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Die Erfindung betrifft einen zwischen zwei Lenkungskomponenten ausgebildeten Schraubverband nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Ein gattungsgemäßer Schraubverband ist beispielsweise aus der
DE 10 2016 204 568 A1 bekannt. Es handelt sich hierbei um eine Schraubverbindung zwischen einem ersten Bauteil, welches als Gabelstück zur Aufnahme eines Gelenkes für eine Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeugs ausgebildet ist, und einem zweiten Bauteil, bei welchem es sich um einen Lager- oder Aufschraubzapfen eines Aktuators der Hinterachslenkung handelt. Der Aufschraubzapfen der Vorrichtung nach der
DE 10 2016 204 568 A1 kann mit einer Spindel eines Spindelantriebs verbunden und axial gleitend in einem Aktuatorgehäuse geführt werden. Jedes der beiden miteinander verbundenen Bauteile weist eine Auflagefläche auf, wobei die Auflageflächen durch einen Schraubbolzen gegeneinander verspannt sind. Ferner sind durch die Bauteile der Vorrichtung nach der
DE 10 2016 204 568 A1 zylindrische Passflächen in Form einer zylindrischen Außenfläche und einer zylindrischen Innenfläche ausgebildet.
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Die
DE 10 2014 225 644 A1 offenbart eine Lenkstangenanordnung mit einer hinsichtlich des Lenkhubs begrenzten, axial beweglich gelagerten Lenkstange. Die Lenkstangenanordnung umfasst ein Lenkhubbegrenzungselement, welches zwischen einem Spurstangengelenk und einem funktional mit der Lenkstange verbundenen Lenkungselement angeordnet ist. Das als Anschlag dienende Lenkhubbegrenzungselement kann einen elastisch verformbaren Abschnitt umfassen. Nach der Lehre der
DE 10 2014 225 644 A1 eignet sich als Lenkhubbegrenzungselement insbesondere ein Ritzel, ein Druckstück oder eine Kugelgewindemutter. Damit soll es möglich sein, vorhandene Lenkungselemente, die zur Aufnahme von hohen Kräften ausgelegt sind, zusätzlich für die Lenkhubbegrenzung zu nutzen. Innerhalb der Vorrichtung nach der
DE 10 2014 225 644 A1 existieren mehrere ringscheibenförmige Anschlagflächen.
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Eine in der
DE 10 2018 201 428 A1 beschriebene Schraubverbindung in einer Lenkung eines Fahrzeugs umfasst ein Schraubbauteil und ein Verbindungsbauteil, wobei das Schraubbauteil eine zylindrische Abstützeinrichtung aufweist, die an einer Wandung des Verbindungsbauteils anliegt. Hierbei liegt die zylindrische Abstützeinrichtung an einer korrespondierend ausgebildeten zylinderförmigen Innenwandung des Verbindungsbauteils an.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gegenüber dem Stand der Technik weiterentwickelten Schraubverband für Fahrwerksanwendungen anzugeben, welcher sich durch ein besonders günstiges Verhältnis zwischen Material- und Fertigungsaufwand einerseits und Stabilität andererseits auszeichnet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Schraubverband mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Gemäß Anspruch 10 ist der Schraubverband insbesondere für die Verwendung in einer Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeugs geeignet.
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Der Schraubverband umfasst zwei Lenkungskomponenten, nämlich eine Schubstange und eine Gabel, wobei mittels einer koaxial in eine der beiden Lenkungskomponenten eingeschraubten und hierbei durch eine in der anderen Lenkungskomponente befindliche Öffnung durchgesteckten Schraube eine ringscheibenförmige Stirnfläche der einen Lenkungskomponente gegen eine ebenfalls ringscheibenförmige Fläche der anderen Lenkungskomponente gepresst ist, und wobei durch die Lenkungskomponenten einander kontaktierende zylindrische Passflächen ausgebildet sind. Zumindest bei einer der beiden Lenkungskomponenten ist ein Übergangsbereich zwischen der ringscheibenförmigen Fläche und der zylindrischen Passfläche ausgebildet, welcher mindestens zwei verschiedene Krümmungsradien aufweist.
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Die Erfindung geht von der Überlegung aus, durch die Verrundung von Kanten, auch bei Teilen von Schraubverbindungen, Spannungsspitzen verringert werden können.
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Darüber hinaus kann durch solche Verrundungen vermieden werden, dass eine scharfkantige Kontur eines ersten Bauteils beim Zusammenbau in eine Kontur eines zweiten Bauteils eingedrückt wird. Von daher sind großzügig dimensionierte Verrundungen, das heißt große Krümmungsradien, grundsätzlich zu begrüßen.
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Auf der anderen Seite können Verrundungen mit großen Radien dazu führen, dass Funktionsflächen, die bei den per Schraubverbindung miteinander zu verbindenden Elementen vorhanden sein müssen und der Übertragung von Kräften oder auch Momenten dienen, verkleinert werden, was die Belastbarkeit und Lebensdauer der Schraubverbindung mindern kann und/oder eine größere Dimensionierung der gesamten Schraubverbindung bedingt.
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Diesem Zielkonflikt wird beim anmeldungsgemäßen Schraubverband durch die spezielle, keinen einheitlichen Krümmungsradius aufweisende Verrundung im Übergangsbereich zwischen der ringscheibenförmigen Fläche und der zylindrischen Passfläche wirksam begegnet. Insbesondere kann bei jeder der beiden Lenkungskomponenten ein Übergangsbereich der in Anspruch 1 spezifizierten Art ausgebildet sein.
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Gemäß einer ersten Gruppe möglicher Ausgestaltungen existiert im Übergangsbereich eine endliche Anzahl verschiedener Krümmungsradien. Insbesondere kann es sich hierbei um drei oder mehr verschiedene Krümmungsradien aufweisen, wobei die verschieden stark gekrümmten Abschnitte, welche jeweils einen innerhalb des betreffenden Abschnitts einheitlichen Krümmungsradius aufweisen, knickfrei aneinander sowie - im Fall der beiden äußersten Abschnitte - an die plane, ringscheibenförmige Fläche beziehungsweise an die zylindrische Passfläche anschließen. Dies gilt analog auch in abgewandelten Varianten, in welchen statt planer ringscheibenförmiger Flächen konische Flächen ausgebildet sind.
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Gemäß einer zweiten Gruppe möglicher Ausgestaltungen ändert sich der Krümmungsradius innerhalb des Übergangsbereichs kontinuierlich. Hierbei kann der Übergangsbereich zum Beispiel elliptisch, nicht kreisrund, profiliert sein. Alternativ beschreibt der Übergangsbereich ein gotisches Profil. Ebenso sind Varianten realisierbar, in welcher der Übergangsbereich als bionisches Profil ausgebildet ist. Was Gestaltungsmöglichkeiten von bionischen Profilen betrifft, wird beispielhaft auf das Dokument
DE 10 2012 016 666 A1 hingewiesen.
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Unabhängig davon, ob sich der Krümmungsradius innerhalb des Übergangsbereichs in Stufen oder kontinuierlich ändert, ist gemäß verschiedenster möglicher Ausgestaltungen der maximale Krümmungsradius des Übergangsbereichs angrenzend an die ringscheibenförmige Fläche und der minimale Krümmungsradius des Übergangsbereichs angrenzend an die zylindrischen Passfläche ausgebildet. Damit ist insgesamt eine besonders kurze Bauweise des Schraubverbands bei zugleich großzügig dimensionierten ebenen beziehungsweise zylindrischen Passflächen erzielbar. Insbesondere beträgt der maximale Krümmungsradius im Übergangsbereich mindestens die Hälfte des Durchmessers der zylindrischen Passflächen und der minimale Krümmungsradius höchstens ein Zehntel des Durchmessers derselben Passflächen.
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Nachfolgend werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sowie ein nicht beanspruchtes Vergleichsbeispiel anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen, teilweise vereinfacht:
- 1 einen zwischen Lenkungskomponenten gebildeten Schraubverband in geschnittener Darstellung,
- 2 ein nicht beanspruchtes, ebenfalls eine Verschraubung aufweisendes Vergleichsbeispiel,
- 3 eine Gabel des Schraubverbands nach 1 in perspektivischer Ansicht,
- Figl. 4 eine Schubstange des Schraubverbands nach 1,
- 5 zur gegenseitigen Kontaktierung vorgesehene Konturen der Gabel sowie der Schubstange,
- 6 bis 11 verschiedene Profilierungsvarianten von Schraubverbänden, teils in Gegenüberstellung mit nicht beanspruchen Vergleichsprofilen.
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Die folgenden Erläuterungen beziehen sich, soweit nicht anders angegeben, auf sämtliche Ausführungsbeispiele. Einander entsprechende oder prinzipiell gleichwirkende Teile oder Konturen sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Dies gilt, soweit ein grundsätzlich mit den Ausführungsbeispielen vergleichbarer Aufbau der verschiedenen Vorrichtungen gegeben ist, auch auf das nicht beanspruchte Vergleichsbeispiel nach 2.
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Ein Schraubverband 1 ist innerhalb einer Hinterachslenkung 10 eines Kraftfahrzeugs zwischen einer Schubstange 2 und einer Gabel 3 ausgebildet. Die Schubstange wird in den Ausführungsbeispielen elektromechanisch betätigt. Die Gabel 3 ist zur gelenkigen Verbindung mit einer nicht dargestellten Spurstange vorgesehen. Das in 1 erkennbare Ende der Schubstange 2 ist als Schraubbolzen ausgebildet, wobei die Schubstange 2 in beliebiger Weise ein- oder mehrteilig ausgebildet sein kann. An ihrem der Gabel 3 zugewandten Ende weist die Schubstange 2 eine Gewindebohrung 4 auf, in welche eine Schraube 5 eingeschraubt ist. Die Schraube 5 ist hierbei durch eine Öffnung 6 in einem Boden 7 der Gabel 3 durchgesteckt. Auf seiner den Gabelarmen 8 zugewandten Innenseite weist der Boden 7 eine innere Planfläche 9 auf, an welcher der mit 11 bezeichnete Schraubenkopf der Schraube 5 anliegt. Spiegelbildlich zur inneren Planfläche 9 ist auf der äußeren Seite des Bodens 7 eine ringscheibenförmige Fläche 12 ausgebildet, welche eine ebenfalls ringscheibenförmige Fläche 13 der Schubstange 2, das heißt eine weitere Planfläche, kontaktiert.
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Die Gabel 3 setzt sich über den Boden 7 hinaus in Axialrichtung in Richtung zur Schubstange 2 in Form eines hülsenförmigen Fortsatzes 14 fort. Die mit 15 bezeichnete zylindrische Innenumfangsfläche des hülsenförmigen Fortsatzes 14 stellt eine der Zentrierung dienende Passfläche dar, welche eine zylindrische Außenumfangsfläche 16 der Schubstange 2 als weitere Passfläche kontaktiert. Der in den hülsenförmigen Fortsatz 14 eingesteckte, die Passflächen 13, 16 aufweisende Abschnitt der Schubstange 2 wird als Passabschnitt 17 bezeichnet. Ein Vergleich zwischen den 1 und 2 zeigt, dass eine entsprechende Führung der Schubstange 2 in der Gabel 3 beim nicht beanspruchten Vergleichsbeispiel nach 2 nicht gegeben ist. Ein zur Abdichtung vorgesehener Faltenbalg ist in beiden Fällen mit 18 bezeichnet.
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Der Schraubverband 1 ist nicht nur zur Aufnahme von Axialkräften zwischen den Lenkungskomponenten 2, 3, das heißt der Schubstange 2 und der Gabel 3, ausgebildet, sondern darüber hinaus auch in der Lage, Querkräfte und Kippmomente aufzunehmen. Hierbei ist die Teilezahl in Relation zum Vergleichsbeispiel nach 1 nicht erhöht. Geometrische Details der Gabel 3 sowie der Schubstange 2 gehen auch aus den 3 und 4 hervor. Der dem Außendurchmesser der Schubstange 2 sowie dem Innendurchmesser des hülsenförmigen Fortsatzes 14 entsprechende Durchmesser der zylindrischen Passflächen 15, 16 ist mit DZ bezeichnet.
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Was die prinzipielle Zusammenwirkung zwischen den verschiedenen Flächen 12, 13, 15, 16 der Lenkungskomponenten 2, 3 betrifft, wird auf die 5 hingewiesen. Hieraus geht hervor, dass an der Schubstange 2 ein gekrümmter Übergangsbereich 19 zwischen der ringscheibenförmigen Fläche 13 und der zylindrischen Außenumfangsfläche 16 ausgebildet ist. In analoger Weise existiert an der Gabel 3 ein Übergangsbereich 20 zwischen der ringscheibenförmigen Fläche 12 und der zylindrischen Innenumfangsfläche 15. Die Übergangsbereiche 19, 20 erfüllen Mehrfachfunktionen: Zunächst erleichtern die gekrümmten Übergangsbereiche 19, 20 den Zusammenbau und die Zentrierung der Lenkungskomponenten 2, 3. Die Krümmung der Bereiche 19, 20 trägt dazu bei, Spannungsspitzen zu vermeiden. Zugleich verbleiben großzügig dimensionierte plane beziehungsweise zylindrische Flächen 12, 13, 15, 16, welche zur Übertragung von Kräften und Momenten zwischen den Lenkungskomponenten 2, 3 zur Verfügung stehen.
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Jeder Übergangsbereich 19, 20 umfasst verschieden stark gekrümmte Abschnitte 21, 22. In den 6 bis 11 sind verschiedene mögliche Varianten der Konturierung des Übergangsbereichs 19 der Schubstange 2 skizziert. In entsprechender Weise liegt in all diesen Varianten auch eine Konturierung des Übergangsbereichs 20 der Gabel 3 vor. Der Übergangsbereich 19 kann aus einer diskreten Anzahl gekrümmter Abschnitt 21, 22 mit in sich jeweils konstantem Krümmungsradius zusammengesetzt sein. Dies gilt für die Ausführungsbeispiele nach den 6 bis 8. Alternativ kann sich, wie in den 9 bis 11 skizziert, der Krümmungsradius kontinuierlich von der ringscheibenförmigen Fläche 13 bis zur zylindrischen Fläche 16 ändern. In allen Fällen ist der Krümmungsradius des Übergangsbereichs 19 in einem an die ringscheibenförmige Fläche 13 grenzenden Abschnitt 21 maximal und in einem an die zylindrische Passfläche 16 grenzenden Abschnitt 22 minimal.
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In 6 ist die Konturierung des Übergangsbereichs 19 gestrichelt eingezeichnet und einer nicht beanspruchten, mit durchgezogener Linie gezeichneten Konturierungsvariante gegenübergestellt. Wie aus 6 hervorgeht, weist der Übergangsbereich 19 in einem weiten Bereich einen wesentlich größeren Krümmungsradius als die nicht beanspruchte Vergleichskontur auf. Lediglich in dem an den zylindrischen Abschnitt 16 anschließenden Abschnitt 22 des Übergangsbereichs 19 ist der Krümmungsradius des Übergangsbereichs 19 deutlich geringer als bei der geometrisch einfacher gestalteten Vergleichskontur. Damit wird insbesondere eine weite Ausdehnung der zylindrischen Außenumfangsfläche 16 in Richtung zur hier nicht dargestellten ringscheibenförmigen Fläche 12 der Gabel 3 erreicht.
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In der Skizze nach 7 ist eine erste herkömmliche Vergleichskontur mit dünner gestrichelter Linie eingezeichnet. Eine zweite, hypothetische Vergleichskontur ist mit durchgezogener Linie gezeichnet. Die hypothetische Vergleichskontur ist durch einen besonders großen Krümmungsradius charakterisiert. Dies führt zwar zu einer großen axialen Ausdehnung des zylindrischen Bereichs der Schubstange 2, das heißt der zylindrischen Außenumfangsfläche 16, jedoch zugleich zu einer scharfen Kante zwischen dem gekrümmten Bereich und der zylindrischen Außenumfangsfläche 16. Die mit dicker gestrichelter Linie eingezeichnete Kontur des Übergangsbereichs 19 stellt, wie aus 7 hervorgeht, einen Kompromiss zwischen den beiden Vergleichskonturen dar. Zum einen wird der zylindrische Bereich, das heißt die Außenumfangsfläche 16, nicht unnötig gekürzt, zum anderen werden scharfkantige Übergänge vermieden.
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Im Ausführungsbeispiel nach 8 ist eine mögliche Variante des Übergangsbereichs 19 mit durchgezogener Linie dargestellt, wogegen eine nicht beanspruchte Vergleichsvariante gestrichelt eingezeichnet ist. Auch aus dieser Figur geht hervor, dass der sich zur zylindrischen Außenumfangsfläche 16 hin verengende Krümmungsradius des Übergangsbereichs 19 signifikant zu einer größeren Ausdehnung des der Zentrierung dienenden und auch Biegebelastungen aufnehmenden zylindrischen Abschnitts, das heißt der Außenumfangsfläche 16, beiträgt.
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Im Fall von 9 ist der Übergangsbereich 19 elliptisch, nicht kreisförmig, profiliert. Hierbei ist die kurze Halbachse der durch den Übergangsbereich 19 beschriebenen Ellipse in Axialrichtung und die lange Halbachse der Ellipse in Radialrichtung der Schubstange 2 ausgerichtet.
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Die Varianten nach den 10 und 11 stellen Abwandlungen der Profilierung des Übergangsbereichs 19 nach 9 dar. Hierbei liegt in der Variante nach 10 ein gotisches und in der Variante nach 11 ein bionisches Profil des Übergangsbereichs 19 vor. In allen Fällen schließt der Übergangsbereich 19 kantenfrei an die Flächen 12, 16 an.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schraubverband
- 2
- Schubstange
- 3
- Gabel
- 4
- Gewindebohrung
- 5
- Schraube
- 6
- Öffnung
- 7
- Boden
- 8
- Gabelarm
- 9
- innere Planfläche
- 10
- Hinterachslenkung
- 11
- Schraubenkopf
- 12
- ringscheibenförmige Fläche der Gabel
- 13
- ringscheibenförmige Fläche der Schubstange
- 14
- hülsenförmiger Fortsatz der Gabel
- 15
- zylindrische Innenumfangsfläche der Gabel
- 16
- zylindrische Außenumfangsfläche der Schubstange
- 17
- Passabschnitt
- 18
- Faltenbalg
- 19
- Übergangsbereich an der Schubstange
- 20
- Übergangsbereich an der Gabel
- 21
- gekrümmter Abschnitt mit großem Krümmungsradius
- 22
- gekrümmter Abschnitt mit geringerem Krümmungsradius
- DZ
- Durchmesser
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016204568 A1 [0002]
- DE 102014225644 A1 [0003]
- DE 102018201428 A1 [0004]
- DE 102012016666 A1 [0013]
