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Die Erfindung betrifft einen Tragarm
zum Anschließen
einer Last an einem Lager.
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Das Anbinden von Lasten an Lager über einen
Tragarm findet insbesondere im Kraftfahrzeugbau Verwendung. Dabei
ist die Last meistens ein Motor, ein Antriebsaggregat oder ein Getriebe,
während die
Lager vor allem bei Kraftfahrzeugen, die in großer Serie zu günstigen
Preisen hergestellt werden, in aller Regel als reine Gummilager,
sogenannte Feststofflager, ausgelegt sind. In gleicher Weise dienen solche
Tragarme aber auch dem Anbinden der Lasten an anspruchsvolleren
und aufwendigeren Lagern, beispielsweise an Hydrolagern, pneumatischen Lagern
oder . auch allen Varianten von regelbaren oder stellbaren viscoelastischen
Lagern. Dabei kann der Tragarm sowohl als Bestandteil des Lagers
als auch als selbständiges
Montageteil als auch als integrierter Bestandteil der zu lagernden
Last ausgelegt sein.
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Im Einzelnen ist dabei der hier in
Rede stehende Tragarm speziell in Verbindung mit einem Feststofflager
beschrieben. In diesem Fall ist der Tragarm nämlich bereits in der Weise
im Feststofflager integriert, dass er als Bestandteil des Lagers
von einer Zulieferfirma hergestellt und an den Automobilhersteller
als Teil, beispielsweise eines Motorlagers oder Aggregatlagers oder
auch eines Getriebelagers, ausgeliefert wird.
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Ein solches einfaches Feststofflager
besteht zumeist aus einer Tragfeder aus Gummi und einem separaten
Dämpfer,
im einfachsten Fall einer dämpfenden
Gegenfeder, die ebenfalls als Gummipuffer ausgebildet ist, die in
einem Lagergehäuse
oder einer Lagerschelle eingespannt sind. Zwischen der Tragfeder
und dem Dämpfer
ist der lasteinleitende Abschnitt des Tragarms eingefügt und lasteinleitend angeschlossen.
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An dem aus dem Lager herausragenden "kopfseitigen" Abschnitt des Tragarmes
sind mindestens eine, meistens zwei, drei oder vier durchgehende Öffnungen
ausgebildet, die als Verschraubungspunkte, auch als Justierhilfen
dem Anschließen
und Fixieren der federnd zu lagernden Last dienen.
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Es ist verständlich, dass solche Tragarme speziell
im Kraftfahrzeugbau hoch beanspruchte Teile sind. Insbesondere bei
Verwendung im Zusammenhang mit Motorlagern und Aggregatlagern müssen sie
die gesamte statische und dynamische Last des Motors bzw. Aggregats
unter Fahrbetriebsbedingungen aufnehmen und in das Lager einleiten.
Diese Problemstellung verschärft
sich mit der zunehmenden Masse und den größer werdenden Drehmomenten
der zu lagernden Motoren. Zudem soll ein Tragarm, der diesen Anforderungen
entspricht, möglichst preiswert
und überdies
möglichst
leicht sein. So kommt es dazu, dass ein heute im Kraftfahrzeugbau anzufindender
Lagerarm für
Feststofflager der beschriebenen Art, aber auch für Hydrolager
oder andere, vor allem Motorlager und Aggregatlager, aus konstruktiv
sorgfältig
konturiertem und ebenso sorgfältig legiertem
Aluminium besteht. Dabei liegt trotz aller Rationalisierung der
Kostenanteil solch eines Tragarms noch immer im Bereich von 25%
des Gesamtpreises eines entsprechenden Motorlagers. Diese Kosten
kommen dabei nicht nur durch das Erfordernis der Verwendung einer
hochwertigen Aluminiumlegierung, sondern auch dadurch mit zustande,
dass ein Tragarm dieser Art zur Gewährleistung der geforderten
Sicherheitsfaktoren nach dem aufwendigen und kostenintensiven Verfahren
des Kokillengießens hergestellt
werden muss.
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Ausgebend von diesem landläufigen Stand der
Technik liegt der Erfindung das technische Problem zugrunde, einen
Lagertragarm der vorstehend beschriebenen Art, insbesondere einen
Lagertragarm aus Aluminium, verfügbar
zu machen, der bei Einhaltung aller Qualitätsanforderungen und Sicherheitsanforderungen
ohne eine Vergrößerung seiner Masse
nach dem Aluminiumdruckgußverfahren
hergestellt werden kann.
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Die
DE 198 25 442 A1 betrifft eine Drehmomentstütze zwischen
einem ersten Gehäuse
einer angetriebenen Einheit und einem zweiten Gehäuse einer
antreibenden Einheit.
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Die Erfindung löst dieses technische Problem
durch einen Tragarm, der die im Anspruch 1 genannten Merkmale aufweist.
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Die Erfindung beruht auf der überraschenden
Erkenntnis, dass die bei Belastung des Tragarms, insbesondere bei
dynamischer Belastung des Tragarms, auftretenden Spannungskonzentrationen im
Bereich der zur Massenreduktion geschaffenen Aussparungen und den
zwischen diesen verbleibenden absteifenden Stegen auftretenden hohen
Spannungskonzentrationen drastisch vermindert werden können, wenn
diese freigeräumten
Bereiche nicht von der den verstärkenden
Aufbau aufweisenden Seite des Tragarms her, sondern von der gegenüberliegenden
Seite her, also von der Seite her, die zumindest im Wesentlichen
als plan und eben ausgebildete Grundfläche des Tragarms her, ausgearbeitet sind.
Aufgrund dieser konstruktiven Verminderung der im, belasteten Tragarm
auftretenden Spannungsspitzen und Spannungskonzentration braucht
der Tragarm nicht mehr nach dem aufwendigen Kokillengussverfahren
hergestellt zu werden, sondern ist einer Herstellung nach dem Druckgussverfahren
zugänglich.
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Ausgestaltungen der Erfindung sind.
Gegenstand der Unteransprüche.
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Die Erfindung ist im Folgenden anhand
eines Ausführungsbeispieles
der Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen sowie in Verbindung
mit dem in 1 erläuterten
Stand der Technik näher
beschrieben. Es zeigen
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1 den
Tragarm eines Feststofflagers nach dem Stand der Technik zum Anschluss
eines Getriebes an ein Getriebelager;
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2 in
gleicher perspektivischer Sicht wie 1 ein
Ausführungsbeispiel
des Tragarms mit den Merkmalen der Erfindung; sowie
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3 den
in 2 gezeigten Tragarm
mit den Merkmalen der Erfindung in gleicher Sicht nach Rotation
um seine Längsachse
um 180°.
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Der in 1 in
perspektivischer Draufsicht dargestellte Tragarm eines Feststoff-Getriebelagers nach
dem Stand der Technik weist eine im Großen und Ganzen flächig-plane
Grundstruktur 1 auf. Der Tragarm 10 weist kopfseitig
(2) drei durchgehende Bohrungen 3 auf, die als
Verschraubungspunkte für eine
anzuschließende
Last, hier ein Antriebsaggregat eines Kraftfahrzeugs, auf. Fußseitig
(4) sind auf der flächig-planen
Grundstruktur 1 Aufnahmeelemente 5 zum Einleiten
der lastseitig einwirkenden Kräfte
in ein hier nicht dargestelltes Gummilager 15 üblicher
Bauart angeordnet.
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Kopfseitig weist die flächig-plane
Grundstruktur 1 eine ebenfalls plane, flächige Verstärkung 6 auf.
Diese kopfseitige flächig-plane
Verstärkung 6 der
ebenfalls flächig-planen
Grundstruktur 1 ist, bezogen auf die Hauptfläche des
Tragarmes, einseitig vorspringend und der im Wesentlichen planen Grundfläche 7 gegenüberliegend
konfiguriert und erstreckt sich, bezogen auf die Längsachse
des Tragarmes, von der Spitze des Tragarmes, die Verschraubungspunkte 3 einschließend, durchgehend
bis unmittelbar an die Lastaufnahmeelemente 5 heran.
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Von der Verstärkung 6 her sind zur
Verringerung der Gesamtmasse des Tragarmes nur einseitig offene,
napfartige Ausnehmungen 9, sogenannte Ausräumungen,
eingebracht, zwischen denen Stege 10 zur Aussteifung der
Ausräumungen
und zur Stabilisierung des kopfseitigen Bereichs des Tragarmes stehen
gelassen sind.
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Diese Stege 10 bilden bekanntermaßen die problematischen
Spannungszonen der landläufigen Lagertragarme.
Der landläufige
Stand der Technik weist die unterschiedlichsten Konfigurationen
der Ausräumungen 9 und
der Stege 10 auf, die insgesamt dem Ziel dienen, einen
optimalen Kompromiss zwischen den Zielkonflikten, den Tragarm einerseits so
leicht wie möglich
zu konstruieren, andererseits jedoch auch hoch dauerbelastbar auszubilden.
Dabei ist der Preis, der für
solche Kompromisse zur Lösung des
Zielkonflikts gezahlt werden muss, das Erfordernis, solche Träger durch
Kokillenguss herzustellen.
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Ein Tragarm mit den Merkmalen der
Erfindung ist in der 2 gezeigt,
und zwar in der gleichen perspektivischen Sicht wie der Tragarm
nach dem Stand der Technik in 1.
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Das in 2 gezeigte
Ausführungsbeispiel eines
Tragarmes mit den Merkmalen der Erfindung ist in der gleichen Darstellung
und gleichen Sicht gezeichnet wie das in 1 gezeigte Ausführungsbeispiel nach dem Stand
der Technik. Auf der flächigen und
planen Grundstruktur 1 ist kopfseitig die im Wesentlichen
ebenfalls flächig-plane
Verstärkung 6 ausgebildet.
Dabei ist der Begriff "flächig-plan" in der aus 2 ersichtlichen Weise im
Rahmen der vorliegenden Beschreibung nicht streng mathematisch,
sondern gesamtkonzeptionell im Sinne eines vorherrschenden Struktureindrucks
zu verstehen. So soll dieser Begriff beispielsweise Aussparungen 12 mit umfassen,
die für
die Aufnahme des Kopfes eines Anschlussschraubbolzens vorgesehen
sind. Auch soll dieser Begriff ein geringes schulterförmiges Abfallen
der Verstärkungsfläche 6 zu
den seitlichen Bolzenanschlüssen 3 einschließen, wie
dies ebenfalls aus der 2 ersichtlich
ist. Derartige Strukturelemente, die im Wesentlichen ohnehin durch
die einzuhaltende Anschlussgeometrie vorgegeben sind, sind ohne
wesentlichen qualitativen Einfluss auf die Erfindung und beeinträchtigen
auch nicht die Wirkung der im Vorherrschenden "flächig-plane" Ausbildung der Verstärkung 6,
die im Kopfbereich des Tragarmes auf der ebenfalls in diesem Verständnis "flächig-planen" Grundstruktur vorstehend
aufgebracht ist.
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Insoweit sind also der Tragarm nach
dem Stand der Technik (1)
und der Tragarm mit den Merkmalen der Erfindung (2) bis auf Abstimmungskonfigurationen
identisch. Der erfindungswesentliche Unterschied zwischen beiden
Tragarmen besteht jedoch darin, dass bei dem Tragarm nach dem Stand
der Technik in der aus 1 ersichtlichen Weise
die massesparenden Ausnehmungen 9 von der Oberfläche der
Verstärkung 6 her
in den Kopfbereich 2 des Trägers napfartig eingebracht
sind, also zur Oberfläche
der Verstärkung 6 hin
offen und zur durchgehend weitgehend planen Grundfläche 7 des Tragarmes
hin geschlossen ausgebildet sind, während die funktionell gleichen
Zwecken dienenden Ausnehmungen 9 in der aus den 2 und 3 ersichtlichen Weise bei dem Tragarm
mit den Merkmalen der Erfindung nicht von der Oberfläche der
Verstärkung 6 her,
sondern von der planen Grundfläche 7 her
(3) in die Grundstruktur
und durch diese hindurch in die Verstärkung 6 hinein in
den Tragarm eingebracht sind. Dies führt dazu, dass die gesamte Oberfläche 14 der
Verstärkung 6,
von gegebenenfalls vorzusehenden Durchgrifföffnungen 13 abgesehen,
die anwenderseitig aus Montagegründen
erforderlich und einzubringen sind, eine in sich geschlossene und
keine großen
Durchbrechungen und schmalen Stege aufweisende Oberfläche aufweist, auf
der sich die durch die Last auf den Träger aufgebrachte Spannung nahezu
homogen verteilt. Dies bedeutet jedoch nicht, die Spannungskonzentrationen,
die bei dem Tragarm nach dem Stand der Technik auf den Stegen 10 (1) auftreten, bei dem Tragarm
mit den Merkmalen der Erfindung (2) zuzulassen.
Vielmehr verlaufen die Kantenflächen der
Stege 10 in der aus 3 ersichtlichen
Weise praktisch plan in die insgesamt plane Grundfläche 7 des
Tragarmes ein. Dies führt
wiederum dazu, dass sich die durch Lasteinwirkung auch in den Stegen 10 bei
dem Tragarm der Erfindung auftretende Spannung auf die gesamte Oberfläche der
Grundfläche 7 aufläuft und
sich auf dieser fast gleichmäßig bis
an das Lastaufnahmeelement 5' heran,
das den Dämpfer
anschließt,
verteilen kann. Dies führt,
wie die Spannungsbilder zeigen, zu einer wesentlich besseren Verteilung
der Spannung auf größere Bereiche der
plan angrenzenden Grundfläche 7,
so dass es bei einer solchen Ausbildung des Tragarmes gemäß der Erfindung
an keiner Stelle im Tragarm zu derart kritischen Spannungskonzentrationen
kommt, wie dies beim Stand der Technik der Fall ist. Diese Auswirkung
hat wiederum den praktischen Vorteil, dass der Tragarm mit den Merkmalen
der Erfindung nicht derart kritische Spannungsbereiche und damit
entsprechende überhöhte Sicherheitsfaktoren
aufweist und einhalten muss, was wiederum den Weg zur Herstellung
des Tragarms der Erfindung durch Druckgussverfahren und mit billigeren
Aluminiumlegierungen ermöglicht.
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Diese Vorteile des Tragarms der Erfindung werden
dabei, wie ohne weiteres einleuchtend ist, unabhängig von der Art und der Richtung
der Belastung des Tragarms verfügbar,
da in jedem Fall des Lastangriffs und der Spannungserzeugung in
den Stegen 10 diese Stegspannungen bei dem Tragarm der
Erfindung stetig und bruchfrei auf die gesamte plane Grundfläche 7 des
Tragarmes ausgeleitet werden.
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Die in der 3 erkennbaren Stege 10, die zwischen
den Ausnehmungen 9 zur Versteifung und Stabilisierung des
Tragarmes ausgebildet sind, weisen eine solche Winkelausrichtung
in der Ebene der planen Grundstruktur auf, dass sie die an den Verschraubungspunkten 3 eingeleiteten
Spannungen auf möglichst
große
zusammenhängende
Flächen der
Unterseite 7 des Tragarmes auszulaufen ermöglichen.
Neben diesen aussteifenden Stegen 10 können die Innenwandflächen der
Ausnehmungen 9 zusätzlich
mit weiteren Rippungen 11 versehen sein, die einer Versteifung
und einer Feinabstimmung der Spannungsverteilung im Tragarm dienen.
Selbst wenn dabei die Feinabstimmung der Verrippung im Tragarm von
Feststofflager zu Hydrolager zu Luftlager verschieden ausfallen
wird, so bleibt doch das Grundprinzip der Auslegung des Tragarmes
mit den Merkmalen der Erfindung stets das gleiche.