DE102021131454A1

DE102021131454A1 - Lager mit Lagerelementen

Info

Publication number: DE102021131454A1
Application number: DE102021131454.2A
Authority: DE
Inventors: Jörg Eickstädt
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2021-11-30
Filing date: 2021-11-30
Publication date: 2023-06-01

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Lager (10) mit Lagerelementen, umfassend eine Lagerkonsole (12), einen Lagerkern (20) und Verbindungsmitteln. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Lagerkonsole (12), der Lagerkern (20) und die Verbindungsmittel derart ausgebildet sind, dass eine Kaltschweißverbindung zwischen den Kontaktflächen (22a - e) von zumindest zwei Bauteilen möglich ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Lager mit Lagerelementen gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Art.
Im Fahrzeugbau bestehen Achsen üblicherweise aus vielen Einzelteilen, die durch ein Lager miteinander verbunden werden. Über das Lager kann neben der Verbindung der Einzelteile auch eine Einstellbarkeit der Achse realisiert werden. So können beispielsweise Sturz und Spur über die Verbindung, beispielsweise eine Schraubverbindung des Lagers verändert werden. In der Regel werden für die Schraubverbindungen Langlochausführungen im Zusammenspiel mit Exzenterschrauben und einer entsprechenden den Exzenterschraubenkopf umgreifenden Führung verwendet.
Im Allgemeinen ist die Robustheit gegen ein Verrutschen dieser Schraubverbindungen abhängig von vielen Einflussfaktoren, die aus der Bauweise des Fahrzeugs resultieren. Ein Verrutschen der Schraubverbindung ist beispielsweise abhängig von dem Fahrzeuggewicht, der Kinematik der Achse, der Vorspannkraft der Verschraubung, dem Setzverhalten der Verschraubung oder den Reibwerten innerhalb des Schraubverbundes. Bekannte Lösungsansätze bei einem Verrutschen der Verschraubung sind unter anderem eine Erhöhung der Vorspannkraft oder der Reibwerte oder die Verwendung eines größeren Schraubendurchmessers für die Schraubverbindung. Die genannten Lösungsansätze implizieren einen hohen organisatorischen Änderungsaufwand im Fertigungsprozess, nachteilige Auswirkungen auf den Bauraum, finanzielle Mehraufwendungen bei der Fertigung des Fahrzeugs und eine Erhöhung des Preises für Einzelteile.
Eine bekannte Möglichkeit der Verbindung von zwei vorwiegend metallischen Bauteilen bereits bei Raumtemperatur stellt das Kaltverschweißen dar. Durch eine hohe Oberflächengüte beider Bauteile werden starke Anziehungskräfte zwischen den Metallatomen der Kontaktflächen erzeugt und es entsteht eine stabile, permanente Verbindung der Bauteile.
Die DE 919 451 C beschreibt ein Verfahren und die Mittel zum Verbinden eines Einsatzstückes, beispielsweise einer Schraube, mit einem Aufnahmeteil. Das Einsatzstück und das Aufnahmeteil bestehen dabei aus kaltschweißbarem Metall und das Einsatzstück und das Aufnahmeteil sind durch eine Kaltverschweißung verbunden. Das Einsatzstück und das Aufnahmeteil sind dabei ineinander versenkbar ausgebildet.
Die DE 1 069 955 B offenbart Schrauben oder Muttern, die mit einer Unterlage so in Verbindung gebracht werden, dass die Flächenpressung kurz vor Erreichen des gewünschten Axialdrucks einen Schmelzvorgang zwischen der Stirnfläche der Schraube oder Mutter und der Unterlage eintreten lässt. Bei dem Schmelzvorgang handelt es sich um eine einer Kaltverschweißung ähnlichen Verbindung.
Aus DE 2222721 A1 ist ein mittels eines Schlüssels verschließbaren Kraftstoffschloss, insbesondere für Kraftfahrzeuge bekannt, in dem bestimmte Teile der Schließeinrichtung durch ein Kaltschweißverfahren verbunden sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde Lager mit Lagerelementen gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Art derart weiterzubilden, dass unter Vermeidung genannter Nachteile zumindest zwei Bauteile und/oder das Verbindungselement durch jeweils eine Kaltschweißverbindung zwischen Kontaktflächen verbunden sind.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 in Verbindung mit seinen Oberbegriffsmerkmalen gelöst.
Die Unteransprüche bilden vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
In bekannter Art und Weise wird ein Lager genutzt um eine Verbindung zwischen beweglichen Lagerelementen herzustellen. Die Lagerelemente umfassen dabei neben einer Welle, beispielsweise einer Schraube, einen Lagerkern, eine in das Bauteilen eingebrachten Verbindungsaufnahme und optional ein Verschlusselement, beispielsweise eine Mutter.
Erfindungsgemäß sind die Lagerkonsole, der Lagerkern und die Verbindungsmittel derart ausgebildet, dass eine Kaltschweißverbindung zwischen den Kontaktflächen von zumindest zwei Bauteilen möglich ist
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Kaltschweißverbindung jeweils zwischen den Kontaktflächen von der Lagerkonsole, dem Lagerkern und den Verbindungsmitteln ausgebildet. Die Kaltverschweißungen liefern eine ausreichende Robustheit des Lagers gegen ein Verrutschen der einzelnen Lagerelemente.
Vorzugsweise ist die Kaltschweißverbindung zwischen den Kontaktflächen von der Lagerkonsole und dem Lagerkern ausgebildet. Dadurch wird ein Verrutschen des Lagerkerns relativ zur Lagerkonsole verhindert, während das Verbindungsmittel weiterhin beweglich bleibt.
In einer weiteren vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sind zumindest die Kontaktflächen der Kaltschweißverbindung aus Metall ausgebildet. Dadurch können Materialkosten gespart werden.
Bevorzugt sind zumindest die Kontaktflächen der Kaltschweißverbindung materialgleich ausgebildet. Durch eine Materialgleichheit weisen die Kontaktflächen starke Anziehungskräfte untereinander auf und verbinden dies Kontaktflächen zu einem stabilen Atomgitter.
Vorzugsweise weisen zumindest die Kontaktflächen eine Materialähnlichkeit auf. Die Anforderungen an die Materialien der Kontaktflächen können dadurch unterschiedlich sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weisen zumindest die Kontaktflächen der Kaltschweißverbindung eine Oberflächengüte x im Bereich x ≤ 1,5 µm auf. Durch die niedrige Rauigkeit der Kontaktflächen wird der Effekt des Kaltverschweißens verstärkt und dadurch die Anziehungskräfte der Kontaktflächen gesteigert.
Vorzugsweise sind die Verbindungsmittel als eine Schraubverbindung mit Verbindungselementen, umfassend einer Schraube, zumindest einer umlaufenden Führung, zumindest einer Schraubaufnahme, zumindest einer Scheibe und einer Mutter ausgebildet. Durch die Schraubverbindung ist eine Einstellung der Anpresskraft der Kontaktflächen möglich.
Bevorzugt sind die Schraubaufnahmen als Langlochausführung, die Schraube als eine Exzenterschraube und die Führung als eine hufeisenförmige Führung ausgebildet. Die Exzentrizität der Exzenterschraube zeigt sich dabei durch einen in Umfangsrichtung bereichsweise radial verlängerten Schraubenkopf. Ein Zusammenwirken der Exzenterschraube mit der Langlochausführung und mit der hufeisenförmigen Führung ermöglicht eine einstellbare, rutschfeste Schraubverbindung zwischen zwei ineinander greifenden Lagerelemente, wobei die Positionierung der Lagerelemente relativ zueinander eingestellt werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Schraubverbindung mit einem vorbestimmten Anzugsmoment festgezogen. Durch das Festziehen mit einem vorbestimmten Anzugsmoment kann eine Automatisierung des Festziehens realisiert werden.
Vorzugsweise wird das Lager an einer Fahrzeugachse eingesetzt.
Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel.
In der Zeichnung bedeutet:

1 eine Seitenansicht des an einer Fahrzeugachse angebrachten Lagers; und
2 eine Schnittansicht des Lagers in Längsrichtung.

In 1 und 2 ist ein Lager 10, umfassend eine Lagerkonsole 12 und einen Lagerkern 20 dargestellt. Die Lagerkonsole 12 und der Lagerkern 20 sind über eine Verbindung verbunden. Die Verbindung umfasst eine zylinderförmige Schraube, vorzugsweise eine Exzenterschraube 14, eine Verbindungsaufnahme, vorzugsweise eine Langlochausbildung 26 und ein Verschlusselement, vorzugsweise eine Mutter 24. Die Exzenterschraube 14 wird von einer auf der Lagerkonsole 12 angeordneten hufeisenförmigen ersten Führung 16a teilweise umschlossen. Die erste Führung 16a ist an zwei Verbindungsstellen 18 mit der Lagerkonsole 12 verbunden.
Die Exzenterschraube 14 im Zusammenspiel mit der hufeisenförmigen ersten Führung 16a und dem Langloch 26 führt zu einer Einstellbarkeit der Positionierung der Lagerkonsole 12 relativ zum Lagerkern 20 und ermöglicht zusätzlich einen durch die Konstruktion vorbestimmten Bewegungsspielraum der Verbindung, siehe 2. Die Richtung der Einstellbarkeit ist durch die Erstreckung des Langlochs 26 vorgegeben.
Die Exzenterschraube 14 weist in 1 einen mehreckigen Angriffskörper 28 für ein Drehmoment an einem freien Ende auf. Mit diesem Angriffskörper 28 lässt sich die Verbindung einstellen.
Die 1 zeigt, dass das Lager 10 beispielsweise zur Verbindung von Bauteilen an Fahrzeugsachsen eingesetzt wird.
2 zeigt eine Schnittansicht des Lagers 10 entlang einer Längsachse durch Exzenterschraube 14. Der Lagerkern 20 ist dabei mehrteilig aufgebaut.
Die Exzenterschraube 14 liegt mit der der Lagerkonsole 12 zugewandten Kontaktfläche 22a an der Lagerkonsole 12 an. Zwischen dem ersten Rahmenteil 12a und dem zweiten Rahmenteil 12b der Lagerkonsole 12 ist der Lagerkern 20 angeordnet. Die beiden Enden des Lagerkerns 20 liegen dabei an den gegenüberliegend angeordneten Flächen 22b, 22c der Lagerkonsole 12 an.
An dem dem Angriffskörper 28 gegenüberliegenden freien Ende der Exzenterschraube 14 ist eine Mutter 24 angebracht. Zwischen der Mutter 24 und dem zweiten Rahmenteil 12b ist eine Exzenterscheibe 30 angebracht, die konzentrisch die Exzenterschraube 14 vollständig umschließt. Die Mutter 24, die Exzenterscheibe 30 und das zweite Rahmenteil 12b liegen jeweils aneinander an, sodass zwei weitere Kontaktflächen 22d, 22e ausgebildet sind. Um die Exzenterscheibe 30 ist auf dem zweiten Rahmenteil 12b eine hufeisenförmige zweite Führung 16b angebracht. Durch ein Zusammenwirken der Exzenterschraube 14 mit der Exzenterscheibe 30 und der Mutter 24 entstehen die Kontaktflächen 22a - e.
Die Kontaktflächen 22a - e sind so ausgebildet, dass durch das Wirken eines vorbestimmten Drehmoments am Angriffskörper 28 und der Mutter 24 eine Anpresskraft vorliegt, die zumindest eine Kaltschweißverbindung ausbildet. Durch die zumindest eine Kaltschweißverbindung können größere Kräfte übertragen werden, als bei rein auf Reibung beruhenden Verbindungen.
Die Kontaktflächen 22a - e sind aus kaltschweißbarem Metall ausgebildet und weisen eine Oberflächengüte kleiner gleich 1,5 µm auf. Die Kontaktflächen 22a - e sind materialgleich ausgebildet. In einer anderen Ausführungsform weisen die Kontaktflächen 22a - e eine Materialähnlichkeit auf, die eine Kaltschweißverbindung ermöglicht.
Durch das Ausbilden der Kontaktflächen 22a - e zu kaltschweißfähigen Kontaktflächen wird eine permanente, kostengünstige und rutschfeste Verbindung der verschiedenen Bauteile 12a, 12b, 14, 30, 24 des Lagers 10 ermöglicht. Durch das Auftreten des Kaltschweißeffekts nach einer bestimmten Zeit lässt sich das Lager 10 während der Fertigung einstellen.
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.
Zitierte Patentliteratur

DE 919451 C [0005]
DE 1069955 B [0006]
DE 2222721 A1 [0007]

Claims

Lager (10) mit Lagerelementen, umfassend eine Lagerkonsole (12), einen Lagerkern (20) und Verbindungsmitteln, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerkonsole (12), der Lagerkern (20) und die Verbindungsmittel derart ausgebildet sind, dass eine Kaltschweißverbindung zwischen den Kontaktflächen (22a - e) von zumindest zwei Bauteilen möglich ist.
Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kaltschweißverbindung jeweils zwischen den Kontaktflächen (22a - e) von der Lagerkonsole (12), dem Lagerkern (20) und den Verbindungsmitteln ausgebildet ist.
Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kaltschweißverbindung zwischen den Kontaktflächen (22b, 22c) von der Lagerkonsole (12) und dem Lagerkern (20) ausgebildet ist.
Lager nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Kontaktflächen (22a - e) der Kaltschweißverbindung aus Metall ausgebildet sind.
Lager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Kontaktflächen (22a - e) der Kaltschweißverbindung materialgleich ausgebildet sind.
Lager nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Kontaktflächen (22a - e) der Kaltschweißverbindung eine Oberflächengüte x im Bereich x ≤ 1,5 µm aufweisen.
Lager nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsmittel als eine Schraubverbindung mit Verbindungselementen, umfassend einer Schraube, zumindest einer umlaufenden Führung, zumindest einer Schraubaufnahme, zumindest einer Scheibe (30) und einer Mutter (24) ausgebildet sind.
Lager nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubaufnahmen als Langlochausführung (26), die Schraube als eine Exzenterschraube (14) und die Führung als eine hufeisenförmige Führung (16a, 16b) ausgebildet sind.
Lager nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Schraubverbindung mit einem vorbestimmten Anzugsmoment festgezogen ist.
Lager nach einem der vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (10) an einer Fahrzeugachse eingesetzt wird.