DE102008048971A1

DE102008048971A1 - Verbindungselement für eine elastische Verbindung zweier Bauteile

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Publication number: DE102008048971A1
Application number: DE200810048971
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-09-25
Filing date: 2008-09-25
Publication date: 2010-04-01

Abstract

Verbindungselement (1) für eine elastische Verbindung zweier Bauteile (2, 3) mit zwei einander gegenüberliegenden Bauteilbereichen (20, 30) miteinander, wobei diese mittels eines Befestigungselements (10) minteinander verbindbar sind, und mit wengistens einem das Befestigungselement (10) auf einem Teil seiner Länge umgebenden, zwischen einem Kopf (10') des Befestigungselements (10) und dem diesem zugewandten Bauteilbereich (20) angeordneten elastischen Zwischenglied, das ein aus einem elastisch-flexiblen, festen Material bestehendes Medium (13) ist, das von wenigstens einer Umhüllung in seiner Axialrichtung eingeschlossen oder vorgespannt und an seinem Außenumfang umgeben ist, wobei im montierten Zustand des Verbindungselements (1) durch auftretende Kräfte, die die beiden Bauteile (2, 3) relativ zueinander bewegen, das Medium (13) unter Bewegungsdämpfung in seiner Axialrichtung stauchbar und in seiner Redialrichtung nach außen ausdehnbar ist. Das neue Verbindungselement (1) ist dadurch gekennzeichnet, dass die Umhüllung aus elastisch-flexiblem Material und/oder federnden Geometrien besteht und dass durch eine auf das feste, flexible Medium (13) ausgeübte axiale Druckkraft, die eine mehrdimensionale Umformung des Mediums (13) bewirkt, die umhüllenden Geometrien rückstellbar federnd verformbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verbindungselement für eine elastische Verbindung zweier Bauteile mit zwei einander gegenüberliegenden Bauteilbereichen miteinander, wobei diese mittels eines Befestigungselements miteinander verbindbar sind, und mit wenigstens einem das Befestigungselement auf einem Teil seiner Länge umgebenden, zwischen einem Kopf des Befestigungselements und dem diesem zugewandten Bauteilbereich angeordneten elastischen Zwischenglied, das ein aus einem elastisch-flexiblen, festen Material bestehendes Medium ist, das von wenigstens einer Umhüllung in seiner Axialrichtung eingeschlossen oder vorgespannt und an seinem Außenumfang umgeben ist, wobei im montierten Zustand des Verbindungselements durch auftretende Kräfte, die die beiden Bauteile relativ zueinander bewegen, das Medium unter Bewegungsdämpfung in seiner Axialrichtung stauchbar und in seiner Radialrichtung nach außen ausdehnbar ist.
Ein Verbindungselement der vorstehend genannten Art ist aus EP 1 136 346 A2 bekannt. Dort wird als elastisches Zwischenglied ein aus einem elastisch-flexiblen, inkompressiblen oder gering kompressiblen Material bestehender Körper verwendet, der von einer starren Hülse an seinem Außenumfang umgeben ist. Im montierten Zustand des Verbindungselements ist der Körper unter Bewegungsdämpfung in seiner Axialrichtung stauchbar und in seiner Radialrichtung nach außen in einem durch den Innendurchmesser der Hülse begrenzten Maß ausdehnbar. Diese durch den Innendurchmesser der starren Hülse begrenzte radiale Ausdehnung führt zu einem relativ harten Anschlag des Verbindungselementes bei seiner Beanspruchung.
Für die vorliegende Anmeldung stellt sich daher die Aufgabe, das Verbindungselement der vorstehend genannten Art hinsichtlich seiner Eigenschaften zu verbessern und insbesondere einen vergrößerten Federweg und einen weniger harten Endanschlag zur Verfügung zu stellen.
Die Lösung der Aufgabe gelingt erfindungsgemäß mit einem Verbindungselement der eingangs genannten Art, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Umhüllung aus elastisch-flexiblen Material und/oder federnden Geometrien besteht und dass durch eine auf das feste, flexible Medium ausgeübte Druckkraft, die eine mehrdimensionale Umformung des Mediums bewirkt, die umhüllenden Geometrien rückstellbar federnd verformbar sind.
Erfindungswesentlich sind bei dem neuen Verbindungselement weitere federnde Elemente vorgesehen, nämlich die das flexible Medium umgebenden Geometrien. Somit trägt bei dem erfindungsgemäßen Verbindungselement nicht nur das feste, elastisch-flexible Medium sondern auch mindestens ein weiteres Teil des Verbindungselementes bei. Dieses weitere Teil ist die Umhüllung des Mediums, die durch die Umformung des Mediums ebenfalls umgeformt wird, wobei die Umhüllung so ausgebildet ist, dass sie keine dauerhafte Verformung erleidet, sondern innerhalb ihres elastischen Umformbereichs verformt wird, sich also bei Wegfallen der Belastung zurückstellt. Das erfindungsgemäße Verbindungselement enthält somit mindestens zwei oder auch noch mehr federnde Teile, deren Federwirkungen sich überlagern und die im Vergleich zum Stand der Technik einen vergrößerten Federweg mit einem weniger harten Endanschlag erlauben.
Vorzugsweise besteht die Umhüllung umfangsseitig aus einer Hülse und stirnseitig aus einer Scheibe, wobei vorzugsweise die Hülse becherförmig mit einem Boden mit einer Durchbrechung für das Befestigungselement ausgeführt ist. Alternativ kann statt des Bodens auch eine separate weitere Scheibe vorgesehen sein. Die Hülse und die Scheibe sind technisch relativ einfache und dadurch kostengünstige und zuverlässige Bauteile, die zugleich mit relativ geringem Aufwand mit den gewünschten elastisch-flexiblen und/oder federnden Eigenschaften versehen werden können.
Diesbezüglich bevorzugte Ausgestaltungen des Verbindungselements sind in den Ansprüchen 3 bis 12 angegeben.
Um nicht nur den Umfang der Hülse für die Erzeugung einer Federwirkung zu nutzen, ist weiter bevorzugt vorgesehen, dass der Boden und/oder eine diesem entge gengesetzte Geometrie oder Scheibe im entspannten Zustand des Mediums vorgebogen ist. Bei Belastung des Mediums im Einsatz des Verbindungselements bewirkt dann die Verformung des Mediums eine federnde Verformung des Bodens und/oder der diesem entgegensetzten Geometrie oder Scheibe, so dass auch diese Teile in die Erzeugung der Federwirkung einbezogen sind.
Bevorzugt bestehen die Hülse und/oder die Scheibe aus Federstahl, da dieses Material die gewünschten Eigenschaften in besonders günstiger Weise erfüllt.
Eine weitere Federwirkung kann dadurch erzielt werden, dass zwischen dem Außenumfang des Mediums und dem Innenumfang der Hülse ein federndes Element angeordnet ist.
Aus dem gleichen Grund wird vorgeschlagen, dass zwischen dem Boden der Hülse und/oder der entgegengesetzten Geometrie oder Scheibe einerseits und dem Medium andererseits mindestens ein federndes Element angeordnet ist. Auf diese Weise können weitere federnde Teile dem Verbindungselement hinzugefügt werden, was den erreichbaren Federweg bei kompakter Bauweise weiter vergrößert.
Aus Gründen einer einfachen Montage ist bevorzugterweise das Befestigungselement eine durch zwei Bohrungen in den Bauteilbereichen verlaufende Schraube mit einer Mutter.
Um auch das Befestigungselement für die Erzeugung der gewünschten Federwirkung zu nutzen, kann die Mutter im montierten Zustand des Verbindungselements mit einer weiteren, federnden Scheibe unterlegt sein.
In einer einfachen Ausgestaltung kann das Medium an seinem Außenumfang glattflächig sein. Falls ein weicheres Ansprechen des Verbindungselements gewünscht wird, kann das Medium an seinem Außenumfang axial und/oder in Umfangsrichtung und/oder schräg verlaufende Nuten und/oder Wippen aufweisen.
In einer ersten Ausgestaltung kann das Medium einfach eine Außenkontur aufweisen, die der Innenkontur der Umhüllung in unbelastetem Zustand entspricht. Um die Feder- und Dämpfungseigenschaften des Verbindungselements in gewünschter Weise beeinflussen zu können, kann das Medium auch eine davon abweichende Kontur aufweisen. Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass das Medium an seinem Außenumfang konisch oder tailliert oder ballig geformt ist.
Hinsichtlich der Verwendung des erfindungsgemäßen Verbindungselementes ist schließlich bevorzugt vorgesehen, dass es eine elastische Verbindung eines Fahrzeugaufbaus mit einem Fahrgestell bildet.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele anhand einer Zeichnung erläutert. Die Figuren der Zeichnung zeigen:
1 ein Verbindungselement in eingebautem Zustand ohne Belastung,
2 das Verbindungselement in eingebautem Zustand unter Belastung und
3 bis 24 verschiedene Ausführungen einer einen Teil des Verbindungselementes bildenden Hülse jeweils von oben nach unten gesehen in Längsschnitt, in Seitenansicht und in Draufsicht.
1 der Zeichnung zeigt ein Verbindungselement 1 in eingebautem Zustand, in dem es Bauteile 2, 3 miteinander verbindet, die im Hintergrund nur auschnittsweise angedeutet sind. Bei den Bauteilen 2, 3 kann es sich beispielsweise um Längsträger eines Aufbaurahmens und eines Fahrzeugrahmens handeln. Mit den Bauteilen 2, 3 ist jeweils eine Konsole fest verbunden, die zwei einander gegenüberliegende Bauteilbereiche 20, 30 bilden. Durch jeden Bauteilbereich 20, 30 verläuft eine Bohrung 21, 31, die miteinanderfluchten.
Auf die nach oben weisende Seite des oberen Bauteilbereichs 20 ist eine becherförmige Hülse 14 mit einem eine zentrale Durchbrechung aufweisenden Boden 14' aufgesetzt. In der Hülse 14 ist ein elastisch-flexibles, festes Medium 13 angeordnet, wobei die Hülse 14 in dem hier vorliegenden unbelasteten Zustand des Mediums 13 dieses unter Freilassung eines Luftspalts 15 umgibt. Das Medium 13 besitzt eine zentrale Durchbrechung 13' , die mit den beiden Bohrungen 21, 31 und mit der Durchbrechung im Boden 14' fluchtet.
Durch die Durchbrechung 13' und die Durchbrechung im Boden 14' und die Bohrungen 21, 31 verläuft ein Befestigungselement in Form einer Schraube 10. Die Schraube 10 besitzt oben einen Kopf 10', der unter Zwischenlage einer Unterlegscheibe 12 an der nach oben weisenden Stirnseite des Mediums 13 anliegt. Das untere Ende der Schraube 10 ragt durch die Bohrung 31 im unteren Bauteilbereich 30 nach unten vor. Hier ist unter Zwischenlage einer weiteren Scheibe 12' eine Mutter 11 auf die Schraube aufgeschraubt und auf diese Art gegen Losdrehen gesichert. Das Medium 13 ist also allseitig von einer Umhüllung umgeben. Bei Bedarf kann das Medium 13 durch entsprechendes Anziehen von Schraube 10 und Mutter 11 auch vorgespannt werden.
Solange keine äußeren Belastungen auftreten, liegen die beiden Bauteile 2, 3 aneinander an und werden in dieser Lage durch das Verbindungselement 1 gehalten. Je nach Größe der Bauteile 2, 3 können selbstverständlich auch mehrere Verbindungselemente 1 vorgesehen sein.
Die Hülse 14 ist so gestaltet, dass sie federnde Eigenschaften hat, wobei die federnden Eigenschaften dadurch erzielt werden, dass zum einen die Hülse 14 in Radialrichtung federnd und rückstellbar aufweitbar ist und zum anderen der Boden 14' aus seiner in 1 sichtbaren, nach oben vorgebogenen Stellung axial nach außen rückstellbar ausfedern kann. Weiterhin ist die Scheibe 12 unter dem Kopf 10' der Schraube 10 als Federscheibe ausgebildet. Auch die weitere Scheibe 12' zwischen der Mutter 11 und dem Bauteilbereich 30 ist eine Federscheibe.
Bei einer Belastung der Bauteile 2, 3, die zu einer Bewegung dieser Bauteile 2, 3 voneinander weg führt, ergibt sich der in 2 gezeigte Zustand des Verbindungselements 1. Zusammen mit den Bauteilen 2, 3 bewegen sich auch die jeweils zugehörigen Bauteilbereiche 20 und 30 voneinander weg, was zu einer axialen Bewegung des Schraubenkopfes 10' mit der zugehörigen Scheibe 12 relativ zu dem Medium 13 führt, wodurch das Medium 13 in Axialrichtung mit einer Druckkraft beaufschlagt wird. Diese Druckkraft führt zu einer mehrdimensionalen Verformung des Mediums 13, wodurch auf den Innenumfang und den Boden 14' der Hülse 14 Kräfte ausgeübt werden, die zu einer Federwirkung durch Verformung der Hülse 14 radial nach außen und axial nach unten führen. Diese Verformungen der Hülse 14 liegen im elastischen Bereich, so dass eine selbsttätige Rückstellung erfolgt. Somit hat das Verbindungselement 1 eine mehrfache Federwirkung, nämlich zum einen durch das elastisch-flexible, feste Medium 13 und durch die ebenfalls federnd ausgebildete Hülse 14. Auch die Scheiben 12 und 12' tragen zu der Federwirkung bei.
Wesentlich ist, dass die Umhüllung des Mediums 13, konkret die Hülse 14, so gestaltet ist, dass sie in der Lage ist, aus einem entspannten Zustand in einen ausgeweiteten Zustand überführt zu werden, aus dem sie elastisch-flexibel rückstellbar ist. Hierzu ist entweder die Hülse 14 aus einem in sich elastisch-flexiblen Material gebildet oder mit elastisch-flexiblen Geometrien gestaltet.
Beispiele für derartige mögliche Gestaltungen der Hülse 14 sind in den 3 bis 24 der Zeichnung beispielhaft dargestellt. Dabei ist in jeder Figur dieselbe Hülse 14 jeweils in unterschiedlichen Darstellungen gezeigt.
In den 3 bis 6 ist die Hülse 14 oben in perspektivischer Ansicht, in der Mitte in Seitenansicht und unten in Draufsicht gezeigt. Charakteristisch für diese Hülsen 14 sind Dehnungsfalten 16, die die gewünschte federnde Eigenschaft der Hülse 14 zur Verfügung stellen.
Die 7 bis 17 zeigen in jeweils vier verschiedenen Darstellungen, von oben nach unten im Längsschnitt, in perspektivischer Ansicht, in Seitenansicht und in Draufsicht weitere Ausführungen der Hülse 14, die hier durch unterschiedliche Gestaltungen ihres Umrisses die gewünschten Federeigenschaften besitzt. Auch der Boden ist in die Federeigenschaften einbezogen, was bei den Beispielen gemäß 8 und gemäß 12 und 13 der Fall ist.
Die 16 und 17 zeigen Hülsen 14 wieder in verschiedenen Ansichten, oben links jeweils im Längsschnitt und in perspektivischer Ansicht, in der Mitte in Seitenansicht und unten in Draufsicht. Die Hülsen 14 gemäß den 16 und 17 haben einen im Wesentlichen sechseckigen Umriss. Die Hülse 14 gemäß 17 ist zudem mit Dehnungsfalten 16, die in Axialrichtung verlaufen, versehen.
Die 18 zeigt oben im Längsschnitt, in der Mitte in Seitenansicht und unten in Draufsicht eine Hülse 14, die selbst aus einem elastisch-flexiblen, federnden Material besteht. Die Hülse 14 hat hier deshalb eine kreisrunde Form, weil sie in der Lage ist, sich in sich aufzuweiten, da das Material der Hülse dies hier zulässt.
Die 19 und 20 zeigen in gleicher Darstellungsweise wie die 18 zwei weitere Hülsen 14, bei denen der Boden 14' federnd ausgebildet ist.
In 21 ist eine Hülse 14 in belastetem Zustand des Verbindungselementes gezeigt, wobei sichtbar ist, dass bei axialer Belastung des hier nicht eigens eingezeichneten Mediums sich eine radiale Aufweitung der Hülse 14 in ihrem unteren Bereich ausbildet. Da das Material der Hülse 14 hier elastisch-flexibel ist, stellt sich die Hülse 14 nach Wegfall der Belastung in ihre Ausgangsform zurück.
Die 22 bis 24 schließlich zeigen drei weitere Beispiele für eine Hülse 14, die aufgrund Ihrer Geometrie in der Lage ist, bei Belastung des auch hier nicht eingezeichneten Mediums federnd zu wirken und sich bei Wegfall der Belastung in ihre Ausgangsform zurückzustellen. Dabei ist in den 22 bis 24 die Hülse 14 jeweils oben im Längsschnitt, in der Mitte in Seitenansicht und unten in Draufsicht gezeigt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 1136346 A2 [0002]

Claims

Verbindungselement (1) für eine elastische Verbindung zweier Bauteile (2, 3) mit zwei einander gegenüberliegenden Bauteilbereichen (20, 30) miteinander, wobei diese mittels eines Befestigungselements (10) miteinander verbindbar sind, und mit wenigstens einem das Befestigungselement (10) auf einem Teil seiner Länge umgebenden, zwischen einem Kopf (10') des Befestigungselements (10) und dem diesem zugewandten Bauteilbereich (20) angeordneten elastischen Zwischenglied, das ein aus einem elastisch-flexiblen, festen Material bestehendes Medium (13) ist, das von wenigstens einer Umhüllung in seiner Axialrichtung eingeschlossen oder vorgespannt und an seinem Außenumfang umgeben ist, wobei im montierten Zustand des Verbindungselements (1) durch auftretende Kräfte, die die beiden Bauteile (2, 3) relativ zueinander bewegen, das Medium (13) unter Bewegungsdämpfung in seiner Axialrichtung stauchbar und in seiner Radialrichtung nach außen ausdehnbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Umhüllung aus elastisch-flexiblem Material und/oder federnden Geometrien besteht und dass durch eine auf das feste, flexible Medium (13) ausgeübte axiale Druckkraft, die eine mehrdimensionale Umformung des Mediums (13) bewirkt, die umhüllenden Geometrien rückstellbar federnd verformbar sind.
Verbindungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umhüllung umfangsseitig aus einer Hülse (14) und stirnseitig aus einer Scheibe (12) besteht, wobei vorzugsweise die Hülse (14) becherförmig mit einem Boden (14') mit einer Durchbrechung für das Befestigungselement (10) ausgeführt ist.
Verbindungselement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (14) in entspanntem Zustand des Mediums (13) dessen Außenumfang unter Freilassung eines Luftspalts (15) umgibt.
Verbindungselement nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (14) in unbelastetem Zustand in ihrer Umfangrichtung gesehen zumindest über einen Teil ihrer axialen Länge einen nicht-kreisförmigen Umriss aufweist.
Verbindungselement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (14) in unbelastetem Zustand in ihrer Umfangrichtung gesehen einen ovalen oder elliptischen oder eingebeulten Umriss aufweist.
Verbindungselement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (14) in unbelastetem Zustand in ihrer Umfangrichtung gesehen einen mehreckigen Umriss, vorzugsweise mit abgerundeten Ecken, aufweist.
Verbindungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (14) in unbelastetem Zustand in ihrer Umfangrichtung und/oder in ihrer Axialrichtung oder in einer anderen Richtung gesehen gewellt oder zickzackförmig ausgebildet ist.
Verbindungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (14) in unbelastetem Zustand in ihrer Umfangrichtung und/oder in ihrer Axialrichtung oder in einer anderen Richtung gesehen mindestens eine eingeformte Dehnungsfalte (16) aufweist.
Verbindungselement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dehnungsfalten (16) über den gesamten Umfang der Hülse (14) verlaufen.
Verbindungselement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dehnungsfalten (16) über mehrere Abschnitte des Umfangs der Hülse (14) verlaufen.
Verbindungselement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dehnungsfalten (16) über die gesamte axiale Länge der Hülse (14) verlaufen.
Verbindungselement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dehnungsfalten (16) über einen Teil der axialen Länge der Hülse (14) verlaufen.
Verbindungselement nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (14') und/oder eine diesem entgegengesetzte Geometrie oder Scheibe (12) im entspannten Zustand des Mediums (13) vorgebogen ist.
Verbindungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (14) und/oder die Scheibe (12) aus Federstahl besteht.
Verbindungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Außenumfang des Mediums (13) und dem Innenumfang der Hülse (14) ein federndes Element angeordnet ist.
Verbindungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Boden (14') der Hülse (14) und/oder der entgegengesetzte Geometrie oder Scheibe (12) einerseits und dem Medium (13) andererseits mindestens ein federndes Element angeordnet ist.
Verbindungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement (10) eine durch zwei Bohrungen (21, 31) in den Bauteilbereichen (20, 30) verlaufende Schraube (10) mit einer Mutter (11) ist.
Verbindungselement nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Mutter (11) im montierten Zustand des Verbindungselements (1) mit einer weiteren, federnden Scheibe (12') unterlegt ist.
Verbindungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium (13) an seinem Außenumfang axiale und/oder im Umfangsrichtung und/oder schräg verlaufende Nuten und/oder Rippen aufweist.
Verbindungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium (13) an seinem Außenumfang konisch und/oder tailliert und/oder ballig geformt ist.
Verbindungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass es eine elastische Verbindung eines Fahrzeugaufbaus mit einem Fahrgestell bildet.