenschau der Figuren ersichtlich ist, weist das Innenteil 7 einen Verzahnungsabschnitt 11 auf, der beim Zusammenbau des Außenteils 6 mit dem Innenteil 7 in die radial innere Profilierung 8 des Außenteils 6 passt und in diese eingreift und so die beiden Teile 6 und 7 drehfest miteinander verbindet.
Aus dem Durchmesserunterschied der radial äußeren Profilierung 9 des Innenteils 7 und dem Verbindungsabschnitt 11 (siehe 4) ergibt sich die radiale Erstreckung des Ringraums, in dem das axiale Ende des Bauteils 2 Platz findet.
Durch die vorgeschlagene Ausgestaltung ergibt sich ein Formschluss zwischen dem Bauteil 2 und dem Anschlussteil 3, der die Übertragung hoher Drehmomente ohne übermäßige Beanspruchung des Materials des Bauteils 2 erlaubt. Durch die vorgeschlagene Ausgestaltung werden die Spannungen insbesondere im Material des Bauteils 2 gering gehalten.
Bezugszeichenliste

1: Anordnung
2: Bauteil aus nicht-metallischem Material
3: Anschlussteil
4: radial äußere Profilierung des Bauteils
5: radial innere Profilierung des Bauteils
6: Außenteil des Anschlussteils
7: Innenteil des Anschlussteils
8: radial innere Profilierung des Außenteils
9: radial äußere Profilierung des Innenteils
10: Stirnverzahnung
11: Verzahnungsabschnitt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19930444 C5 [0003]
EP 1255056 A2 [0004]

Claims

Anordnung (1), umfassend ein Bauteil (2) aus nicht-metallischem Material und ein Anschlussteil (3) zur Befestigung an einem weiteren Maschinenteil, wobei das Bauteil (2) und das Anschlussteil (3) drehfest miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (2) zumindest in einem axialen Endbereich hohlzylindrisch ausgebildet ist und eine radial äußere Profilierung (4) und eine radial innere Profilierung (5) aufweist, dass das Anschlussteil (3) aus einem abschnittsweise hohlzylindrisch ausgebildeten Außenteil (6) und einem Innenteil (7) besteht, das konzentrisch zum Außenteil (6) angeordnet ist, wobei das Außenteil (6) eine radial innere Profilierung (8) aufweist, die kongruent zur radial äußeren Profilierung (4) des Bauteils (2) ausgebildet ist, wobei das Innenteil (7) eine radial äußere Profilierung (9) aufweist, die kongruent zur radial inneren Profilierung (5) des Bauteils (2) ausgebildet ist, und wobei das Bauteil (2) mit seinem axialen Endbereich in einem radialen Zwischenraum zwischen der radial inneren Profilierung (8) des Außenteils (6) und der radial äußeren Profilierung (9) des Innenteils (7) angeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie Bestandteil eines Stabilisators einer Radaufhängung eines Kraftfahrzeugs ist.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilierungen (4, 5, 8, 9) des Bauteils (2), des Außenteils (6) und des Innenteils (7) als Vielkeilprofil ausgebildet sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlussteil (3) in seinem vom Bauteil (2) abgewandten axialen Endbereich eine Stirnverzahnung (10) aufweist.