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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Befestigungselement zur Bildung
einer strukturversteiften Befestigung eines Kraftfahrzeugbauteils
sowie ein Verfahren zur Herstellung, bzw. Montage eines solchen
Befestigungselements an einer tragenden Komponente eines Kraftfahrzeugs,
etwa an der Fahrzeugkarosserie.
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Stand der Technik
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Bei
der Befestigung von Kraftfahrzeugbauteilen an tragenden Komponenten
eines Kraftfahrzeugs, etwa an der Kraftfahrzeugtragstruktur bzw.
einer Kraftfahrzeugkarosserie, ist es oftmals erforderlich, bauteil-
und fertigungsbedingte, aber auch montagebedingte Toleranzen auszugleichen.
Beispielsweise ist es für die Montage eines Lenkungsquerträgers
an der Karosserie eines Kraftfahrzeugs erforderlich, dass die in
Fahrzeugquerrichtung liegenden, als großflächige
Anschlussplatten ausgebildeten Endabschnitte des Lenkungsquerträgers
bei der Montage an der Fahrzeugkarosserie einen bestimmten Abstand
zu der Karosserie einhalten, um den Lenkungsquerträger
beschädigungsfrei, an bereits vormontierten Bauteilen vorbei
in die Einbauposition zu bringen.
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Speziell
für eine solche Befestigung an der Karosserie werden Toleranzausgleichselemente
verwendet, damit das Bauteil, in diesem Falle der Lenkungsquerträger
bei einer Verschraubung fest an der zugehörigen Karosseriekomponente
anliegt. Eine gängige Toleranzausgleichsanordnung für
einen selbsttätigen Ausgleich fertigungs- und/oder montagebedingter
Toleranzen im Abstand zwischen zwei Bauteilen ist beispielsweise
in der
DE 101 51 383
A1 offenbart.
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Es
erweist sich bei solchen Toleranzausgleichsanordnungen als nachteilig,
dass das eigentliche, eine Verschraubung zur Verfügung
stellende Verbindungselement eine verhältnismäßig
geringe Auflage- oder Anlagefläche zum Bauteil, bzw. zur Fahrzeugkarosserie
aufweist. Etwaige senkrecht oder schräg zur Verschraubung
auftretenden Kräfte, bzw. Momente können deshalb
zu erheblichen Materialverformungen im Bereich einer Schraub- oder Nietverbindung
führen. Karosserieseitige oder bauteilseitige Aufnahmen
und Befestigungsstellen für derartige Verbindungselemente
müssen daher relativ dickwandig ausgebildet werden, um
etwaigen Kippmomenten, welche über das Verbindungselement übertragen
werden, standhalten zu können.
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Dieses
Problem tritt nicht nur bei Toleranzausgleichsanordnungen statt,
die einen Toleranzausgleich parallel zu einer Verbindungs- oder
Schraubenachse zur Verfügung stellen. Ein entsprechendes Problem
tritt beispielsweise auch bei solchen Toleranzausgleichssystemen
auf, welche einen Ausgleich transversal, also senkrecht zu einer
Schraubenachse ermöglichen, wie dies etwa bei einer in
einem Käfig schwimmend gelagerten Muttern der Fall ist.
Eine solche Käfiganordnung ist beispielsweise in der
DE 103 08 673 A1 offenbart.
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Jener
Käfig ist zur schwimmenden Lagerung einer Mutter oberhalb
eines in einem Fahrzeugkarosserieblech vorhandenen Schraublochs
mit einem Dach ausgestattet, an dem die Mutter hängend
gehalten ist. Ferner sind zwei gegenüberliegende, das Dach
tragende und mit ihren Unterkanten am Karosserieblech unmittelbar
befestigbare Wände vorgesehen. Dadurch, dass die Käfigwände
mittels daran angeformten Schweißnasen unmittelbar an ein
Karosserieblech angeschweißt werden, tritt auch hier das Problem
auf, dass etwaige senkrecht oder schräg zur Längserstreckung
der Schraube in den Käfig eingeleiteten Kräfte
zu einer unerwünschten Verformung des für den
Käfig vorgesehenen Karosserieblechs führen können.
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Demgemäß ist
es auch hier erforderlich, eine karosserieseitige Befestigungsstelle
für einen solchen Käfig entsprechend dickwandig
und stabil, so etwa durch Anbringen zusätzlicher Verstärkungen auszugestalten.
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Die
Verwendung solch dickwandiger oder mit zusätzlichen Verstärkungen
versehenen karosserieseitigen Befestigungsstellen trägt
in der Summe zu einer Erhöhung des Gesamtfahrzeuggewichtes
bei. Ein erhöhtes Fahrzeuggewichtführt jedoch
zu einem höheren Kraftstoffverbrauch und somit zu einer
erhöhten Abgasbelastung der Umwelt und einer entsprechend
nachteiligen CO2 Bilanz des Fahrzeugs.
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Aufgabe
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Der
vorliegenden Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde,
ein strukturversteiftes Befestigungselement für die Befestigung
eines Kraftfahrzeugbauteils an einer tragenden Komponente eines
Kraftfahrzeugs, etwa einer Karosserie, zur Verfügung zu
stellen, welches eine Reduzierung der Dicke oder Wandstärke
einer karosserieseitigen Anbindungsstelle ermöglichen soll.
Zudem soll das Befestigungselement besonders platzsparend und für
eine einfache und zugleich besonders stabile Befestigung des Bauteils
ausgelegt sein. Auch soll das Befestigungselement kostengünstig
in der Herstellung und Montage am Kraftfahrzeug sein. Des Weiteren
ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung, bzw.
Montage eines solchen Befestigungselements zur Verfügung
zu stellen.
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Erfindung und erfindungsgemäße
Wirkungen
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Die
der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird mit Hilfe eines Befestigungselements
gemäß Patentanspruch 1 und einem Verfahren zur
Herstellung und/oder Montage eines Befestigungselements an einer
tragenden Komponente eines Kraftfahrzeugs gemäß Patentanspruch
14 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind
in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Das
erfindungsgemäße Befestigungselement ist zur Bildung
einer strukturversteiften Befestigung eines Kraftfahrzeugbauteils
an einer tragenden Komponente eines Kraftfahrzeugs, insbesondere
zur Schaffung einer momentensteifen Befestigung, bzw. Verbindung
des Kraftfahrzeugbauteils mit der tragenden Kraftfahrzeugkomponente,
etwa einer Fahrzeugkarosserie, ausgelegt. Das Befestigungselement selbst
weist ein Trägerelement auf. Dieses Trägerelement
hat zumindest zwei Befestigungsabschnitte zur Bildung einer stoffschlüssigen
Verbindung mit der tragenden Kraftfahrzeugkomponente.
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Das
Trägerelement weist ferner eine Aufnahme für ein
Toleranzausgleichselement auf, welches der Kompensation fertigungsbedingter
und/oder montagebedingter Toleranzen dient. Das Trägerelement
ist dabei insbesondere dazu ausgelegt, bereits vor Verbindung oder
der wechselseitigen Befestigung des Kraftfahrzeugbauteils mit der
tragenden Kraftfahrzeugkomponente an letzterer unverlierbar befestigt
zu werden.
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Als
stoffschlüssige Verbindung zwischen Trägerelement
und der tragenden Kraftfahrzeugkomponente kommen insbesondere Schweißverbindungen
und -Verfahren unterschiedlichster Art, so etwa Punktschweißen,
Rollennahtschweißen oder Buckelschweißen, aber
auch Laserstrahlschweißen sowie Schutzgas- und Lichtbogenschweißen
infrage.
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Nach
der Erfindung ist insbesondere vorgesehen, dass das Trägerelement
in seiner Montageposition an der tragenden Kraftfahrzeugkomponente eine
der Fahrzeugkomponente abgewandte und davon beabstandete Widerlagerfläche
aufweist. Diese Widerlagerfläche bildet ein Widerlager
für ein Verbindungselement, welches letztlich für
die Bildung der Befestigung von Kraftfahrzeugbauteil und tragender Kraftfahrzeugkomponente
vorgesehen ist. Insbesondere durch die von der Kraftfahrzeugkomponente
beabstandete Anordnung der Widerlagerfläche oder des zugehörigen
Widerlagers wird der Angriffspunkt für ein etwaiges über
das Verbindungselement übertragbares Kippmoment von der
Ebene der Kraftfahrzeugkomponente verschoben. Die über
das Verbindungselement bei Auftreten seitlicher, etwa senkrecht
oder schräg zur Flächennormalen der Widerlagerfläche
in diese eingeleiteten Kräfte können über das
Trägerelement und seine Befestigungsabschnitte in die tragende
Fahrzeugkomponente eingeleitet werden. Durch jene Kraft- oder Momentenableitung über
die außerhalb und vorzugsweise beabstandet vom Verbindungselement
angeordneten Befestigungsabschnitte können etwaige auftretende
Kräfte und Momente entsprechend der Geometrie der Befestigungsabschnitte
abgeschwächt in die tragende Fahrzeugkomponente eingeleitet
werden.
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Das
Trägerelement stellt durch seine, etwa nach Art einer Brücke
ausgestalteten Geometrie ein mit einem Toleranzausgleichselement
versehenes Befestigungselement zur Verfügung, welches zugleich
eine momentensteife Anbindung eines Kraftfahrzeugbauteils an einer
tragenden Kraftfahrzeugkomponente, etwa einer Fahrzeugkarosserie,
ermöglicht.
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Der
Abstand zwischen Widerlagerfläche und der tragenden Kraftfahrzeugkomponente
kann nahezu beliebig ausgestaltet werden. Vorzugsweise liegt jener
Abstand etwa zumindest im Bereich des Durchmessers eines zur Bildung
der Befestigung vorgesehenen Verbindungselements, etwa im Bereich
des Durchmessers einer Schraubenmutter oder eines Schraubbolzens.
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Nach
einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass das Trägerelement zumindest zwei laschenartig ausgebildete Wangen,
Seitenteile oder einen Abstützkörper aufweist,
welche sich zwischen dem Widerlager und den Befestigungsabschnitten
erstrecken. Jene als Seitenteile ausgebildeten Wangen oder ein die
Aufnahme des Toleranzausgleichselements umschließender
Abstützkörper überbrücken den
Zwischenraum zwischen der Widerlagerfläche und der Kraftfahrzeugkomponente.
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Entsprechend
der konkreten Ausgestaltung jener Wangen, Seitenteile oder Abstützkörper
werden die über das Verbindungselement in das Widerlager
eingeleiteten Kräfte über einen, im Vergleich zum
Stand der Technik, größeren Umfang verteilt in die
tragende Kraftfahrzeugkomponente abgeleitet.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass sich die Wangen oder der Abstützkörper im
Wesentlichen senkrecht oder schräg zur Widerlagerfläche
oder zu einer kraftfahrzeugkomponentenseitigen Anlagefläche
erstreckt. Die konkrete Ausgestaltung, etwa der Neigungswinkel jener
Wangen kann den vorgegebenen Bauraumerfordernissen im Kraftfahrzeug
Rechnung tragen. Herstellungstechnisch und für die Zwecke
der Kraft- oder Momentenableitung gestaltet sich eine nahezu senkrechte
Ausrichtung von den sich zwischen dem Widerlager und den Befestigungsabschnitten
erstreckenden Wangen oder eines entsprechenden Abstützkörpers
relativ zur Ausrichtung der Ebene des Befestigungsabschnitts als
vorteilhaft.
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Nach
einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
ist vorgesehen, dass das Trägerelement der Kraftfahrzeugkomponente
zugewandt ein Abstützelement mit einem mit der Kraftfahrzeugkomponente
in Kontakt gelangenden Abstützflansch aufweist. Jenes Abstützelement
dient einer zusätzlichen Abstützung und Kraft-
oder Momentenableitung in die tragende Kraftfahrzeugkomponente.
Das Abstützelement ist vorzugsweise zylindrisch oder hülsenartig
ausgestaltet und weist an seinen dem Widerlager abgewandten und
der Fahrzeugkomponente zugewandten Endabschnitt einen radial verbreiterten
Abstützflansch auf, um eine Anlagefläche zwischen
Abstützelement und kraftfahrzeugkomponentenseitiger Anlagefläche
zu maximieren und dementsprechend etwaige auftretenden punktuellen
Druckbelastungen zu minimieren.
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Auf
diese Art und Weise trägt jenes Abstützelement
weiter dazu bei, die Material- oder Wandstärke der Kraftfahrzeugkomponente,
zumindest im Bereich ihres Befestigungsabschnitts, weiter zu verringern,
um eine entsprechende Gewichtseinsparung zu erzielen.
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Von
besonderem Vorteil ist es hierbei, wenn das Abstützelement
einstückig mit dem Trägerelement verbunden oder
daran angeformt ist. So ist insbesondere vorgesehen, das Abstützelement
mittels eines Tiefziehprozesses oder anderer geeigneter Umformverfahren
aus einem Blechzuschnitt zu formen. In demselben Herstellungsprozess
können noch weitere Umformoperationen, wie etwa die Ausgestaltung
der Wangen und der Befestigungsabschnitte des Trägerelementes
integriert sein, sodass zur Herstellung des Trägerelementes
nur verhältnismäßig wenige Arbeitsschritte
erforderlich sind.
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Nach
einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
ist vorgesehen, dass das Verbindungselement als Schraubenmutter
ausgebildet ist und zur Bildung der Befestigung von Kraftfahrzeugbauteil
und tragender Kraftfahrzeugkomponente mit einem Schraubbolzen in
Wirkverbindung tritt. Das am Trägerelement anordenbare
Toleranzausgleichselement ist dabei dazu ausgelegt, etwaige fertigungs- und/oder
montagebedingte Toleranzen entweder in Bolzenlängsrichtung
oder senkrecht hierzu auszugleichen.
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Nach
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass
der mit dem Verbindungselement in Wirkverbindung tretende Schraubbolzen durch
das Abstützelement des Trägerelementes hindurchführbar,
mit einem Schraubenkopf und einer ggf. dazwischenliegenden Unterlegscheibe
in Montagestellung an der der Fahrzeugkomponente abgewandten Seite
des zu befestigenden Bauteils zu liegen kommt, während
sein mit einem Schraubgewinde versehener gegenüberliegender
Endabschnitt mit dem Verbindungselement in Eingriff gelangt.
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Für
einen Toleranzausgleich in Bolzenlängsrichtung ist insbesondere
vorgesehen, dass das Toleranzausgleichselement eine Toleranzausgleichsbuchse
aufweist, welche in die am Trägerelement vorgesehene Aufnahme
einschraubbar ist.
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Von
Vorteil ist es dabei insbesondere, wenn die Aufnahme für
das Toleranzausgleichselement, bzw. für die Toleranzausgleichsbuchse
unmittelbar in das Abstützelement eingelassen ist, wobei
das Abstützelement der Kraftfahrzeugkomponente zugewandt
eine Aufnahmeöffnung für das Toleranzausgleichselement,
respektive für die Toleranzausgleichsbuchse aufweist. Es
ist dabei ferner von Vorteil, dass die Aufnahme, bzw. das Abstützelement
ein linksläufiges Innengewinde zum Einschrauben der Toleranzausgleichsbuchse
aufweist. Jenes Innengewinde ist typischerweise als eingerolltes
oder eingeschnittenes Gewinde in das Abstützelement, bzw.
in die Aufnahme für die Toleranzausgleichsbuchse eingebracht.
Das Vorsehen eines eingerollten Gewindes hat dabei gegenüber
einem geschnittenen Gewinde eine höhere Struktursteifigkeit.
Zudem fallen bei dessen Fertigung keine Späne an.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist insbesondere vorgesehen, das
Verbindungselement als Schweißmutter auszubilden und mittels
eines Schweißprozesses fluchtend und zentriert zum Toleranzausgleichselement
am Trägerelement anzuschweißen. Die Schweißmutter
und das Toleranzausgleichselement werden dabei vorzugsweise von gegenüberliegenden
Seiten am trägerelementseitigen Widerlager befestigt.
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Ein
weiterer Vorteil ergibt sich daraus, dass das Toleranzausgleichselement
mit Hilfe des Trägerelements bezogen auf eine der Kraftfahrzeugkomponente
zugewandte Seite des zu befestigenden Bauteils zurückversetzt
anordenbar ist. Hierdurch kann ein einbaubedingtes Spaltmaß,
welches mit dem Toleranzausgleichselement zu überbrücken
ist, in vorteilhafter Weise verringert werden. Das Toleranzausgleichselement
ist durch die Aufnahme am Trägerelement nicht unmittelbar,
sondern mittelbar an der tragenden Komponente des Kraftfahrzeugs
angeordnet.
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Hierdurch
ist eine gegenüber der kraftfahrzeugseitigen Anlagefläche
zurückgesetzte oder gar rückspringende Anordnung
des Toleranzausgleichselements möglich. Das Toleranzausgleichselement, bzw.
seine Toleranzausgleichsbuchse mit einem ggf. radial verbreiterten
Anlageflansch kann flächenbündig in die kraftfahrzeugkomponentenseitige
Anlagefläche eingebettet sein.
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Nach
einer weiteren, alternativen Ausführungsform der Erfindung
ist vorgesehen, dass das Trägerelement der Kraftfahrzeugkomponente
abgewandt einen Käfig zur schwimmenden Lagerung eines als
Käfigmutter ausgebildeten Verbindungselementes aufweist.
Bei dieser Ausgestaltung ist das Toleranzausgleichselement vorzugsweise
als elastischer Ring ausgebildet, der die Käfigmutter im
vorgegebenen Toleranzbereich in der Ebene senkrecht zur Längserstreckung
eines in die Käfigmutter einschraubbaren Schraubbolzens
schwimmend lagert.
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Der
die Käfigmutter aufnehmende Käfig weist vorzugsweise
ein Oberteil auf, welches über zumindest ein Seitenteil
mit dem Widerlager verbunden ist, wobei das Oberteil zugleich eine
Aussparung aufweist, die als Aufnahme für den Toleranzausgleich ausgebildet
ist. Die beiden gegenüberliegenden Seitenteile erstrecken
sich vom Oberteil bis zu der eine Unterseite des Käfigs
bildenden Widerlagerfläche, an welcher die Käfigmutter
bei Bildung der Verschraubung mit einem Schraubbolzen zur abstützenden
Anlage gelangt. Jenes Widerlager, also die Käfigunterseite,
stützt sich über zumindest ein Seiten- oder Wangenteil
an einer Anlagefläche der tragenden Kraftfahrzeugkomponenten
ab. Der Abstand gegenüberliegender, den Käfig
auf Abstand zur Anlagefläche haltenden Wangen- oder Seitenteile
ist vorzugsweise deutlich größer als die radiale
Ausdehnung eines Bolzenkopfs oder der Käfigmutter.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung
ist ferner vorgesehen, dass das Oberteil, das zumindest eine Seitenteil,
das Widerlager, die Wangen und/oder die Befestigungsabschnitte jenes
einen Käfig aufweisenden Trägerelements aus einem
Blechzuschnitt, vorzugsweise aus einem einzigen Blechzuschnitt geformt
sind. Ferner kann vorgesehen sein, ein Abstützelement an
das Trägerelement einstückig anzuformen, welches
dann eine zusätzliche Abstützung des Käfigs,
bzw. des Widerlagers des Trägerelements gegenüber
der tragenden Kraftfahrzeugkomponente zur Verfügung stellen kann.
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Nach
einem weiteren unabhängigen Aspekt betrifft die Erfindung
ein Verfahren zur Herstellung und/oder Montage des zuvor beschriebenen
erfindungsgemäßen Befestigungselements an einer
tragenden Komponente eines Kraftfahrzeugs. Ausgehend von einem Metallblechzuschnitt
ist dabei vorgesehen, diesen derart umzuformen, sodass zumindest zwei
Befestigungsabschnitte oder etwa ein umlaufender Abstützkörper
gebildet werden. Ferner ist an jenem Metallblechzuschnitt, welcher
das spätere Trägerelement bildet, eine Aufnahme
für ein Toleranzausgleichselement auszubilden. Dies erfolgt
vorzugsweise über einen Tiefziehprozess.
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In
einem weiteren Schritt wird das Toleranzausgleichselement in jener
Aufnahme angeordnet. Zudem ist vorgesehen, ein Verbindungselement, etwa
eine Käfigmutter oder eine Schweißmutter, je nach
konkreter Ausgestaltung des aus dem Metallblechzuschnitt umgeformten
Trägerelementes an dem Trägerelement anzuordnen,
ggf. fest mit diesem zu verbinden. Schließlich ist vorgesehen,
das Trägerelement mit dem daran angeordneten Toleranzausgleichselement
und dem Verbindungselement stoffschlüssig mit einer tragenden
Komponente des Kraftfahrzeugs, etwa der Kraftfahrzeugkarosserie,
zu verbinden. Als stoffschlüssiges Verbinden kommen hierbei
insbesondere Schweißverfahren und/oder dergleichen dauerhafte
und stabile Fügeverfahren zur Anwendung.
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Ausführungsbeispiele
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Weitere
Ziele, Merkmale sowie vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung
ergeben sich anhand der nachfolgenden Figurenbeschreibung unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen. Dabei bilden sämtliche
bildlich dargestellten und im Text beschriebenen Merkmale in jeglicher
sinnvollen Kombination untereinander den Gegenstand der vorliegenden
Erfindung.
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Es
zeigen:
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1 eine
perspektivische schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen
Befestigungselements mit einem daran angeformten und eine Aufnahme
für ein Toleranzausgleichselement aufweisenden Abstützelement,
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2 eine
alternative Ausgestaltung des Befestigungselements mit einem das
Abstützelement radial umschließenden Abstützkörper,
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3 das
Befestigungselement gemäß 1 mit einer
am Widerlager befestigten Schweißmutter,
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4 das
Befestigungselement gemäß 3 im Querschnitt
mit einem zu Montagezwecken eingesetzten Zentrierbolzen,
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5 eine
in das Abstützelement einschraubbare Toleranzausgleichsbuchse
in perspektivischer Darstellung,
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6 ein
in die Buchse einsetzbares Klemmelement,
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7 eine
Querschnittsdarstellung der Buchse mit angedeutetem Schraubbolzen,
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8 das
Befestigungselement gemäß der 1 und 3 mit
einer in die Aufnahme eingesetzten Toleranzausgleichsbuchse,
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9 das
an einer tragenden Kraftfahrzeugkomponente befestigte Befestigungselement
mit der Toleranzausgleichsbuchse in Ausgangs- und Endstellung für
den Ausgleich axialer Toleranzen,
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10 eine
perspektivische Darstellung des Befestigungselements in seiner Ausbildung
als Käfig zur schwimmenden Lagerung einer Käfigmutter
für den transversalen Toleranzausgleich,
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11 ein
Querschnitt entlang A-A gemäß 10,
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12 das
Befestigungselement gemäß 10 im
Querschnitt entlang B-B,
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13 eine
weitere Ausgestaltung des Befestigungselements mit mehreren am Käfig
seitlich hochstehenden Befestigungslaschen,
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14 eine
weitere Ausgestaltung des Befestigungselements und
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15 eine
weitere Variante des Befestigungselements zur Anbindung an einer
gegenüber der Widerlagerfläche geneigt verlaufenden
tragenden Kraftfahrzeugkomponente.
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Das
in den 1, 3, 8 und 9 in verschiedenen
Perspektiven und Querschnitten dargestellte Befestigungselement 10 hat
ein brückenartig ausgestaltetes Trägerelement 12,
welches ein sich zwischen zwei seitliche Wangen 38, 40 erstreckendes
Widerlager 31 für ein als Schweißmutter 32 ausgebildetes Verbindungselement
aufweist. Die beiden seitlichen Wangen 38, 40 bilden
an ihren in 1 und 3 unten
zu liegen kommenden Enden Befestigungsabschnitte 14, 16 zur
vorzugsweise stoffschlüssigen Befestigung des Trägerelements 12 an
einer tragenden Komponente eines Kraftfahrzeugs 50, wie
dies beispielhaft in 9 angedeutet ist.
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Die
an den Befestigungsabschnitten 14, 16 hervorstehenden
Befestigungspunkte 18, 20, 22, 24 sind
als Schweißnasen, insbesondere für eine Buckelschweißoperation
ausgebildet. Wenn die Schweißnasen 18, 20, 22, 24 beim
Schweißen schmelzen, gelangt der dazwischenliegende geradlinig
verlaufende freie Endabschnitt zugeordneter Befestigungsabschnitte 14, 16 flächig
mit der tragenden Kraftfahrzeugkomponente 50, etwa einem
Karosserieblech zur Anlage.
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An
der im Ausführungsbeispiel gemäß der 1 bis 9 parallel,
aber beabstandet zum Karosserieblech 50 verlaufenden Widerlagerfläche 31 stützt
sich, wie dies insbesondere den 3, 8 und 9 zu
entnehmen ist, eine am Widerlager 31, bzw. an der Widerlagerfläche 30 zu
befestigende Schweißmutter 32 ab. An jenem Teil
des Trägerelements 12 ist ferner ein nach unten
ragendes Abstützelement 42 angeformt, welches
dem Karosserieblech 50 zugewandt, einen Anlage- oder Abstützflansch 44 aufweist,
mit welchem sich das gesamte Befestigungselement 10 zusätzlich
und stabilisierend am Karosserieblech 50 abstützen
kann.
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Jenes
Abstützelement 42 ist vorzugsweise hohlzylindrisch
ausgebildet und stellt zugleich eine mit einem Innengewinde 54 versehene
Aufnahme 26 für ein Toleranzausgleichselement,
vorliegend eine Toleranzausgleichsbuchse 28, zur Verfügung.
Jene Toleranzausgleichsbuchse 28, wie sie in den 5, 6 und 7 näher
dargestellt ist, weist ein dem Innengewinde 54 der Aufnahme 26 entsprechendes Außengewinde 56 zum
Einschrauben der Buchse 28 in die Aufnahme 26 am
Trägerelement 12 auf.
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Die
Toleranzausgleichsbuchse 28 ist hohl und zur Aufnahme eines
Klemmelements 64 ausgebildet, welches über seinen
Umfang verteilt nach innen ragende flexible Laschen 66 aufweist.
Der von den Laschen 66 gebildete lichte Durchmesser des Klemmelements 64 ist
kleiner als der Außendurchmesser des in das Befestigungselement 10 und
in seine daran angeordnete Schweißmutter 32 einzuschraubenden,
in 7 im Querschnitt angedeuteten Schraubbolzens 34.
Beim Einfügen des Schraubbolzens gelangt dieser mit dem
Klemmelement 64, bzw. mit der Ausgleichsbuchse 28 klemmend
in Eingriff, sodass bei einem Einschrauben des Bolzens die Toleranzausgleichshülse 28 eine
Mitnahmebewegung erfährt. Das Klemmelement 64 weist
ferner einen länglichen Schlitz 68 auf, was ein
Einführen in die Buchse 28 erleichtert.
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So
ist in 7 der Durchmesser des Schraubbolzens 34 gestrichelt
gegenüber der Ausgangsstellung der Laschen 66 des
Klemmelements 64 gezeigt.
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Die
Gangrichtung der Gewinde 54 und 56 unterscheidet
sich von der Gangrichtung des Schraubbolzen- und Schweißmuttergewindes,
sodass etwa bei einem im Uhrzeigersinn erfolgenden Einschrauben
des Bolzens in 9 von unten in die Hülse 28,
bzw. in die Schweißmutter 32 die Toleranzausgleichshülse 28 aus
ihrer Ursprungsposition, in welche sie nahezu fluchtend mit einer
Anlagefläche 50 der tragenden Fahrzeugkomponente
zu liegen kommt, in eine hervorspringende Position 28',
also entgegen dem Vorschub des Schraubbolzens 34 aus der
Aufnahme 26 bzw. aus dem Abstützelement 42 herausbewegt
wird, bis das Toleranzausgleichselement 28 mit seinem Abstützflansch 60 am
zu befestigenden Bauteil 52 anliegt.
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Mit
dem in den 1, 3, 8 und 9 dargestellten
Trägerelement 12 können die über
die Schraubverbindung in das Widerlager 31 eingeleiteten
seitlichen Kippmomente oder schräg, bzw. senkrecht zur
Bolzenlängsrichtung angreifenden Kräfte über
das Trägerelement 12 und seine seitlichen Wangen 40, 38 oder
im Falle der Ausgestaltung nach 2 über
einen im Wesentlichen rund und zylindrisch ausgebildeten Abstützkörper 39 über einen
verhältnismäßig großen Flächenabschnitt
verteilt in das Karosserieblech 50 eingebracht werden. Der
Abstützkörper 39 weist analog zu dem
Trägerelement 12 einzelne über den Umfang
verteilt angeordnete Schweißnasen 36, 37 auf.
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Die
punktuelle Materialbelastung kann somit in vorteilhafter Weise verringert
werden, sodass insgesamt dünnwandigeres Karosserieblech 50 auch für
solche Befestigungsstellen infrage kommt. Jenes Karosserieblech 50 dünnwandiger
auszugestalten, geht mit einer Gewichtsreduzierung und durch den hierdurch
bedingten verringerten Kraftstoffverbrauch auch mit einer geringeren
Umwelt- und CO2-Belastung einher.
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Die
Breite, das heißt der Abstand gegenüberliegender
Wangen 38, 40 des Trägerelements 12 ist
zumindest deutlich größer als der Durchmesser des
Schraubbolzens 34 oder der Durchmesser des Toleranzausgleichselements 28 zu
wählen. Von Vorteil ist beispielsweise ein doppelter, dreifacher
oder vierfacher Abstand. Auch ist vorgesehen, dass der Abstand zwischen
dem Widerlager 31 und dem Karosserieblech 50 zumindest dem
Durchmesser des Schraubbolzens 34 oder dem Durchmesser
des Toleranzausgleichselements 28 entspricht. Bevorzugt
beträgt jener Abstand zumindest das 1,5- bis 3- oder 4-Fache
des Bolzendurchmessers.
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Ferner
kann durch die mittelbare Befestigung der Toleranzausgleichshülse 28 am
Karosserieblech 50 über das Trägerelement 12 und
sein Abstützelement 42 eine nahezu flächenbündige
Anordnung von Toleranzausgleichshülse 28 bzw.
ihres Abstützflansches 60 und der dem zu befestigenden Bauteil
zugewandten Oberfläche des Karosserieblechs 50 erzielt
werden. Die Befestigung des gesamten Trägerelements 12 und
des daran gehaltenen Toleranzausgleichselements erfolgt gänzlich
an der dem zu befestigenden Bauteil 52 abgewandten Seite
des Karosserieblechs 50.
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In 4 ist
ferner ein Zentrierbolzen 70 mit zwei in Axialrichtung
aneinander angrenzenden Bolzenabschnitten 72, 74 unterschiedlichen
Durchmessers gezeigt. Jener Zentrierbolzen 70 dient der
zentrischen Anordnung und Montage der Schweißmutter 32 am
Trägerelement 12. Fertigungstechnisch ist nämlich
vorgesehen, das gesamte Trägerelement 12 mit dem
Abstützelement 42 aus einem einzigen Metallblechzuschnitt
durch Umformprozesse zu fertigen. So ist zur Bildung des Abstützelementes 42 ein
Tiefziehprozess vorgesehen, sodass vorzugsweise inmitten des die
beiden Wangen 38, 40 einstückig verbindenden
Widerlagers 31 ein hohlzylindrischer Schaft 42 entsteht.
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Nachdem
das Abstützelement 42 zusammen mit seinem Anlagerflansch 44 an
das Trägerelement 12 angeformt ist, kann mittels
des von unten durch das Abstützelement 42 hindurchragenden
Zentrierbolzens 70 eine fluchtende und zentrische Anordnung
für die Schweißmutter 32 zur Verfügung
gestellt werden. Die Außendurchmesser der in Höhe
der Schweißmutter 32 und im Bereich des Abstützelements 42 zu
liegen kommenden Bolzenabschnitte 72, 74 sind
an die jeweiligen Innendurchmesser von Schweißmutter 32 und
Abstützelement 42 angepasst. Die Schweißmutter 32 selbst
weist einen radial verbreiterten Bund 46 zur Abstützung
und Anlage an der Widerlagerfläche 130 auf.
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Wie
anhand 4 und 9 ersichtlich, liegen die flanschartigen
Randabstellungen 60 des Abstützelements 42 und
der sich zwischen den Schweißnasen 18, 20, 22, 24 erstreckende
Rand der seitlichen Wangen 38, 40 in einer Ebene.
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Die
diversen Ausgestaltungen der 10 bis 15 zeigen
weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung, wobei das Toleranzausgleichselement
einen, bezogen auf die Bolzenlängsrichtung, transversalen
Toleranzausgleich zur Verfügung stellt. Das eigentliche
Toleranzausgleichselement 128 ist hierbei als elastischer
Haltering ausgebildet, welcher aufgrund seiner Elastizität
eine Verschiebung einer im Ring 128 gehaltenen Käfigmutter 132 im
vorgegebenen Toleranzbereich ermöglicht, zugleich aber
die Mutter 132 unverlierbar am Befestigungselement 100 hält.
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Zur
wechselseitigen Fixierung von Käfigmutter 132 und
Haltering 128 sind an der Käfigmutter 132 über
den Umfang verteilt einzelne, radial nach außen klapp-
oder schwenkbare Fixierelemente 166 vorgesehen. Mit Einschrauben
eines Schraubbolzens 134 in die Käfigmutter 132,
wie dies anhand der beiden Querschnitte gemäß der 11 und 12 erkennbar
ist, gelangt die Käfigmutter 132 mit einem zum Karosserieblech 150 hin
gewandte Unterseite mit dem vom Trägerelement 112 gebildeten Widerlager 131,
bzw. dessen Widerlagerfläche 130 abstützend zur
Anlage. Der Bolzenkopf 136 liegt in Endmontagestellung
an dem zu befestigenden Bauteil 152 an dessen dem Karosseriebleich 150 abgewandten
Seite an.
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Etwaige
Quermomente, insbesondere die über das an der Karosserie 150 befestigte
Bauteil 152 in die Schraubverbindung 132, 134 eingeleiteten und
senkrecht oder schräg zur Bolzenlängsrichtung gerichteten
Kräfte können über das Widerlager 131 und
die einstückig damit verbundenen Wangen 138, 140 in
seitliche Befestigungsabschnitte 114, 116 abgeleitet
werden.
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Im
gezeigten Ausführungsbeispiel sind jene Befestigungsabschnitte 114, 116 flanschartig
ausgebildet. Sie sind dazu ausgelegt, mittels einzelner Schweißpunkte 118, 120, 122 und 124 am
Karosserieblech 150 stoffschlüssig befestigt zu
werden. Bei sämtlichen Ausführungsformen der 10 bis 15 ist
an das Widerlager 131 ein hohlzylindrisches Abstützelement 142 mit
einem endseitigen Anlageflansch 144 angeformt.
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Der
Anlageflansch 144 und die Befestigungsflansche 114, 116 liegen,
wie anhand 12 verdeutlicht, auf einer gemeinsamen
Ebene, sodass die über die Schraubverbindung in das Befestigungselement 100 eingeleiteten
Querkräfte sowohl über die Befestigungsabschnitte 114, 116 als
auch über das Abstützelement 42 in das
Karosserieblech 150 eingeleitet werden können.
Der für die schwimmende Lagerung der Käfigmutter 132 vorgesehene
und an das Trägerelement 112 angeformte Käfig
weist in der Ausgestaltung gemäß 10 zwei
gegenüberliegende Seitenteile 154, 156 auf,
die in ein gemeinsames oder zweiteiliges Oberteil 158 münden.
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Das
Oberteil 158 weist eine Aussparung 126 auf, die
als Aufnahme, bzw. Aufnahmeöffnung für das als
Haltering 128 ausgebildete Toleranzausgleichselement dient.
Das Seitenteil 156 weist einen nach oben ragenden flanschartig
abgestellten Fortsatz 160 auf, zu welchem sich ein gleichermaßen
nach oben abgestellter Rand des Käfigoberteils 158 erstreckt.
Jene überlappenden Rand- oder Oberteilabschnitte sind mit
den in 10 und 11 angedeuteten
Schweißpunkten fest miteinander und ggf. mit dem Karosserieblech 150 verbunden.
Eine solch mehrfache Verbindung verleiht dem gesamten Befestigungselement 100 eine
erhöhte Stabilität und Steifigkeit.
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Die
Ausgestaltung gemäß 13 ist
jener der 10, 11 und 12 in
ihrer Funktionsweise grundsätzlich vergleichbar. Es sind
hierbei weitere laschen- oder zungenartig ausgebildete Fortsätze 164 vorgesehen,
die an das Widerlager 131 und/oder an die Seitenteile 154, 156 oder
das Oberteil 158 angrenzen. Das in 13 links
liegende Seitenteil 165 überlappt partiell mit
einem entsprechend hochgestellten Fortsatz 162 des Oberteils 158.
Durch Verbinden des Seitenteils 165 mit jenem Fortsatz 162 kann
auch hier ein in sich strukturversteifter Käfig zur schwimmenden
Lagerung der Käfigmutter zur Verfügung gestellt
werden.
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Die
Ausgestaltung gemäß 14 weist
ein, bezogen auf die Geometrie des einzuschraubenden Bolzens 134,
radial verbreitertes Abstützelement 178 auf. Durch
dessen radiale Verbreiterung gegenüber einer etwa in 10 gezeigten
Ausführungsform können auch die über
das Abstützelement 178 abzuleitenden Kräfte über
eine vergleichsweise große Fläche verteilt werden,
wobei der Abstützflansch 176 im Wesentlichen vollständig
das sich zwischen den Seitenteilen 170, 172 erstreckende
Flächensegment abdeckt. Der Flansch 176 bildet
hierbei zudem einen Befestigungsabschnitt zur stoffschlüssigen
Befestigung an der tragenden Fahrzeugkomponente.
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Hierbei
kann ferner vorgesehen sein, dass das die Käfigmutter 132 abstützende
Widerlager 131 oder seine Widerlagerfläche 130 unmittelbar
vom Abstützelement 178 gebildet wird. Insoweit
weist jener Käfig kein separates Unterteil auf. Die Seitenteile 170, 172 sind
ferner treppenartig ausgestaltet, wobei die Seitenteile 170, 172 mit
einem ersten Absatz 171, 173 an der Oberseite
des topfartig ausgebildeten Abstützelements 178 aufliegen
und mit einem weiteren Absatz 174, 175 zueinander
gegenüberliegend angeordnete Oberteile, bzw. Oberteilhälften 174, 175 für die
schwimmende Aufnahme des Toleranzausgleichselements 128 bilden.
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Das
Fertigungsverfahren für ein solches Befestigungselement
kann etwa von einem einzigen Blechzuschnitt ausgehen, wobei etwa
inmitten des Zuschnitts ein nach oben weisendes topfartig ausgebildetes
Abstützelement 178 mittels Tiefziehen angeformt
wird und seitlich zu jenem Topfabschnitt erstreckende Flügelteile
in Form jener mit Absätzen versehenen Seitenteilen 170, 172 zur
Bildung des Käfig hochgeklappt werden. Dabei gelangen diese
zumindest bereichsweise, etwa mit Absätzen 171, 173 auf der
vom Abstützelement 178 gebildeten obenliegenden
Widerlagerfläche 130 zur Anlage.
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15 zeigt
schließlich eine der 10 vergleichbare
Ausgestaltung eines Befestigungselements, welches insbesondere dazu
ausgelegt ist, an einem gegenüber der Schraubenachse geneigt
oder schräg verlaufenden Karosserieblech angeordnet zu werden.
Demgemäß weist das Befestigungselement an seinem
in 15 links obenliegenden Endabschnitt keine seitliche Wange,
sondern lediglich einen flanschartigen Befestigungsabschnitt 184 auf, während
an dem gegenüberliegenden Abschnitt an die Widerlagerfläche 130 angrenzend
eine verhältnismäßig lang ausgebildete
Wange 180 in einen davon flanschartig abgestellten Befestigungsabschnitt 182 ausgebildet
ist. Entsprechend der Neigung des hier nicht explizit gezeigten
Karosserieblechs sind auch das Abstützelement 186 und
der dazugehörige Abstützflansch 188 schräg
ausgebildet.
-
- 10
- Befestigungselement
- 12
- Trägerelement
- 14
- Befestigungsabschnitt
- 16
- Befestigungsabschnitt
- 18
- Schweißnase
- 20
- Schweißnase
- 22
- Schweißnase
- 24
- Schweißnase
- 26
- Aufnahme
- 28
- Toleranzausgleichselement
- 30
- Widerlagerfläche
- 31
- Widerlager
- 32
- Verbindungselement
- 34
- Schraubbolzen
- 36
- Schweißnase
- 37
- Schweißnase
- 38
- Wange
- 39
- Abstützkörper
- 40
- Wange
- 42
- Abstützelement
- 44
- Anlageflansch
- 46
- Bund
- 50
- Karosserieblech
- 52
- Bauteil
- 54
- Gewinde
- 56
- Gewinde
- 60
- Abstützflansch
- 64
- Klemmelement
- 66
- Lasche
- 68
- Schlitz
- 70
- Zentrierbolzen
- 72
- Bolzenabschnitt
- 74
- Bolzenabschnitt
- 110
- Befestigungselement
- 112
- Trägerelement
- 114
- Befestigungsabschnitt
- 116
- Befestigungsabschnitt
- 118
- Schweißnase
- 120
- Schweißnase
- 122
- Schweißnase
- 124
- Schweißnase
- 126
- Aufnahme
- 128
- Toleranzausgleichselement
- 130
- Widerlagerfläche
- 131
- Widerlager
- 132
- Verbindungselement
- 134
- Schraubbolzen
- 136
- Kopf
- 138
- Wange
- 140
- Wange
- 142
- Abstützelement
- 144
- Anlageflansch
- 150
- Karosserieblech
- 152
- Bauteil
- 154
- Seitenteil
- 156
- Seitenteil
- 158
- Oberteil
- 160
- Fortsatz
- 162
- Fortsatz
- 164
- Fortsatz
- 165
- Seitenteil
- 166
- Fixierelement
- 170
- Seitenteil
- 171
- Absatz
- 172
- Seitenteil
- 173
- Absatz
- 174
- Oberteil
- 175
- Oberteil
- 176
- Abstützflansch
- 178
- Abstützelement
- 180
- Wange
- 182
- Befestigungsabschnitt
- 184
- Befestigungsabschnitt
- 186
- Abstützelement
- 188
- Abstützflansch
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 10151383
A1 [0003]
- - DE 10308673 A1 [0005]