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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum verspannenden Verbinden
von zueinander beabstandeten, einen Spalt zwischen sich ausbildenden
Bauteilen gemäß dem Oberbegriff
der Ansprüche
1 und 7.
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Die
Herstellung von Bauteilen unterliegt immer gewissen Toleranzen und
eine Erhöhung
der Genauigkeit ist mit erhöhtem
Herstellungsaufwand und daher mit erhöhten Kosten verbunden. Ausreichende und
den jeweiligen Gegebenheiten angepaßte Toleranzen sind daher bei
der konstruktiven Gestaltung von Bauteilen grundsätzlich zu
berücksichtigen.
Dabei können
beim Zusammenbau mehrerer Komponenten miteinander die Toleranzen
durch die Summierung der Einzeltoleranzen oft so groß werden, daß sich die
Bauteile ohne entsprechende, die Toleranzen ausgleichende Bauelemente
beim Verschrauben zueinander verspannen und verformen.
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Ein
typisches Anwendungsbeispiel für
den notwendigen Einsatz von Toleranzausgleichselementen sind Türmodule
mit einem in einen Türkasten eingesetzten
Türrahmenmodul
oder Einsteckrahmen. Ein derartiges Türmodul ist aus der
DE 197 44 810 A1 bekannt,
das für
eine Kraftfahrzeugtür
mit einer Versenkscheibe aus einem Türkasten und einem in den Türkasten
eingesetzten Türrahmenmodul
besteht. Der Türkasten
weist eine bis zur Fensterbrüstung
reichende Türaußenwandung,
eine Scharnierzarge, eine Schloßzarge
und eine Bodenzarge auf, während
das Türrahmenmodul
einen quer angeordneten, großflächigen,
bis zur Fensterbrüstung
oder einem die Fensterbrüstung
bildenden Querprofil reichenden Modulträger und an dem Modulträger türinnenseitig
angebrach te Funktionseinheiten aufweist. Das vorgefertigte Türrahmenmodul
wird über
Verbindungsholme in den Türkasten
eingesetzt und mit diesem zur Kraftfahrzeugtür verbunden.
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Bei
der bekannten Konstruktion treten aufgrund von Bauteiltoleranzen
sowie Toleranzen und Unregelmäßigkeiten
bei der Herstellung des Türkastens
und des Türrahmenmoduls
beim Einbau des Türrahmenmoduls
in den Türkasten
große
Spaltmaße
zum Türkasten
auf. Neben den herstellungsbedingten Toleranzen sind auch notwendige
Toleranzen zu berücksichtigen,
da aus Montagegründen
das als Einsteckrahmen ausgebildete Türrahmenmodul häufig in
den Türkasten
eingeschwenkt wird, so daß entsprechende
Abstände
zwischen dem Einsteckrahmen und dem Türkasten erforderlich sind.
Würde man
den Türkasten
mit dem Einsteckrahmen trotz der bestehenden Spalte zwischen Einsteckrahmen und
Türkasten
beispielsweise durch das Anziehen von Bolzen miteinander verbinden,
so würde
dies zu einem Verspannen des Türkastens
bis zu dessen Verformung führen,
weil beispielsweise die Türhaut nach
innen schnappt.
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Um
derartige Verspannungen und Verformungen zu vermeiden, werden in
dem vorstehend dargelegten Anwendungsfall druckbelastbare Ausgleichselemente
zwischen dem Türkörper und
dem Einsteckrahmen im Bereich der B-Säule angeordnet und der Spalt
zwischen Türkörper und
Einsteckrahmen im Bereich der A-Säule mittels druckbelastbarer Ausgleichselemente
geschlossen.
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Aus
der
DE 36 20 005 C1 ist
eine Vorrichtung zum Einstellen eines durch einen Teil einer Türstruktur
gebildeten ersten Bauteils relativ zu einem Teil einer Türaußenhaut
einer Kraftfahrzeugtür
als zweitem Bauteil bekannt und enthält eine längenveränderliche Distanzbuchse, die
aus einer Nietmutter besteht, die in die Türstruktur nietbar ist und eine
im Topfboden ausgebildete Gewindebohrung für eine Befestigungsschraube
aufweist. Ein an der Topfwand der Nietmutter ausgebildetes zweites
konzentrisches Gewinde ist für
eine Stellschraube vorgesehen, die einen Durchgang mit einem Durchmesser
aufweist, der größer ist
als der Schaftdurchmesser der Befestigungsschraube, so dass die
Befestigungsschraube durch die Stellschraube hindurch in das Gewinde
am Topfboden der Nietmutter eingreift und dadurch eine Verbindung
zwischen der Türstruktur
mit der daran befestigten Nietmutter über die Stellschraube direkt mit
der Türaußenhaut
der Kraftfahrzeugtür
herstellt. Dabei wird auf das Gewinde zwischen der Nietmutter und
der Stellschraube eine Druckkraft aufgebracht, um jedwedes Spiel
zu beseitigen, das zu einer unerwünschten Geräuschbildung oder zum Lösen der Verbindung
führen
könnte.
Durch eine Öffnung
der Türaußenhaut
kann die Stellschraube verdreht und damit die gewünschte Länge der
Distanzbuchse eingestellt werden.
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Die
bekannte Vorrichtung zum Einstellen eines ersten Bauteils relativ
zu einem zweiten Bauteil erfordert zur Überbrückung der Distanz zwischen beiden
Bauteilen und zur Herstellung einer festen, stabilen Verbindung
mehrere aufeinander abgestimmte Handhabungen wie das Einstellen
der gewünschten
Länge der
Distanzbuchse durch Verdrehen der Stellschraube sowie ein Anziehen
der Befestigungsschraube mit einem entsprechenden Anzugsmoment und
damit einen entsprechenden Montageaufwand. Weiterhin besteht die
Gefahr, dass durch eine fehlerhafte Einstellung der Länge der
Distanzbuchse mittels der Stellschraube und/oder durch ein zu starkes
Anziehen der Befestigungsschraube die Türaußenhaut deformiert wird. Andererseits
kann durch ein fehlerhaftes Einstellen der Länge der Distanzbuchse durch
Verdrehen der Verstellschraube sowie durch ein ungenügendes Anziehen
der Befestigungsschraube eine mangelhafte Druckkraft aufgebaut werden,
so dass ein zu großes
Spiel verbleibt, das zu Geräuschbildungen
und zu einem Lösen
der Verbindung führt.
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Eine
automatische Toleranzausgleichsvorrichtung zum verspannenden Verbinden
von zueinander beabstandeten, einen Spalt zwischen sich ausbildenden
Bauteilen ist aus der
EP 176 663 bekannt.
Bei der bekannten Vorrichtung werden die mit Abstand zueinander
liegenden Bauteile mittels einer Verbindungsschraube und mittels
einer im Spalt zwischen den Bauteilen angeordneter, sich mit der äußeren Breitseite
an dem einen Bauteil abstützender Distanzscheibe
verbunden. Die Distanzscheibe weist wendelgangförmige Steigungs-Stützflächen auf,
denen formpassende wendelförmige,
dem anderen Bauteil zugeordnete Gegenstelgungs-Stützflächen gegenüberliegen.
Eine Drehung der Stützflächen zueinander
bestimmt das eingenommene Axialmaß, wobei die Distanzscheibe
durch eine Verbindung zur Mantelfläche der Vorbindungsschraube
in die Abstützstellung
mitgeschleppt wird und so der Spalt zwischen den Bauteilen geschlossen
wird.
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Die
Herstellung der bekannten Vorrichtung ist allerdings aufwendig und
damit teuer. Außerdem besteht
die Gefahr, daß sich
die gegenläufig
verschraubten Elemente des automatischen Toleranzausgleichs bei
einer Demontage der miteinander verbundenen Gewindehülsen infolge
einer Verschmutzung der Gewindegänge
und einer Beschädigung des
Gewindes durch das Hartmetall-Federelement nicht wieder zurückdrehen,
so daß ein
Trennen der miteinander verspannten, einen Spalt zwischen sich ausbildenden
Bauteile erschwert oder sogar verhindert wird.
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Aus
der
DE 198 39 710
A1 ist eine Vorrichtung zum verspannenden Verbinden von
zwei im Abstand befindlichen Bauteilen bekannt, die aus einer Verbindungsschraube,
die in das erste Bauteil eingeschraubt wird, einem Ausgleichselement,
das am ersten Bauteil anliegt und einem dem zweiten Bauteil zugeordneten
Grundelement besteht. Durch zwei unterschiedliche axiale Stellungsbereiche
sind das Ausgleichselement und das Grundelement in einem ersten
axialen Stellungsbereich axial gegeneinander verschiebbar, während sie
in einem zweiten axialen Stellungsbereich in einer Verbindungsstellung
axial relativ zueinander arretiert sind. Dabei wird das Ausgleichselement
in dem ersten axialen Stellungsbereich durch eine axiale Verschiebung
der Verbindungsschraube in die Verbindungsstellung mitgeschleppt.
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Diese
Verbindungsvorrichtung ermöglicht zwar
eine verspannende Verbindung der zueinander beabstandeten Bauteile,
erfordert aber bei der axial spielfreien Festlegung beider Bauteile,
in der die Bauteile arretierenden Verbindungsstellung abweichend
von dem ersten axialen Stellungsbereich, in dem die Bauteile noch
gegeneinander beweglich sind, eine definierte Anzugskraft, um Deformationen der
Bauteile bei der verspannenden Verbindung oder ein verbleibendes
Spiel zu vermeiden.
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Aus
der
FR 2 407 382 ist
eine Vorrichtung zum Verbinden eines Deckels mit einem vom Deckel beabstandeten
Bügel bekannt,
der an seinen Enden mittels diametral angeordneter Klauen gegenüber dem
Deckel abgestützt
ist. Die Verbindung beider Bauteile wird durch eine durch beide
Bauteile gesteckte Verbindungsschraube hergestellt, die sich am
Deckel abstützt
und aus einer Kombination von ineinander geführten Rechts-Links-Gewindeschrauben
besteht. Im verspannten Zustand beider Bauteile stützt sich
ein die Rechts-Links-Gewindeschrauben aufnehmendes hülsenförmiges und
in Längsrichtung geführtes Stützteil am
Bügel und über eine
Tellerfeder am Deckel ab, so dass die auf den Bügel und den Deckel in axialer
Richtung wirkende Verspannkraft der Verbindungsschraube auf die
sich aus der Federkonstante der Tellerfeder ergebende vorgegebene Verspannkraft
begrenzt wird.
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Die
aus der
FR 2 407 382 bekannte
Vorrichtung zur Begrenzung der Verspannkraft von zwei miteinander
zu verbindenden, zueinander beabstandeten Bauteilen benötigt somit
eine Vielzahl ineinander greifender und exakt aufeinander abgestimmter
Bauteile und einen durch die axial hintereinander angeordneten Verspannteile
vorgegebenen Mindestabstand zwischen den miteinander zu verbindenden Bauteilen.
Dementsprechend weist die bekannte Vorrichtung einen hohen Platzbedarf
sowie erhebliche Herstellungs- und Monatagekosten auf, die einen Einsatz
der bekannten Vorrichtung in einer Großserienfertigung wie beim Automobilbau
ausschließt.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabenstellung zugrunde, eine
Vorrichtung zum verspannenden Verbinden von zueinander beabstandeten
Bauteilen mit geringem Herstellungs- und Montageaufwand sowie mit geringem
Platzbedarf zu schaffen.
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Diese
Aufgabenstellung wird durch die in den Patentansprüchen 1 und
7 angegebenen Merkmale gelöst.
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Die
erfindungsgemäße Lösung schafft
eine Vorrichtung zum verspannenden Verbinden von zueinander beabstandeten
Bauteilen mit geringem Herstellungs- und Montageaufwand sowie mit
geringem Platzbedarf.
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Bei
den beanspruchten Vorrichtungen mit Axialkraftbegrenzung sind prinzipiell
zwei ineinander gesteckte Hülsen,
von denen eine formschlüssig
mit dem zweiten Bauteil verbunden ist und die andere mit dem Befestigungselement,
welches sich an dem ersten Bauteil von außen abstützt, vorhanden. Während der
Befestigung wird das Befestigungselement solange betätigt, bis
die innere der beiden Hülsen
an der Innenseite des ersten Bauteils sich anlegt, wodurch die Längskraftbegrenzung
erreicht ist.
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Eine
erste, vom Grundprinzip der Erfindung Gebrauch machende Variante
besteht aus einem Verbindungsteil, das als Aufnahmehülse ausgebildet ist,
die Gewindehülse
aufnimmt und mit dem zweiten Bauteil formschlüssig verbunden ist.
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Diese
Ausführungsform
mit plastisch oder elastisch verformbaren oder sich verkeilenden
Gewindeelementen oder Gewindehülsen
ist besonders kostengünstig
herstellbar und daher beson ders für eine Anwendung mit hohen
Stückzahlen
geeignet.
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Eine
zweite Variante, die vom dem erfindungsgemäßen Grundprinzip Gebrauch macht,
ist dadurch gekennzeichnet, dass die Außenfläche der Gewindehülse sägezahnförmige Raststufen
aufweist, die in sägezahnförmige Raststufen
eines schalenförmigen
Verbindungsteils eingreifen, das formschlüssig in eine Ausnehmung des
zweiten Bauteils eingesetzt ist.
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In
dieser Ausführungsform,
in der sich die Gewindehülse über eine
Sägeverzahnung
verschiebt, ist eine Kraftübertragung
in axialer Richtung bis zu einer vorgebbaren Höhe möglich. Gleichzeitig wird eine
einfache Montage gewährleistet.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der vom Grundprinzip der erfindungsgemäßen Lösung Gebrauch
machenden Ausführungsformen
sind den Merkmalen der Ansprüche
2 bis 6 sowie 8 und 9 zu entnehmen.
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In
der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele für die beiden
vorstehend genannten, vom Grundprinzip der Erfindung Gebrauch machenden
Varianten dargestellt. Es zeigen im zusammengebauten Zustand, in
einer Explosionsdarstellung, in verschiedenen Ansichten und Schnitten:
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1 bis 12 – zwei Ausgleichselemente mit
einer eine Gewindehülse
aufnehmenden und mit einem der beiden Bauteile formschlüssig verbundenen
Aufnahmehülse
als Verbindungsteil und
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13 bis 18 – ein Ausgleichselement mit
einer Raststufenverstellung zwischen der Außenfläche einer Gewindehülse und
einer Kunststofflagerschale.
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In
den 1 bis 18 sind Ausführungsbeispiele für ein Ausgleichselement 55 bis 57
zum verspannenden Verbinden von zwei zueinander beabstandeten Bauteilen 1, 2 dargestellt,
das aus einer Verbindungsschraube 4, einer Gewindehülse 65 bis 67 und
einem die Gewindehülse 65 bis 67 am
zweiten Bauteil 2 abstützenden
Aufnahmehülse 75, 76 bzw.
einem Verbindungsteil 77 in unterschiedlichen Ausgestaltungen
besteht.
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Das
in den 1 bis 12 dargestellte erste Ausführungsbeispiel
zeigt schematisch zwei Ausschnitte aus zwei miteinander zu verbindenden
Bauteilen 1, 2, die einen Bauteilespalt 3 zwischen
sich ausbilden, der mittels eines Ausgleichselements 55 überbrückt wird
und damit die Bauteile 1, 2 miteinander verbindet,
ohne dass eine Verspannkraft auf die beiden Bauteile 1, 2 einwirkt,
die eine vorgegebene Höhe übersteigt.
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Die
Verbindungsschraube 4 besteht aus einem Schraubenkopf und
einem Schraubenschaft 41, der durch eine Bohrung im ersten
Bauteil 1 gesteckt ist, das beispielsweise aus einem Türkörper einer Fahrzeugtür besteht,
an deren Außenfläche der Schraubenkopf
gegebenenfalls mit dazwischen angeordneter Scheibe oder mit einem
ringförmig
verbreiterten Kopf zur Anlage kommt.
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In
den 1 bis 12 sind zwei Ausführungsbeispiele
dargestellt, bei denen das Verbindungsteil von Ausgleichselementen 55, 56 aus
einer eine Gewindehülse 65, 66 aufnehmenden
und mit dem zweiten Bauteil 2 formschlüssig verbundenen Aufnahmehülse 75, 76 besteht.
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1 zeigt
ein Ausgleichselement 55 in perspektivischer Ansicht im
Zustand der Verbindung beider Bauteile 1, 2 sowie
in einer Explosionsdarstellung, 2 das Ausgleichselement
in einer Seitenansicht vor der Verschraubung, 3 in
ei nem Schnitt entlang der Linie III-III gemäß 2, in 4 in
einem Schnitt entlang der Linie IV-IV gemäß 2 und 5 das
Ausgleichselement im verschraubten Zustand beider Bauteile 1, 2.
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Das
Ausgleichselement 55 weist eine als Konus ausgebildete
Gewindehülse 65 auf,
deren zylindrische Innenbohrung 650 mit einem Gewinde 651 zur Verschraubung
mit dem Schaft 41 der Verbindungsschraube 4 versehen
ist. Die konische Gewindehülse 65 ist
in einer konischen Bohrung 750 der Aufnahmehülse 75 angeordnet,
deren Außenfläche sechseckförmig ausgebildet
und in eine sechseckförmige Öffnung 27 im
zweiten Bauteil 2 eingesetzt ist, so dass der Kopf 752 der
Aufnahmehülse 75 an
der Innenseite des zweiten Bauteils 2, das heißt im Bauteilespalt 3,
angeordnet ist. Nach dem Einschrauben der Verbindungsschraube 4 in
das Innengewinde 651 der konischen Gewindehülse wird
diese innerhalb der Bohrung 750 der Aufnahmehülse 75 in
Richtung auf das erste Bauteil 1 verschoben bis die Gewindehülse 65 mit
ihrem oberen Rand zur Anlage an der Innenfläche des ersten Bauteils 1 kommt.
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In
dieser Ausführungsform
kann die Aufnahmehülse 75 als
Kunststoffhülse
ausgebildet werden, während
die Gewindehülse 65 aus
einem Kunststoff, aus Druckguß oder
aus einem metallischen Drehteil bestehen kann.
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Zur
Verlustsicherung der in die Aufnahmehülse 75 eingesetzten
Gewindehülse 65,
die beide zusammen am zweiten Bauteil 2 vormontiert werden können, wird
der äußere Rand 753 der
Aufnahmehülse 75 heiß verstemmt
und bildet dadurch eine Auskragung, die ein Herausfallen der Gewindehülse 65 aus
der konischen Bohrung der Aufnahmehülse 75 verhindert.
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Das
in den 6 bis 12 dargestellte Ausgleichselement 56 entspricht
weitestgehend dem vorstehend anhand der 1 bis 5 beschriebenen
Ausgleichselement 55.
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Das
Ausgleichselement 56 ist in 6 im zusammengebauten
Zustand sowie in einer Explosionsdarstellung, in 7 in
einer Seitenansicht, in 8 in einem Schnitt entlang der
Linie VIII-VIII gemäß 7 im
verspannten Zustand, in 9 entlang der Linie IX-IX gemäß 7 im
noch nicht verschraubten Zustand, in 10 in
einem Schnitt entlang der Linie X-X gemäß 7 und in 11 und 12 als
Einzelteildarstellung der Gewinde- und Aufnahmehülse dargestellt.
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Im
Unterschied zu dem Ausgleichselement 55 weist das Ausgleichselement 56 eine
Verbindung von Gewindehülse 66 und
Aufnahmehülse 76 auf,
die aus zwei sich bei einem Spritzvorgang chemisch nicht miteinander
verbindenden Kunststoffen bestehen, so daß die Gewindehülse 66 mit
ihrer Außenfläche 660 an
der zylindrischen Innenfläche 760 der Aufnahmehülse 76 beim
Montagevorgang, d. h. beim Einschrauben der Verbindungsschraube 4 in
ein in die Gewindehülse 66 eingespritztes
Gewindeelement 661 entlanggleiten kann.
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9 zeigt
die Verbindung im vormontierten Zustand nach dem Einschrauben der
Verbindungsschraube 4 in das Gewindeelement 661 der
Gewindehülse 66,
während 8 den
Zustand der verspannend miteinander zu verbindenden Bauteile 1, 2 nach
dem Verschrauben des Ausgleichselements 56, d. h. bei angezogener
Verbindungsschraube 4, zeigt. Auch in dieser Ausführungsform
weist die Aufnahmehülse 76 eine
sechseckförmige
Außenfläche 761 auf, die
in eine entsprechend sechseckförmige Öffnung 28 des
zweiten Bauteils 2 eingesetzt wird.
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Die 13 bis 18 zeigen
ein Ausgleichselement 57, das in 13 im
verschraubten Zustand und in einer Explosionsdarstellung, in 14 in
einer Seitenansicht, in 15 in
einem Schnitt entlang der Linie XV-XV gemäß 14 vor
der Verschraubung und in 16 in
einem Schnitt entlang der Linie XVI-XVI gemäß 14 im
verschraubten Zustand, in 18 in
einem Schnitt entlang der Linie XVIII-XVIII gemäß
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14 gezeigt
ist, während 17 in
einer Einzelteildarstellung die Verbindung zwischen der Gewindehülse 67 und
dem Verbindungsteil 77 zeigt.
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In
dieser Ausführungsform
weist die Gewindehülse 67 ein
Innengewinde 670 zur Verschraubung mit dem Schaft 41 der
Verbindungsschraube 4 sowie eine Außenfläche mit abgeflachten Flächenteilen 671, 672 auf.
Weiterhin ist die Außenfläche der
Gewindehülse 67 mit
sägezahnförmigen Raststufen 671 versehen,
die in sägezahnförmige Raststufen 771 des
schalenförmigen
Verbindungsteils 77 eingreifen, das formschlüssig in
eine Ausnehmung 291, 292 des zweiten Bauteils 2 eingesetzt
ist.
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Das
schalenförmige
Verbindungsteil 77 besteht aus zwei miteinander verbundenen
Lagerschalen 772, 773, die vorzugsweise aus Kunststoff
bestehen und eine polygonale Außenfläche 774 ausbilden, die
in eine polygonal gleichartige Öffnung 291, 292 des
zweiten Bauteils 2, im vorliegenden Ausführungsbeispiel
eine sechseckförmige
Ausnehmung, eingesetzt sind. Dabei bildet die Ausnehmung 291, 292 im
zweiten Bauteil 2 zur Aufnahme des schalenförmigen Verbindungsteils 77 einen
Einsetzbereich 291 zum Einsetzen des schalenförmigen Verbindungsteils 77 und
einen sich an den Einsetzbereich 291 anschließenden Befestigungsbereich 292 aus, so
daß das
schalenförmige
Verbindungsteil 77 nach dem Einsetzen in das zweite Bauteil 2 vom
Einsetzbereich 291 in den Befestigungsbereich 292 verschiebbar
ist.
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Nach
dem Einsetzen des Verbindungsschraube 4 in die Gewindehülse 67 und
deren Verschraubung mit dem Innengewinde 670 der Gewindehülse 67 wird
die Gewindehülse 67 in
Richtung auf das erste Bauteil 1 bewegt, so daß die sägezahnförmigen Raststufen 671 der
Gewindehülse 67 an
den sägezahnförmigen Raststufen 771 der
miteinander verbundenen Lagerschalen 772, 773 entlanggleiten und
damit stufenweise eine jeweils formschlüssige Verbindung herstellen.
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Die
Auslegung der Raststufen 671, 771 erfolgt nach
den jeweiligen Erfordernissen, d. h. es können sowohl grobe als auch
feine Raststufen ausgebildet werden.
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Ein
wesentlicher Vorteil des in den 13 bis 18 dargestellten
Ausgleichselements 57 besteht darin, daß eine Kraftübertragung
in einer Längsrichtung
möglich
ist. Diese Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Lösung ermöglicht jedoch keine
automatische Rückstellung
zur Demontage der verspannend miteinander verbundenen Bauteile 1, 2.