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Die Erfindung betrifft eine Toleranzausgleichseinrichtung zur Festlegung eines Bauteils an einer Struktur, wobei die Struktur zwei im Abstand zueinander angeordnete Elemente aufweist. Bei dem festzulegenden Bauteil (siehe zum Beispiel
JP 2007 - 314 072 A ). auf einem vergleichsweise dünnen Blech der Dachhaut aufgesetzt wird und an den darunter liegenden sich im Abstand zur Dachhaut angeordneten, stabileren Karosserie- und Verstärkungsblechen abstützt. Da der Abstand zwischen der Dachhaut und den Karosserie- und Verstärkungselementen toleranzbedingt variiert, ist für die Festlegung des Bauteils, beispielsweise über eine Schraubverbindung, zusätzlich eine Einrichtung für den Toleranzhöhenausgleich vorzusehen.
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Bei bekannten Befestigungsvorrichtungen einer Dachleiste mittels einer Schraubverbindung, wobei vorzugsweise ein Schraubbolzen an der Dachleiste vorgesehen wird, welcher durch die Ausnehmungen der beiden Elemente der Struktur, nämlich die Dachhaut und die Verstärkungsbleche, reicht, wird der Toleranzhöhenausgleich über ein Verstellelement realisiert. Das Verstellelement befindet sich hierfür nach der Montage der Dachleiste zwischen den beiden Elementen der Struktur und wird mittels des Schraubbolzens oder mittels eines separaten Werkzeuges so positioniert, dass es sich auf dem stabileren Element der Struktur abstützen kann.
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Das Dokument
DE 10 2008 062 894 A1 zeigt eine Distanzvorrichtung zur Überbrückung eines Freiraum zwischen zwei im Abstand zueinander angeordneten Elementen mit einem Stützteil und Gegenstützteil, welche über eine Gewindeverbindung aneinander gehalten sind. Durch Drehmitnahme zu einer Gewindeschraube erfolgt eine Verstellung. Diese Distanzvorrichtung wird mittels eines Halters am Dach des Kraftfahrzeugs festgelegt.
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Das Dokument
DE 101 51 383 A1 zeigt eine Toleranzausgleichsanordnung zum selbsttätigen Ausgleich von Toleranzen im Abstand zwischen zwei Bauteilen. Die Toleranzausgleichsanordnung besteht aus einer Schraube, einer Blindnietmutter und einer Ausgleichsbuchse, welche an einem Bauteil vernietet wird, aber nicht in den Zwischenraum zum zweiten Bauteil eingreift, sondern über das erste Bauteil hinaus ins Kfz-Innere ragt.
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Das Dokument
DE 36 20 005 C1 zeigt eine Distanzbuchse aus einer topfartigen Nietmutter und einer darin verstellbar aufgenommenen Stellschraube. Die Nietmutter wird in die innere Türstruktur eingesetzt und an dem inneren Dachblechen befestigt.
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Das Dokument
DE 199 10 510 A1 zeigt eine ähnliche Struktur aus topfartigem Stützteil und einem darin verstellbar aufgenommenen Distanzteil. Das Stützteil wird durch eine Nietverbindung am ersten Bauteil festgelegt.
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Neben dem Höhenausgleich aufgrund des variierenden Abstands der zwei Elemente der Struktur ist häufig auch ein Winkelausgleich notwendig, da beispielsweise über die Länge des Kraftfahrzeuges und damit über die gesamte Länge einer Dachleiste die Ausrichtung der beiden Elemente der Struktur, nämlich der Dachhaut und der darunter liegenden Verstärkungsbleche, toleranzbedingt variieren kann. Sind beide Elemente der Struktur nicht parallel zueinander ausgerichtet, werden beim Befestigen der Dachleiste durch eine Schraubverbindung Spannungen in dem weniger stabilen Element der Struktur, beispielsweise der Dachhaut, erzeugt, was in nachteiliger Weise zu sichtbaren Dellen in der Dachhaut führen kann. Dies ist unerwünscht. Bei einer bekannten Schraubbefestigung gemäß dem deutschen Patent
DE 195 42 109 C2 wird ein Winkelausgleich über zwei Kugelscheiben realisiert, die mit zwei Kugelpfannen zusammenwirken. Die obere Kugelpfanne wird in der Dachreling vorgesehen und die zweite Kugelpfanne wird als separates Bauteil an den Verstärkungsblechen angeschweißt. Bei dieser Befestigungsvorrichtung einer Dachreling wird jedoch kein Höhenausgleich vorgesehen. Darüber hinaus ist die Montage dieser Befestigungsvorrichtung kompliziert und zeitaufwendig.
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Eine verbesserte Befestigungsvorrichtung für eine Dachreling zeigt das Dokument
DE 10 2005 014 217 B4 . Hier wird für den Winkelausgleich eine Kugelkalotte in einem Befestigungsblech eingebracht. Diese Kugelkalotte im Befestigungsblech wirkt einerseits mit einer Kalottenfläche einer Ausgleichshülse zusammen, die sich im Zwischenraum zwischen beiden Elementen der Struktur befindet und andererseits mit einer Ausgleichsscheibe, die unterhalb des zweiten Elementes vorgesehen ist. Die Ausgleichhülse ist formschlüssig mit einer Fixierhülse verbunden. Alle Elemente sind über Klipsverbindungen fixiert und lassen sich zusammen als vormontierte Einheit an der Dachhaut festlegen. Die Schraubverbindung zur Befestigung der Dachreling erfolgt so, dass die gesamte Baueinheit gegen das obere Dachblech verspannt wird. In nachteiliger Weise wird der vorgesehene Winkelausgleich durch eine Vielzahl von Bauteilen realisiert. Ein Höhenausgleich erfolgt nicht.
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Darüber hinaus wird auch gewünscht, die Dachleiste bereits mit Toleranzausgleichselementen zu versehen, um eine Montage am Dach des Kraftfahrzeuges zu erleichtern.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Befestigungsmöglichkeit für ein Bauteil an einer Struktur zu vereinfachen, wobei die Struktur zwei im Abstand angeordnete Elemente besitzt, deren Abstand und gegebenenfalls auch deren Ausrichtung toleranzbedingt variieren kann. Ein Höhenausgleich und gegebenenfalls ein Winkelausgleich sollen bei der Festlegung des Bauteils erfolgen.
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Diese Aufgabe wird mit einem Bauteil mit vormontierten Toleranzausgleicheinrichtungen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erzielt. Die Toleranzausgleichseinrichtungen sind an der Unterseite des Bauteils vormontiert. Für die Festlegung des Bauteils an einer Struktur, nämlich dem Dach eines Kraftfahrzeugs, welches zwei im Abstand zueinander angeordnete Elemente aufweist, umfasst die Toleranzausgleichseinrichtung ein hülsenförmiges Aufnahmeelement, in welchem ein den Toleranzhöhenausgleich realisierendes Verstellelement axial verstellbar gehalten ist. In vorteilhafter Weise ist das Aufnahmeelement in Form einer Niethülse vorgesehen und kann über eine Nietverbindung an einem Element der Struktur oder dem Bauteil festgelegt werden. Diese Niethülse besitzt zwei Bereiche, nämlich einen Aufnahmebereich zur Aufnahme des Verstellelementes und einen Verbindungsbereich zur Erzielung der Nietverbindung mit einem Element der Struktur oder dem Bauteil. Dieser Verbindungsbereich umfasst einen Wandbereich geringerer Wanddicke, was ein Vernieten ermöglicht. Das Verstellelement ist zusätzlich mit einem Winkelausgleichselement ausgestattet.
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Das Verstellelement dient dem Toleranzhöhenausgleich. Die Bewegung des Verstellelementes wird vorzugsweise über eine Gewindepaarung mit dem hülsenförmigen Bereich der Niethülse realisiert, wobei das Verstellelement vorzugsweise ein passendes Außengewinde zum Innengewinde der Niethülse besitzt, um in die Niethülse hinein und heraus gedreht zu werden. Es ist in einer weiteren Ausführungsform jedoch auch möglich das Verstellelement auf den hülsenförmigen Bereich der Niethülse aufzudrehen, wobei das Verstellelement in diesem Fall ein passendes Innengewinde zum Außengewinde der Niethülse besitzt.
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Wird eine Verbindung zum Verstellelement über eine Gewindepaarung zwischen diesen beiden Elementen vorgesehen, befindet sich das Gewinde an der Niethülse in einem zylindrischen Aufnahmebereich. Oberhalb dieses zylindrischen Bereichs der Niethülse befindet sich der Verbindungsbereich.
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Mit dieser neuen Toleranzausgleichseinrichtung lässt sich ein Bauteil an einer Struktur festlegen, wobei die Struktur ein in Montagerichtung erstes Element und ein dazu im Abstand angeordnetes zweites Element besitzt, welches beispielsweise stabiler oder gewölbt ausgestaltet sein kann. In beiden Elementen der Struktur wird je eine Ausnehmung vorgesehen, wobei die beiden Ausnehmungen axial zueinander ausgerichtet sind, damit zur Herstellung einer Schraubverbindung beispielsweise ein Schraubbolzen oder eine Gewindeschraube beide Ausnehmungen durchgreifen kann.
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Die Niethülse wird zur Befestigung des Bauteils an der Struktur über eine Nietverbindung mit dem Bauteil verbunden. Eine solche Verbindung lässt sich in einfacher Weise über ein Nietsetzgerät realisieren. Hierzu wird die Niethülse in die Ausnehmung des ersten Elements der Struktur oder des Bauteils eingesetzt. Ist am oberen Ende, dem Nietkopf, der Niethülse ein Ringflansch vorgesehen, liegt die Niethülse mit dem vorgesehenen Ringflansch auf einer Auflagefläche des ersten Elementes oder des Bauteils auf. Ist ein solcher Ringflansch nicht vorgesehen, kann auch bei einer weiteren Ausführungsformen der zylindrische Aufnahmebereich und der zylindrische Verbindungsbereich der Niethülse unterschiedliche Durchmesser besitzen, vorzugsweise der Verbindungsbereich einen kleineren Durchmesser aufweisen, so dass sich an der Außenwandung der Niethülse eine Stufe ergibt, die dann beim Vernieten in gleicher Weise wie der Ringflansch als Anlagefläche dient.
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Bei einer weiteren Ausführungsform zur Befestigung der Niethülse am Bauteil hat die Niethülse im Verbindungsbereich einen geringeren Außendurchmesser als im Aufnahmebereich. Des Weiteren ist die Toleranzausgleichseinrichtung zur Positionierung und Fixierung an der Struktur mit einem Klipselement versehen. Dieses Klipselement besitzt eine Einstecköffnung und wird vor der Montage am Bauteil über das im Durchmesser schmalere Ende der Niethülse geschoben und zusammen mit der Niethülse in eine vorgesehene Öffnung des Bauteils eingesteckt, vorzugsweise mittels des Zugkerns des Nietsetzgerätes. Anschließend wird der Verbindungsbereich der Niethülse über eine Nietverbindung am Bauteil festgelegt. Das Verstellelement kann nachdem der Zugkern entfernt wurde, am anderen Ende der Niethülse in den Aufnahmebereich eingebracht, vorzugsweise eingedreht werden.
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Handelt es sich bei dem Bauteil beispielsweise um eine Dachleiste, so kann diese mittels der neuen Toleranzausgleichseinrichtung mit dem Dach eines Kraftwagens verbunden werden. Zur Befestigung einer Dachleiste an einer Dachstruktur werden mehrere Toleranzausgleichseinrichtungen benötigt. Es werden hierzu vorzugsweise vier Niethülsen in die vorgesehenen Öffnungen der Dachstruktur oder an der Unterseite der Dachleiste eingesteckt. Hierzu kann die Toleranzausgleichseinrichtung einerseits von oben montiert und am Dach festgelegt werden, dann stellt die Dachhaut das erste Element der Struktur dar, welches eine Auflagefläche für die zu montierende Dachleiste besitzt und der dazu im Abstand angeordnete stabile Verbund aus Karosserie- und Verstärkungsblechen stellt das zweite Element der Struktur dar, welches eine Andruckfläche aufweist.
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Die Toleranzausgleichseinrichtung kann des Weiteren auch mit der Dachleiste vernietet werden. Der nach dem Vernieten aus dem Bauteil herausragende Aufnahmebereich der Niethülse mit dem eingedrehten Verstellelement und dem Klipselement wird in die Öffnung des ersten Elementes eingesteckt. Das über das Ende des Verbindungsbereiches der Niethülse ursprünglich aufgeschobene Klipselement ist nach dem Vernieten zwischen der Unterseite des Bauteils und Bereichen der Niethülse gelagert, vorzugsweise in einer Umfangsnut des Aufnahmebereichs der Niethülse, welcher sich benachbart zum Verbindungsbereich befindet, so dass das Klipselement zwischen der Unterseite des Bauteils und der gegenüber der Umfangsnut vorstehenden Wandung des Verbindungsbereiches der Niethülse eingeklemmt ist. Sobald das Bauteil auf der Auflagefläche des ersten Elementes zur Anlage kommt, verrastet das Klipselement am Rand der Öffnung des ersten Elements. Hierfür besitzt das Klipselement Rastelemente, vorzugsweise federnde Spreizarme, die an dem die Niethülse umgebenden Bund des Klipselementes angeformt sind. Der Bund umgibt die Einstecköffnung des Klipselementes. Es werden vorzugsweise mindestens zwei Spreizarme an gegenüberliegenden Seiten des Klipselementes vorgesehen. Diese federnden Spreizarme werden beim Einsetzen in die Öffnung des ersten Elementes an die Niethülse angedrückt und spreizen nach dem Passieren der Öffnung des ersten Elementes wieder auseinander, wobei sich die Enden der Spreizarme an der Unterseite des ersten Elementes abstützen. Auf diese Weise ist das Bauteil an der Struktur festgelegt und der Toleranzausgleich mittels des Verstellelementes kann nachfolgend vorgenommen werden. Zur Befestigung dieser Dachleiste an einer Dachstruktur werden mehrere Toleranzausgleichseinrichtungen, vorzugsweise vier Niethülsen zusammen mit den Klipselementen in Öffnungen an der Unterseite der Dachleiste eingesteckt und über eine Nietverbindung mit der Dachleiste verbunden. Anschließend werden die vier Verstellelemente in die Niethülsen eingedreht. Man erhält eine vormontierte Baueinheit, nämlich eine Dachleiste mit Toleranzausgleichseinrichtungen.
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Die so vormontierte Dachleiste wird zur Montage auf die Auflagefläche des Dachs so aufgesetzt, dass die Toleranzausgleichseinrichtungen die Öffnungen der Dachhaut durchgreifen. Dabei verrasten die Klipselemente an der Dachhaut. Bei dieser Montage der Dachleiste an der Dachhaut sind auch Toleranzen in Längs- und Querrichtung der Dachleiste zu berücksichtigen, ebenso Maßtoleranzen der Öffnungen in der Dachhaut. Um eine sichere Positionierung der Dachleiste zu ermöglichen, wird vorgesehen, dass die Klipselemente verdrehsicher, aber in Längsrichtung der Dachleiste in geringem Maße beweglich an der Dachleiste fixiert sind. Hierzu weisen die Klipselemente mindestens zwei in Richtung der Dachleiste abragende Nocken auf, die so am Klipselement angeformt sind, dass sie nach der Montage in Längsrichtung der Dachleiste sich vor und hinter der Niethülse befinden. Diese Nocken greifen in Sacklöcher an der Unterseite der Dachleiste ein. Diese Sacklöcher der Dachleiste sind als Langlöcher ausgebildet, d.h. sie weisen eine größere Ausdehnung in Längsrichtung der Dachleiste auf. Die Länge der Sacklöcher ist das Maß der Längsverschieblichkeit des an der Niethülse gelagerten Klipslements. In Querrichtung der Dachleiste sind die Klipse nicht beweglich, in Querrichtung weisen die Sacklöcher der Dachleiste eine zum Durchmesser der Nocken der Klipselemente passende Breite auf. Auf diese Weise lassen die Sacklöcher an der Dachleiste keine Querbewegung der Klipselemente zu. Zum anderen besitzt das Klipselement eine Einstecköffnung, um auf einem Ende der Niethülse aufgeschoben zu werden, welches mit einer größeren Ausdehnung in Längsrichtung versehen ist im Vergleich zum Außendurchmesser der Niethülse im Bereich der Umfangsnut, dem vorgesehenen Sitz des Klipselementes. Vorzugsweise hat die Einstecköffnung eine ovale Form. Die Ausdehnung der Einstecköffnung in Querrichtung ist jedoch so ausgestaltet, dass keine Querbewegung des Klips möglich ist. Hier liegt der Bund des Klipselements an der Niethülse an.
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Toleranzen in Querrichtung können bei der Montage der Dachleiste auf dem Dach ausgeglichen werden. Das Dach besitzt eine Anzahl Öffnungen, die der Anzahl der Toleranzausgleichseinrichtungen an der Dachleiste entspricht, beispielsweise vier Öffnungen, wobei die mittleren Öffnungen etwas breiter, d.h. in Querrichtung breiter vorgesehen werden. Die beiden Öffnungen für die erste und letzte Toleranzausgleichseinrichtung an der Dachleiste werden passend zu der jeweiligen Toleranzausgleichseinrichtung ausgebildet. Wird nun die Dachleiste mit den Toleranzausgleichseinrichtungen auf die Dachhaut aufgesetzt, werden die erste und letzte Toleranzausgleichseinrichtung der Dachleiste in die passenden Öffnungen in die Dachhaut eingesetzt. Die Dachleiste ist dann positioniert. Das sichere Einsetzen der mittleren Toleranzausgleichseinrichtungen wird möglich, einerseits durch die Längsbewegung der Klipse, die die Toleranzen in die Längsrichtung aufnehmen und andererseits durch die in Querrichtung breiteren mittleren Öffnungen der Dachhaut, wodurch Toleranzen in Querrichtung aufgenommen werden. Nachdem alle Klipse der Toleranzausgleichseinrichtungen der Dachleiste in die passenden Öffnungen der Dachhaut eingesetzt und an den Rändern der Öffnungen der Dachhaut verrastet sind, wird mittels eines Werkzeuges oder der zur Befestigung vorgesehenen Gewindeschaube das Verstellelement ausgespindelt. Hierbei gewährleisten die Klipse, dass die Dachleiste mit der Dachhaut verbunden bleibt und nicht vom Dach abgehoben wird.
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Die Toleranzausgleichseinrichtung umfasst neben der Niethülse, das zum Höhenausgleich vorgesehene Verstellelement und vorzugsweise auch ein Winkelausgleichselement. Das Winkelausgleichselement kann eine flexible Scheibe oder eine Kugelscheibe sein, die am Verstellelement gelagert ist. Die Elemente der Toleranzausgleichseinrichtung werden vorzugsweise als vormontierte Einheit verwendet.
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Zum Höhenausgleich befindet sich das Verstellelement zwischen den beiden Elementen der Struktur und ist in dem hülsenförmiges Aufnahmebereich der Niethülse axial verstellbar aufgenommen, insbesondere wird eine solche axiale Verstellung über eine Gewindepaarung realisiert. Durch die axiale Verstellung des Verstellelementes können toleranzbedingt unterschiedliche Abstände der beiden Elemente der Struktur ausgeglichen werden, indem sich das im Aufnahmebereich der Niethülse gehaltene Verstellelement jeweils soweit aus dem Aufnahmebereich herausgedreht wird, dass es an die Andruckfläche des zweiten Elementes andrückbar ist, vorzugsweise mit dem an dem Verstellelement gelagerten Winkelausgleichselement. Dieses Verstellelement lässt sich beim oder nach dem Einsetzen der Niethülse ausspindeln, bis es an der Andruckfläche des zweiten Elementes anliegt, um den toleranzbedingten Distanzausgleich vorzunehmen. Gleichzeitig wird mit der Toleranzausgleichseinrichtung auch ein Winkelausgleich vorgenommen. Sollten beispielsweise beide Elemente der Struktur nicht parallel verlaufen, wodurch auch die Anlagefläche des ersten Elementes und die Andruckfläche des zweiten Elementes nicht parallel zueinander ausgerichtet sind, kann dies durch das am unteren Ende des Verstellelementes gelagerte Winkelausgleichselement ausgeglichen werden.
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Bei einer vorteilhaften Ausführung zur Befestigung einer Dachleiste erfolgt das Einbringen der Niethülse in das Dach von oben, da die Dachhaut des Kraftfahrzeugs gut zugänglich ist. Es muss keine Vergrößerung der Ausnehmung in einem der beiden Elemente, Dachhaut oder Verstärkungsbleche, vorgenommen werden, um eine solche Niethülse an der Struktur festzulegen. Dies bedeutet, die Ausnehmungen in der Struktur sind vergleichsweise klein, was einerseits die Stabilität der Befestigung, beispielsweise der Schraubverbindung, erhöht, andererseits bedeuten kleine Ausnehmungen in der Struktur, dass ein geringerer Aufwand für die Abdichtung notwendig ist. Nach dem Vernieten, d.h. in Befestigungslage, befindet sich der hülsenförmige Körper, also der Aufnahmebereich der Niethülse, im Zwischenraum zwischen den beiden Elementen der Struktur. Zusammen mit dem Montieren der Niethülse wird gleichzeitig das in der Niethülse aufgenommene Verstellelement in den Zwischenraum zwischen den beiden Elementen eingebracht. Dieses Verstellelement wird beispielsweise über eine Gewindepaarung an der Niethülse gehalten. Bei dem Verstellelement kann es sich um eine Gewindehülse handeln, die auf die Niethülse aufgeschraubt ist oder aber um eine Gewindehülse, die in die Niethülse eingeschraubt ist. Wird bei einem Ausführungsbeispiel das Verstellelement auf die Niethülse aufgeschraubt, so hat dies bei einer Montage an einem Kraftfahrzeugdach von oben den Vorteil, dass die obere Ausnehmung im ersten Element, beispielsweise der Dachhaut, gegenüber der unteren Ausnehmung kleiner ausgestaltet werden kann, was den Aufwand für die Abdichtung verringert. Wird dagegen das Verstellelement in die Niethülse eingeschraubt, so ist die obere Ausnehmung vergleichsweise größer als die untere Ausnehmung. In beiden Fällen kann zur Befestigung einer Dachleiste eine Toleranzausgleichseinrichtung von oben in die Dachhaut eingesetzt und die Niethülse daran befestigt und es können mittels des Verstellelementes und gegebenenfalls durch ein am Verstellelement angeordnetes Winkelausgleichselements die Haltekräfte in das zweite Element, die stabilere Dachstruktur, ableitet werden.
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Zur axialen Verstellung des Verstellelementes können bekannte Mittel vorgesehen werden. Beispielsweise kann am oberen Rand des Verstellelementes mindestens eine Nut angebracht sein, um mittels eines Werkzeuges nach dem Setzen der Nietmutter das Verstellelement zu verdrehen, bis es am zweiten Element der Struktur anliegt. Derartige Nuten können gleichzeitig zur Aufnahme von Zentrierringen dienen. Wird beispielsweise eine Dachleiste auf ein Kraftfahrzeugdach aufgebracht, so sind in der Regel vier Schraubbolzen an dieser Dachleiste vorgesehen und damit sind vier Nietmuttern in vier Bohrungen des Dachs einzubringen. Sollen nicht zusätzliche Ausnehmungen im Dach für Positionsstifte vorgesehen werden, kann ein solcher Positionsclips in eine der vier Nietmuttern eingesteckt werden, wodurch der Innenkanal des Verstellelementes, welche größer ist als der Außendurchmesser des Schraubbolzens, für einen eingesetzten Schraubbolzen verengt wird, dieser also in Längs- bzw. Querrichtung positioniert wird. Eine Positionierung kann auch ohne Vorsehen der oben beschriebenen Nut vorzugsweise durch ein eingesetztes Kunststoffelement, beispielsweise durch eine Zentrierhülse, vorgenommen werden.
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Eine weitere Möglichkeit, das Verstellelement auszuspindeln, besteht darin, das Verstellelement mit einem Innengewinde auszustatten, so dass es mittels eines separaten Werkzeuges, der zur Befestigung vorgesehenen Gewindeschraube oder beim Nietsetzvorgang verstellt werden kann. Aus dem Stand der Technik sind darüber hinaus Mitnehmerverbindungen bekannt, wo mittels Reibschluss ein solches Verstellelement bewegt wird. Ein solches Reibelement ist vorzugsweise ein Ring aus Kunststoff oder Gummi (EPDM), der in dem Innenkanal des Verstellelementes angeordnet wird, beispielsweise kann hierfür zusätzlich eine Ringnut in dem Innenkanal des Verstellelementes vorgesehen werden. Dieses Reibelement kann auch auf den Zugkern des Nietsetzgeräts aufgebracht und durch diesen Zugkern in den Innenkanal des Verstellelementes eingebracht werden.
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Aus dem Stand der Technik sind darüber hinaus Mitnehmerverbindungen bekannt, wo mittels Kraftschluss ein solches Verstellelement bewegt wird. Ein solcher Kraftschluss wird über ein Reibelement oder ein Federelement realisiert, welches in dem Innenkanal des Verstellelementes angeordnet wird.
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In der Niethülse ist ein Verstellelement mit einem Winkelausgleichselement aufgenommen. Dieses Verstellelement lässt sich nach der Montage des Bauteils ausspindeln, bis es an der Andruckfläche des zweiten Elementes anliegt, um den toleranzbedingten Distanzausgleich vorzunehmen. Gleichzeitig wird mit der Toleranzausgleichseinrichtung auch ein Winkelausgleich vorgenommen. Sollten beispielsweise beide Elemente der Struktur nicht parallel verlaufen, wodurch auch die Anlagefläche des ersten Elementes und die Andruckfläche des zweiten Elementes nicht parallel zueinander ausgerichtet sind, kann dies durch das am unteren Ende des Verstellelementes gelagerte Winkelausgleichselement ausgeglichen werden.
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Das Winkelausgleichselement ist beispielsweise eine Kugelscheibe, die in einer kugelpfannenähnlichen Ausnehmung am unteren Ende des Verstellelementes lagert. Bei einem Winkelversatz der Andruckfläche des zweiten Elementes im Vergleich zur Anlagefläche des ersten Elementes setzt die Kugelscheibe nicht horizontal auf die Andruckfläche auf. Entsprechend der abgewinkelten Ausrichtung des zweiten Elementes verdreht sich die Kugelscheibe in der kugelpfannenartigen Aufnahme am Verstellelement. Hierbei wirken beispielsweise eine konvexe Kugelfläche an der Oberseite der Kugelscheibe mit einer konkaven Kugelfläche am Verstellelement zusammen, so dass sich das Verstellelement über die Kugelscheibe gut an das zweite Element andrücken kann, ohne dass sich die vertikale Ausrichtung des Verstellelementes ändert. Die Mittelachse der Toleranzausgleichseinrichtung bleibt beim Andrücken des Verstellelementes an das zweite Element in ihrer vertikalen Ausrichtung unverändert. Damit lassen sich alle an einer Dachleiste vorgesehenen Schraubbolzen unter Verwendung dieser neuen Toleranzausgleichseinrichtung leicht senkrecht einführen.
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Bei einer weiteren Ausführungsform weist das Verstellelement zur Lagerung einer Kugelscheibe im Bereich des unteren Endes vorzugsweise einen Ringflansch auf, der eine in seine Unterseite eingeformte, konkave Kugelfläche besitzt, die mit einer an der Oberseite der Kugelscheibe vorgesehenen, konvexen Kugelfläche zusammenwirkt. Eine solche Kugelscheibe kann auf einfache Weise mit dem Verstellelement verbunden werden. Wird beispielsweise am unteren Ende des Verstellelementes ein den Ringflansch nach unten überragender Bund vorgesehen, so kann die Kugelscheibe auf diesen Bund aufgeschoben werden. Wird anschließend der Bund endseitig aufgeweitet oder umgebördelt, so kann die Kugelscheibe nicht mehr von der Bundfläche herunterrutschen und ist beweglich, nämlich drehbar und kippbar am Verstellelement gelagert, quasi schwimmend mit dem Verstellelement verbunden.
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Eine weitere Ausführung eines Winkelausgleichselements ist beispielsweise eine flexible Scheibe aus Kunststoff oder Blech, vorzugsweise aus Kunststoff. Diese Scheibe wird in einer Umfangsnut am unteren Ende des Verstellelementes aufgenommen. Bei einem Winkelversatz oder einer Wölbung des zweiten Elements im Vergleich zur Ausrichtung des ersten Elements, verbiegt sich die flexible Scheibe entsprechend der Wölbung oder des Winkelversatzes und legt sich an die Andruckfläche des zweiten Elementes an. Zur Lagerung einer flexiblen Scheibe am Verstellelement weist das Verstellelement im Bereich des unteren Endes vorzugsweise eine Umfangsnut auf.
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Soll ein Bauteil an einer Struktur mit gewölbter Auflagefläche montiert werden und/ oder besitzt das Bauteil keine planare Auflagefläche an seiner Befestigungsseite, so kann der Nietkopf der Niethülse in einer besonderen Ausführungsform an diese Gegebenheiten angepasst werden. Der Nietkopf wird dabei vorzugsweise in Form eines Ringflansches vorgesehen und mit einer Anlagefläche an seiner Oberseite und mit einer Auflagefläche an seiner Unterseite ausgestattet, die jeweils an die Kontur der Auflagefläche des ersten Elements der Struktur oder an die Kontur der Unterseite des Bauteils angepasst sind. Hierdurch werden beim Vernieten Materialverwerfungen an solchen nicht planaren, z.B. gewölbten Auflageflächen, vermieden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Verwendung einer Niethülse zur Befestigung eines Bauteils, beispielsweise einer Dachleiste, an einer Struktur wird in beiden Elementen der Struktur eine Ausnehmung vorgesehen. Die Ausnehmungen im ersten und zweiten Element der Struktur sind axial zueinander ausgerichtet, wobei die obere Ausnehmung einen größeren Durchmesser im Vergleich zur Ausnehmung im unteren zweiten Element besitzt. Der Querschnitt der unteren Ausnehmung ist rund und an den Durchmesser der Befestigungsschraube angepasst. Der Querschnitt der oberen Ausnehmung weicht von der runden Form ab, hat beispielsweise in Längsrichtung des Kraftfahrzeuges eine größere Ausdehnung als quer dazu, besonders bevorzugt sind ovale obere Ausnehmungen. Bei einer vorteilhaften Ausführung der Niethülse wird diese an die Form der oberen Ausnehmung angepasst und besitzt einen Verbindungsbereich mit der gleichen Querschnittsform wie die obere Ausnehmung, also die Ausnehmung im ersten Element. Da die Niethülse zum Vernieten in das erste Element eingesetzt wird, sind die Umfangsmaße des Verbindungsbereiches geringfügig geringer als die Abmessungen der oberen Ausnehmung. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform besitzen der gesamte Schaft der Niethülse, also der Verbindungsbereich und der Aufnahmebereich, eine an die obere Ausnehmung angepasste, z.B. ovale Querschnittsform. Auch der Kopf kann zusätzlich an die Form angepasst sein, was die Montage der Niethülse erleichtert. Realisiert wird beispielsweise eine ovale Querschnittsform der Niethülse durch unterschiedliche Wanddickenabschnitte des Schaftes der Niethülse, wobei diametral gegenüberliegende Wandbereiche der Niethülse vorzugsweise gleiche Wanddicken besitzen. Durch die unterschiedlichen Wanddickenabschnitte kann einerseits sichergestellt werden, dass im Inneren der Niethülse ein zylindrischer Aufnahmebereich für das Verstellelement verbleibt und andererseits die äußere Kontur des Schaftes der Niethülse passend zu der oberen Ausnehmung ausgebildet ist. Hat die obere Ausnehmung eine ovale Form mit einer größeren Ausdehnung in Längsrichtung (X-Richtung) wird eine Niethülse vorgesehen, die dickere Wandbereiche besitzt, die bei eingesetzter Niethülse in Längsrichtung (X-Richtung) beispielsweise des Fahrzeuges zeigen und dünnere Wandbereiche besitzt, die in Querrichtung (Y-Richtung) des Fahrzeuges weisen. Eine solche von der runden Form abweichende Querschnittsform ermöglicht eine eindeutige Ausrichtung der Toleranzausgleichseinrichtung an der Struktur, beispielsweise am Kraftfahrzeug. Allein für die Positionierung wären auch andere unsymmetrische Querschnittsformen denkbar, für eine Niethülse haben sich ovale Querschnitte als vorteilhaft herausgestellt, wobei nur geringfügige Ausdehnungsunterschiede in Längs- und Querrichtung notwendig sind. Entscheidend ist, dass die Niethülse beim Einsetzen in die Struktur schnell und eindeutig positioniert wird und sich die Unterseite des Nietkopfes passend an die Auflagefläche des ersten Elements anlegt. Zusammen mit dem Montieren der Niethülse am ersten Element der Struktur wird gleichzeitig das in der zylindrischen Bohrung des Aufnahmebereichs der Niethülse verstellbar aufgenommene Verstellelement für den Höhenausgleich und gegebenenfalls für den Winkelausgleich in den Zwischenraum zwischen den beiden Elementen der Struktur eingebracht.
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Bei der Niethülse, dem Verstellelement, dem Klipselement sowie dem Winkelausgleichselement handelt es sich vorzugsweise um einfach herzustellende Bauteile aus Metall oder Kunststoff, besonders bevorzugt aus Stahl oder einer Aluminiumlegierung, die durch Fliesspressen oder als Drehteil hergestellt werden können. Die Klipse werden vorzugsweise aus Kunststoff hergestellt.
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Die neue Toleranzausgleichseinrichtung hat den Vorteil, dass mit einer geringen Anzahl an Bauteilen und mit einer schnellen Montage eine Befestigung für ein Bauteil an einer Struktur, insbesondere einer Dachleiste an einem Kraftfahrzeugdach, vorgesehen werden kann, wobei diese Toleranzausgleicheinrichtung vorzugsweise einen Distanzausgleich aber auch einen Winkelausgleich ermöglichen kann. Die Montage vereinfacht sich wesentlich, da erstens eine vormontierte Einheit als Toleranzausgleichseinrichtung zur Verfügung steht und zweitens diese vormontierte Einheit in einem Schritt, nämlich beispielsweise beim Nietsetzvorgang, in die Struktur eingesetzt wird. Dies wird dadurch möglich, dass sowohl die Niethülse als auch das in der Niethülse aufgenommene Verstellelement gegebenenfalls mit dem Winkelausgleichselement auf den Zugkern des Nietsetzgerätes aufgesetzt und zusammen ausgespindelt werden kann. Auch bei Befestigung von Toleranzausgleichseinrichtungen am Bauteil liegt eine vormontierte Einheit aus beispielsweise Dachleiste und Toleranzausgleicheinrichtungen vor, die vergleichsweise schnell montierbar ist.
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In vorteilhafterweise kann auch der Aufwand für die Abdichtung verringert werden, da gering dimensionierte Ausnehmungen in der Struktur vorgesehen werden können.
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Kleine Ausnehmungen in der Struktur erhöhen darüber hinaus die Stabilität der Schraubverbindung.
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Mit einer neuen Toleranzausgleichseinrichtung, welche eine Niethülse mit einem an die Kontur der Struktur angepassten Nietkopf aufweist, lässt sich ein Bauteil auch an nichtplanare Oberflächen einer Struktur festlegen, ohne dass es zu Beschädigungen der Struktur beim Vernieten kommen kann. In besonders vorteilhafter Ausgestaltung kann eine solche Toleranzausgleichseinrichtung durch eine besondere Querschnittsform auch zusätzlich eindeutig an der Struktur ausgerichtet werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher beschrieben. Bei den Ausführungsbeispielen handelt es sich um die Befestigung einer Dachleiste am Dach eines Kraftfahrzeuges. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Anwendungsbeispiele beschränkt. Es zeigen:
- 1 in perspektivischer Ansicht die Toleranzausgleichseinrichtung vor der Montage,
- 2 im Schnitt die Elemente der Toleranzausgleichseinrichtung von 1 vor der Montage,
- 3 im Schnitt die Toleranzausgleichseinrichtung gemäß 1 nach der Montage,
- 4 im Schnitt eine Toleranzausgleichseinrichtung nach der Montage,
- 5 im Schnitt eine weitere Toleranzausgleichseinrichtung nach der Montage,
- 6 im Schnitt eine Dachleiste mit einer weiteren Toleranzausgleichseinrichtung nach der Montage am Dach,
- 7 im Querschnitt die Dachleiste mit der Toleranzausgleichseinrichtung gemäß 6,
- 8 ein weiterer Längsschnitt durch die Dachleiste mit der Toleranzausgleicheinrichtung gemäß 6,
- 9 im Schnitt eine weitere Toleranzausgleichseinrichtung nach der Montage,
- 10 im Querschnitt die Toleranzausgleichseinrichtung gemäß 9 nach der Montage.
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Die 1 bis 4 zeigen eine erste Ausführungsform der neuen Toleranzausgleichseinrichtung 10, die 5 eine zweite Ausführungsform der neuen Toleranzausgleichseinrichtung 10', die 6 bis 8 eine dritte Ausführungsform der neuen Toleranzausgleichseinrichtung 10" und die 9 und 10 eine weitere Ausführungsform der neuen Toleranzausgleichseinrichtung 10'''. In der 3 ist eine Montage der Toleranzausgleichseinrichtung 10 für eine Dachleiste durch Einbringen der neuen Toleranzausgleichseinrichtung 10 von oben in die Dachstruktur 11, 13 und in der 5 wird eine Toleranzausgleichseinrichtung 10' für eine Dachleiste durch Einbringen der neuen Toleranzausgleichseinrichtung 10' von unten in die Dachstruktur 11, 13 gezeigt. In der 6 ist eine an einer Dachstruktur 11, 13 montierte Dachleiste 20 dargestellt, welche vor der Montage mit der neuen Toleranzausgleichseinrichtung 10" versehen wurde. Bei der 9 wird die neue Toleranzausgleichseinrichtung 10''' an einer Struktur mit einer gewölbten Oberfläche befestigt. Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die erste Ausführung der Toleranzausgleichseinrichtung 10 wird in 1 vor der Montage und Festlegung an der Struktur gezeigt. Diese neue Toleranzausgleichseinrichtung 10 umfasst die Niethülse 30, das in der Niethülse 30 aufgenommene Verstellelement 40 und eine am unteren Ende des Verstellelementes 40 gelagerte Kugelscheibe 50. Nachfolgend werden zum besseren Verständnis Richtungsangaben gemacht, wie „oben“ und „unten“. Dies bezieht sich insbesondere auf die Ausführungsbeispiele, nämlich die Befestigung einer Dachleiste auf dem Kraftfahrzeugdach des Kraftfahrzeugs. Die neue Toleranzausgleichseinrichtung 10 kann selbstverständlich auch in einer anderen Ausrichtung für die Festlegung anderer Bauteile verwendet werden. Die Begriffe „oben“ und „unten“ werden ausschließlich zum leichteren Verständnis und nicht als beschränkte Angaben gesehen.
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Die Elemente der Toleranzausgleichseinrichtung 10, wie sie in 1 als vormontierte Baueinheit zusammengefügt sind, sind als Einzelelemente der 2 zu entnehmen und sollen nachfolgend beschrieben werden. Die Niethülse 30 ist in 2 im Ausgangszustand, d.h. vor der Montage gezeigt. Diese Niethülse 30 ist eine Gewindehülse mit einem Innengewinde 36 in der Durchgangsbohrung 35. Oberhalb dieses mit dem Innengewinde 36 versehenen zylindrischen Aufnahmebereichs 39 der Niethülse 30 ist ein Verbindungsbereich 37 vorgesehen, welcher einen Wandbereich mit der geringeren Wandstärke umfasst. Dieser Wandbereich ist dafür vorgesehen, beim Nietvorgang zu einer Wulst 38 verformt zu werden, um die Niethülse 30 mit dem ersten Element 11 durch eine Nietverbindung zu verbinden, wie dies aus 3 zu ersehen ist.
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Für die weiteren Ausführungsformen der Toleranzausgleichseinrichtung 10' und 10" ist die Ausgangsform nicht mehr gezeigt, aber die beim Nietvorgang erzeugte Wulst 38 ist auch in den der 5 für die Nietverbindung der Toleranzausgleichseinrichtung 10' mit dem ersten Element 11 und in 6 für eine Nietverbindung der Toleranzausgleichseinrichtung 10" mit der Dachleiste 20 zu sehen.
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In der Befestigungslage der Toleranzausgleichseinrichtung
10, gezeigt in
3, ist am oberen Ende der Niethülse
30 ein Nietkopf
32 in Form eines Ringflansches vorgesehen. Dieser Ringflansch liegt mit seiner Auflagefläche
33 auf der Anlagefläche
15 des ersten Elements
11, in diesem Fall der Dachhaut, auf. Diese Auflagefläche
33 befindet sich an der Unterseite des Nietkopfs
32. Der Nietkopf
32 wird beim Nietvorgang nicht verformt. Die Oberseite des Nietkopfes
32 der Niethülse
30 stellt eine Anlagefläche
34 für das Bauteil dar, beispielsweise für einen Zentrierbund, der an einem Schaubbolzen der Dachleiste vorgesehen ist. Die Dachleiste mit dem Schraubbolzen ist in den Figuren nicht gezeigt. Die Dachleiste kann in bekannter Weise mit Schraubbolzen versehen sein. Eine solche Dachleiste mit einem Schraubbolzens ist z.B. in den deutschen Gebrauchsmustern
DE 20 2011 001 619.6 ,
DE 20 2011 006 653.8 und
DE 20 2011 005 654.6 gezeigt. In den beiden zuletzt genannten Dokumenten ist ein Schraubbolzen vorgesehen, der oberhalb des Gewindeschaftes einen Zentrierbund besitzt. Der Nietkopf
32 der Niethülse
30 kann an die Abmessungen eines solchen Zentrierbunds angepasst sein, sowohl hinsichtlich des Durchmessers des Nietkopfes
32 als auch hinsichtlich der Höhe, so dass der auf der Anlagefläche
34 des Nietkopfes
32 der Niethülse
30 aufliegende Zentrierbund bereits eine gute Abdichtung erzielt, wodurch zusätzliche Abdichtungen eingespart werden können. Darüber hinaus kann die Höhe des Ringflansches an die Höhe eines solchen Zentrierbundes angepasst werden, so dass sowohl der Zentrierbund als auch der Ringflansch nach der Befestigung der Dachleiste Platz innerhalb des Dachleistenprofils finden.
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Die in 3 an dem ersten Element 11 vernietete Niethülse 30 dient zur Montage der gesamten Toleranzausgleichsrichtung 10 und das Innengewinde 36 des Aufnahmebereichs 39 der Niethülse 30 stellt eine Führung zur axialen Verstellung des Verstellelementes 40 dar. Dieses Verstellelement 40, gemäß Ausführung von 2 und 3, ist eine zylindrische Gewindehülse, die im Bereich des unteren Endes 46 einen Ringflansch 49 besitzt. In diesen Ringflansch 49 ist eine Aufnahme für die Kugelscheibe 50, nämlich an der Unterseite eine konkave Kugelfläche 481, vorgesehen, die als Kugelpfanne für die Kugelscheibe 50 dient. Diese Kugelscheibe 50 besitzt an der Oberseite eine entsprechend konvexe Kugelfläche 51. Die Kugelscheibe 50 wird an dem Verstellelement 40, nämlich an dem unteren Ende 46 des Verstellelementes 40 gelagert. Hierfür ist ein entsprechender, den Ringflansch 49 nach unten überragender Bund 47 vorgesehen, auf den die Kugelscheibe 50 von unten aufgeschoben wird. Hierfür besitzt die Kugelscheibe 50 eine entsprechend größer dimensionierte Durchgangsbohrung 52. Anschließend wird der Bund 47 aufgeweitet, insbesondere in der Weise, dass die Stirnkante des Bundes 47 nach außen umgebogen wird, so dass die Kugelscheibe 50 gehalten wird und nicht selbsttätig vom Bund 47 nach unten herunterrutschen kann. Zusätzlich kann an der Unterseite der Kugelscheibe 50 ausgehend von der Durchgangsbohrung 52 eine Anfasung 53 für die umgebördelte Kante des Bundes 47 vorgesehen sein. Diese Kugelscheibe 50 stellt ein Winkelausgleichselement dar.
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Alle drei Elemente der Toleranzausgleichseinrichtung 10, wie sie einzeln in 2 gezeigt sind, werden in ihrer vormontierten Form, gezeigt in 1, in die Ausnehmung 12 des ersten Elementes 11 der Struktur so eingesteckt, dass der Ringflansch 32 der Niethülse 30 auf der Auflagefläche 15 des ersten Elements 11 aufliegt und die Niethülse 30 mit ihrem Gewindekörper, d.h. seinem Aufnahmebereich 39, in den Zwischenraum zwischen dem ersten Element 11 und dem zweiten Element 13 hineinragt. Der Zwischenraum besitzt einen Abstand A.
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Ebenso befindet sich das Verstellelement 40, welches in der Niethülse 30 gehalten wird, in diesen Zwischenraum. Es wird während der Montage oder nach der Montage so axial verstellt, bis es auf der Andruckfläche 16 des zweiten Elementes 13 anliegt und sich dort mittels der Kugelscheibe 50 abstützt. Befinden sich das erste Element 11 und das zweite Element 13 in einer parallelen Ausrichtung zueinander, so steht die Mittelachse M der Toleranzausgleichseinrichtung 10 senkrecht zur Anlagefläche 15 und auch zur Andruckfläche 16, dann ist ein Winkelausgleich nicht notwendig und die Toleranzausgleichseinrichtung 10 kann ohne Kugelscheibe 50 eingesetzt werden. Sind die Flächen 15 und 16 nicht parallel zueinander ausgerichtet, wird eine solche Abweichung durch die Kugelscheibe 50 aufgenommen, die eine Winkelabweichung der Andruckfläche 16 im Vergleich zur Auflagefläche 15 ausgleichen kann, ohne dass die Mittelachse M der Toleranzeinrichtung 10 ihre Ausrichtung im Bezug zur Anlagefläche 15 verändert. Toleranzbedingte, unterschiedliche Abstände A zwischen den beiden Elementen 11 und 13 werden über die axiale Verstellung des Verstellelementes 40 ausgeglichen. Damit werden sowohl unterschiedliche Abstände A, ein Höhenausgleich, als auch Toleranzen in der Ausrichtung der beiden Elemente 11 und 13, ein Winkelausgleich, von dem Verstellelement 40 im Zusammenwirken mit der Kugelscheibe 50 aufgenommen und die Toleranzausgleichseinrichtung 10 sicher an der Andruckfläche 16 abgestützt, so dass die Stützkräfte in das stabilere zweite Element 13 der Struktur eingeleitet werden.
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Zur axialen Verstellung des Verstellelementes 40 ist in diesem Beispiel am oberen Ende des Verstellelementes 40 mindestens eine Nut 42 am oberen Rand 41 eingebracht, vorzugsweise werden zwei diametral gegenüberliegende Nuten 42 vorgesehen, so dass nach dem Vernieten der Niethülse 30 am ersten Element 11 das Verstellelement 40 mittels eines Werkzeuges axial verstellt werden kann, d.h. das Verstellelement 40 innerhalb der Niethülse 30 verdreht werden kann. Dazu besitzt die Niethülse 30 ein Innengewinde 36 und der Verstellelement 40 ein passendes Außengewinde 45.
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Die vorbeschriebene Nut 42 am Verstellelement 40 kann des Weiteren genutzt werden, um beispielsweise Zentrierringe in die Toleranzeinrichtung 10 einzusetzen. Solche Zentrierringe dienen zur Ausrichtung einer zu befestigenden Dachleiste in X-Richtung und in Y-Richtung, d.h. in Längs- und Querrichtung. Bei einer Ausführungsform besitzen die an der Dachleiste vorgesehenen Schraubbolzen einen Durchmesser von 6 mm. Das Verstellelement 40 hat einen Innenkanal 43 mit einem größeren Durchmesser als der zur Befestigung vorgesehene Schraubbolzen, beispielsweise 8,9 mm, so dass ein Spiel verbleibt. Dieses Spiel wird für die Zentrierung der Dachleiste in Quer- und Längsrichtung des Kraftfahrzeuges, d.h. in X-Richtung und Y-Richtung benötigt. Damit wird eine Positionierung der Dachleiste möglich. An der Dachleiste vorgesehene Zentrierringe müssen in der Regel in zusätzliche Ausnehmungen der Dachhaut eingreifen. Darauf kann durch Vorsehen eines solchen Zentrierrings in der Toleranzeinrichtung 10 verzichtet werden und damit auch auf zusätzliche abzudichtende Ausnehmungen in der Dachhaut.
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Die 4 zeigt eine weitere Möglichkeit zur Zentrierung der Dachleiste in X- und Y-Richtung. In diesem Fall wird eine Zentrierhülse 77 vorgesehen, die in das Verstellelement 40 eingedrückt wird. Diese Zentrierhülse 77 aus Kunststoff hat eine Durchgangsbohrung, die an den Außendurchmesser des Schraubbolzens der Dachleiste angepasst ist.
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Eine weitere Möglichkeit zur axialen Verstellung des Verstellelementes 40 wird mittels eines Reibelements 60 realisiert. Dieses Reibelement 60, beispielsweise ein in dem Innenkanal 43 des Verstellelementes 40 positionierter Kunststoff- oder Gummiring. Hierfür kann zusätzlich eine Ringnut in dem Innenkanal 43 eingeformt sein. Ein solches Reibelement 60 hat den Vorteil, dass bereits beim Montagevorgang der Toleranzausgleichseinrichtung 10 am ersten Element 11 das Verstellelement 40 seine Andrucklage an der Andruckfläche 16 des zweiten Elementes 13 erreicht, wie nachfolgend beschrieben werden soll. Die Toleranzausgleichseinrichtung 10 wird zur Montage auf den Zugkern des Nietsetzgerätes aufgefädelt. Dabei wird das Reibelement 60 durch den Zugkern des Nietsetzgerätes nach außen gedrückt. Es kommt zu einem Reibschluss zwischen dem Zugkern und dem Verstellelement 40. Anschließend wird der Zugkern zusammen mit der aufgesetzten Toleranzausgleichseinrichtung 10 in die Ausnehmung 12 des ersten Elementes 11 eingeführt. Nach dem Vernieten wird der Zugkern des Nietsetzgerätes aus der Toleranzeinrichtung 10 herausgedreht, wobei zuerst das Verstellelement 40 aufgrund des Reibschlusses axial nach unten versetzt wird, bevor der Zugkern komplett ausspindelt. Dies wird möglich, wenn das Verstellelement 40 als Innengewinde 44 ein Rechtsgewinde besitzt und in gleicher Weise das Nietwerkzeug, also der Zugkern, als Außengewinde ein Rechtsgewinde, hat. Andererseits aber das Außengewinde 45 des Verstellelementes 40 und das Innengewinde 36 der Niethülse 30 ein Linksgewinde darstellen. Auf diese Weise wird bei der Montage der Toleranzausgleichseinrichtung 10 auch die Andrucklage des Verstellelementes 40 an der Andruckfläche 16 des zweiten Elementes 13 bewirkt. Anstatt eines Reibelementes 60 können selbstverständlich auch andere bekannte Mittel, wie beispielsweise Mitnehmer zur axialen Verstellung vorgesehen werden.
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Eine weitere Ausführung der Erfindung ist der 5 zu entnehmen. In der 5 wird die Montage für eine Dachleiste (nicht dargestellt) durch Einbringen der neuen Toleranzausgleichseinrichtung 10' von unten in das Dach gezeigt. Das erste Element 11 der Struktur sind demzufolge die Verstärkungsbleche und das darüber angeordnete zweite Element 13 ist in diesem Fall ein Teil der Seitenwand des Kraftfahrzeuges. Die Niethülse 30 ist am ersten Element 11 festgelegt, der in Form eines Ringflansches vorgesehene Nietkopf 32 der Niethülse 30 liegt von unten an der Anlagefläche 15 des ersten Elements 11 an. In der Niethülse 30 ist zum Ausgleich des Abstands A zwischen den Elementen 11 und 13 ein neues Verstellelement 40' beweglich gelagert. Da das zweite Element 13, die Seitenwand, im Bereich der vorgesehenen Festlegung der Dachleiste gewölbt ist, könnte eventuell eine Toleranzausgleichseinrichtung 10' mit einer Kugelscheibe 50 beim Andrücken der Kugelscheibe 50 an die Andruckfläche 16 einen sichtbaren, unerwünschten Abdruck hinterlassen. Daher wird in diesem Fall eine Toleranzausgleichseinrichtung 10' mit einer flexiblen Scheibe 50' als Winkelausgleichselement eingesetzt. Diese flexible Scheibe 50' besteht vorzugsweise aus Kunststoff und ist an dem Verstellelement 40' fixiert. Hierzu besitzt das Verstellelement 40' an seinem im Bezug zur Montagerichtung vorderen Ende 46 einen Bund 47, in dem eine Umfangsnut 482 vorgesehen ist. Durch ein Aufweiten der flexiblen Scheibe 50' kann diese leicht über den Bund 47 geschoben und in die Umfangsnut 482 einsetzt werden. Eine solche flexible Scheibe 50' legt sich beim Verstellen des Verstellelementes 40' an die Andruckfläche 16 des zweiten Elements 13 an, ohne einen auf der Außenseite sichtbaren Abdruck zu hinterlassen. Diese flexible Scheibe 50' erlaubt jedoch in gleicher Weise wie die vorbeschriebene Kugelscheibe 50 einen Winkelausgleich zwischen den Elementen 11 und 13.
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Sind die beiden im Abstand A zueinander angeordneten Elemente 11, 13 der Struktur parallel ausgerichtet und ein Winkelausgleich nicht notwendig, so kann zur Festlegung eines Bauteils eine vereinfachte Toleranzausgleichseinrichtung ohne Winkelausgleichselement verwendet werden. 6 zeigt ein Beispiel für eine solche Toleranzausgleichseinrichtung 10". In diesem Beispiel ist die Toleranzausgleichseinrichtung 10" am Bauteil 20, nämlich der Dachleiste, befestigt. Diese neue Toleranzausgleichseinrichtung 10" umfasst die Niethülse 30, das in der Niethülse 30 aufgenommene Verstellelement 40" und das Klipselement 70. Die Niethülse 30 besitzt einen oberen Verbindungsbereich 37 mit einem geringeren Außendurchmesser und einem unteren Aufnahmebereich 39 für das Verstellelement 40" mit einem größeren Außendurchmesser. Im oberen Bereich der breiteren Hülse des Aufnahmebereichs 39 ist eine Umfangsnut 320 zur Aufnahme des Klipselements 70 vorgesehen, welches von oben auf die Niethülse 30 aufgeschoben wird, bevor die Niethülse 30 mit ihrem oberen Ende 31 in eine passende Öffnung 21 an der Unterseite der Dachleiste 20 eingesetzt wird. Das Klipselement besitzt hierfür eine ovale Einstecköffnung 74. Nach dem Einsetzen und Vernieten der Niethülse 30 an der Dachleiste 20, wobei die Wulst 38 gebildet wird und das Klipselement 70 zwischen der Unterseite der Dachleiste 20 und dem breiteren Außenumfang des Aufnahmebereichs 39 der Niethülse 30 eingeklemmt ist, wird dann das Verstellelement 40" in die Niethülse 30 eingedreht. Die Durchgangsbohrung 35 der Niethülse 30 besitzt dazu ein Innengewinde 36, welches mit dem Außengewinde 45 des Verstellelementes 40" zusammenwirkt. Zusätzlich kann an der Unterseite der Dachleiste 20 eine Dichtung 22 vorgesehen sein.
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Die Dachleiste 20 wird in diesem Ausführungsbeispiel mit vier Toleranzausgleichseinrichtungen 10" bestückt und als vormontierte Einheit auf die Auflagefläche 15 der Dachhaut 11 aufgesetzt, bis das Klipslement 70 an der Unterseite 17 des ersten Elementes 11 verrastet. Dies ist besser aus der 8 zu ersehen. Das Klipselement 70 besitzt einen Bund 71, der in Querrichtung passend in der Öffnung 12 des ersten Elementes 11, nämlich der Dachhaut aufgenommen ist (siehe 6). Dieser Bund 71, der die Niethülse 30 im Bereich der Umfangsnut 320 umgibt, liegt in Längsrichtung (siehe 8) nicht an der Umfangsnut 320 an. Aufgrund dessen können Toleranzen in X-Richtung, d.h. in Längsrichtung der Dachleiste 20 aufgenommen werden. An dem Bund 71 sind in diesem Beispiel vier Spreizarme 72, jeweils zwei Spreizarme 72 in Längsrichtung vor der Niethülse 30 und jeweils zwei Spreizarme 72 in Längsrichtung der Dachleiste 20 hinter der Niethülse 30 angeordnet. Diese Spreizarme 72 ragen vom Bund 71 des Klipselements 70 ab, sind federnd ausgebildet, so dass sie beim Einsetzen in das erste Element 11 zum Passieren der Öffnung 12 zusammengedrückt werden können und nach dem Passieren der Öffnung 12 wieder auseinanderspreizen und sich an der Unterseite 17 des ersten Elementes 11 mit dem Ende der jeweiligen Spreizarme 72 abstützen. Diese Abstützung gewährleistet das sichere Ausspindeln des Verstellelementes 40".
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Nach der Montage der Dachleiste 20 wird das Verstellelement 40" mittels eines Werkzeuges oder der Gewindeschraube 90 aus der Niethülse nach unten herausbewegt, bis das untere Ende 46 des Verstellelementes 40" an der Andruckfläche 16 des zweiten Elementes 13 anliegt. Damit ist der Höhentoleranzausgleich erfolgt. Ein Weiterdrehen der Gewindeschraube 90 bewirkt, dass der Kraftschluss zwischen der Gewindeschraube 90 und dem Verstellelement 40 über den Mitnehmer aufgehoben wird und die Gewindeschraube 90 weiter, in die Niethülse 30 eingedreht wird, welche im Verbindungsbereich 37 ein passendes Innengewinde für die Gewindeschraube 90 besitzt. Damit ist eine Befestigung der Dachleiste 20 an der Struktur erzielt.
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Die 7 zeigt einen weiteren Längsschnitt durch die festgelegte Dachleiste 20 an der Struktur, nämlich den Elementen 11 und 13, mittels der Toleranzausgleichsrichtung 10". Deutlich wird hier die Positionierung des Klipselements 70 an der Dachleiste 20, die hierfür Sacklöcher 23 in Form von Langlöchern besitzt. In diese Sacklöcher 23 greifen nach oben abragende Nocken 73. Da es sich bei dem Sacklöchern 23 um Langlöcher handelt, die in Längsrichtung der Dachleiste 20 ihre größere Ausdehnung besitzen, wobei die Länge dieser Ausdehnung größer ist als der Durchmesser der in die Sacklöcher 23 eingreifenden Nocken 73 des Klipselementes 70, ist eine Längsbewegung des Klipselementes 70 in geringfügigem Maß möglich. Dieses Maß kann entsprechend der notwendigen Toleranz in Längsrichtung für das Befestigungssystem festgelegt werden. In Querrichtung sind diese Nocken 73 passend in den Sacklöchern 23 aufgenommen, dadurch wird eine verdrehsichere Positionierung des Klipselementes 70 an der Dachleiste 20 gewährleistet. Toleranzen in Querrichtung können durch entsprechend breitere Öffnungen 12 des ersten Elementes 11 ausgeglichen werden. In der 6 sitzt der Bund 71 des Klipselementes 70 passend in der Öffnung 12 des ersten Elementes 11. Eine solche passende Aufnahme wird bei der Dachleiste 20 vorzugsweise für die erste und letzte Toleranzausgleichseinrichtung 10" vorgesehen, um die Dachleiste 20 am Dach 11 zu positionieren. Die mittleren Öffnungen 12 des ersten Elementes 11 können entsprechend den aufzunehmenden Quertoleranzen breiter ausgestaltet sein, so dass auch bei Toleranzen in Querrichtung die Klipselemente 70 sicher in den Öffnungen 12 des ersten Elementes 11 aufgenommen werden. Die Klipselemente 70 werden vorzugsweise aus Kunststoff hergestellt.
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In vorteilhafter Weise wird mit wenigen preiswerten Bauteilen eine Toleranzausgleicheinrichtung 10" realisiert, die in einfachster Weise an der Dachleiste 20 oder einem anderen Bauteil 20 vormontiert werden kann und damit dem Montagevorgang an einer Struktur erleichtert. Hierbei können durch die vorbeschriebenen Maßnahmen Toleranzen in Längs- und Querrichtung, d.h. in X- und Y-Richtung, sowie ein Höhenausgleich, bei variierenden Abständen A der Elemente 11 und 13 der Struktur ausgeglichen werden. Sollte ein Winkelausgleich notwendig sein, können am Verstellelement 40" Winkelausgleichselemente vorgesehen werden.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Toleranzausgleichseinrichtung 10''' zeigen die 9 und die 10. Die Niethülse 30 besteht aus einem hülsenförmigen Schaft und einem am oberen Ende 31 des Schaftes vorgesehenen Nietkopf 32. Der Schaft der Niethülse 30 ist unterteilt in einen oberen Verbindungsbereich 37 und einen unteren Aufnahmebereich 39. Der Aufnahmebereich 39 besitzt eine Wandung mit einem Innengewinde 36 in der Durchgangsbohrung 35. Oberhalb dieses mit dem Innengewinde 36 versehenen Aufnahmebereichs 39 schließt sich der Verbindungsbereich 37 an. Der Verbindungsbereich 37 der Niethülse 30 besitzt eine Wand, welche vor dem Vernieten eine geringere Wandstärke als die Wand im Aufnahmebereich 39 hat. Dieser dünne Wandbereich ist dafür vorgesehen, beim Nietvorgang zu einer Wulst 38 verformt zu werden, um die Niethülse 30 mit einem Element 11, 12 der Struktur oder dem Bauteil durch eine Nietverbindung zu verbinden. Aus 9 ist eine Verbindung mit dem ersten Element 11 ersichtlich. Die Auflagefläche 15 des ersten Elementes 11 der Struktur für den Nietkopf 32 ist in diesem Beispiel gewölbt. Um Oberflächenschäden, wie beispielsweise Materialverwerfungen, beim Vernieten der Niethülse 30 mit dem ersten Element 11 zu verhindern, ist der Nietkopf 32 so ausgestaltet, dass er nach der Montage und vor dem Vernieten mit seiner Auflagefläche 33 an der Auflagefläche 15 des ersten Elements 11 passend anliegt. Dies ist möglich, da die an der Unterseite des Nietkopfes 32 vorgesehene Auflagefläche 33 mit einer zur Auflagefläche 15 des ersten Elements 11 korrespondierenden Kontur versehen ist. Bei der Montage der Niethülse 30 kommt es zu einem vollflächigen Kontakt beider Auflageflächen 15, 33. Ist die Wölbung des ersten Elementes 11 in Längs- und Querrichtung nicht gleich, z.B. bei einem Seitenteil eines Kraftfahrzeuges, so ist es notwendig die Niethülse 30 bei der Montage eindeutig zu positionieren, damit ein flächiger Kontakt zwischen den Auflageflächen 15, 33 erzielt wird. Eine falsche Positionierung kann aufgrund der dann nicht aneinander liegenden Auflageflächen 15, 33 dazu führen, dass beim Vernieten - wie beim Stand der Technik - Materialverwerfungen erzeugt werden, die an der Oberfläche der Struktur sichtbar sind
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Um manuelle Positionierfehler zu vermeiden und eine eindeutige Positionierung der Niethülsen 30 am ersten Element 11 zu erleichtern, sind alle Ausnehmungen 12 des ersten Elements 11 von unrundem Querschnitt. In diesem Fall sind die Ausnehmungen 12 des ersten Elements 11 oval ausgebildet, d.h. jede obere Ausnehmung 12 der Struktur besitzt in einer Ausrichtung, beispielsweise in Längsrichtung des Kraftfahrzeuges, eine größere Ausdehnung als quer zu dieser Ausrichtung. Die Niethülsen 30 sind an die Form und Größe dieser oberen Ausnehmungen 12 der Struktur angepasst und weisen vor dem Vernieten einen Schaft von gleicher Querschnittsform auf, d.h. in diesem Beispiel oval, jedoch mit angepassten geringeren Abmessungen, um den Schaft der Niethülse 30 in die Ausnehmung 12 des ersten Elements 11 einsetzen zu können. Die ovale Ausbildung der Ausnehmung 12 und insbesondere des Schaftes der Niethülse 30 ist der 10 zu entnehmen. Der Mantel des Schaftes der Niethülse 30, nämlich die Wand des Verbindungsbereiches 37 befindet sich in geringsten Abstand zum Rand der Ausnehmung 12. Diese Wand hat bei ihren in Längsrichtung weisenden Wandabschnitten eine maximale Wanddicke X. Die Wanddicke verringert sich bis diese bei den in Querrichtung weisenden Wandabschnitten eine minimale Wanddicke Y erreicht. Diametral gegenüberliegende Wandabschnitte zeigen etwa gleiche Wanddicken. Durch diese Ausgestaltung der Niethülse 30 ergibt sich eine eindeutig vorgegebene Position der Niethülse 30 nach dem Einsetzen und vor dem Vernieten. In dieser Position liegt die Auflagefläche 33 des Nietkopfes 32 passend an der Auflagefläche 15 des ersten Elementes 11 an. Beim Vernieten wird das erste Element 11 gleichmäßig zwischen dem Nietkopf 32 und der gebildeten Wulst 38 eingespannt, ohne dass sichtbare Oberflächenfehler erzeugt werden. Der Nietkopf 32 wird beim Nietvorgang nicht verformt und er beeinträchtigt beim Nietvorgang durch seine flächige Anlage am ersten Element 11 auch nicht die Oberfläche des ersten Elementes 11.
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Durch die korrespondierende Kontur der beiden Auflageflächen 15, 33 kann des Weiteren erreicht werden, dass der Schaft der Niethülse 30 vertikal in den Zwischenraum zwischen den Elementen 11, 13 der Struktur hineinreicht und damit eine vertikal ausgerichtete Befestigung des Bauteils, beispielsweise der Dachleiste, ermöglicht wird. Die Oberseite des Nietkopfes 32 der Niethülse 30 stellt eine Anlagefläche 34 für das Bauteil dar, beispielsweise für einen Zentrierbund, der an einem Schaubbolzen der Dachleiste vorgesehen ist. Der Nietkopf 32 der Niethülse 30 kann an die Abmessungen eines solchen Zentrierbunds angepasst sein, sowohl hinsichtlich des Durchmessers des Nietkopfes 32 als auch hinsichtlich der Höhe, so dass der auf der Anlagefläche 34 des Nietkopfes 32 der Niethülse 30 aufliegende Zentrierbund bereits eine gute Abdichtung erzielt. Des Weiteren ergibt die passende Auflage der Auflagefläche 33 an der Auflagefläche 15 des ersten Elementes 11 eine gute Abdichtung. Die Anlagefläche 34 des Nietkopfes 32 ist in diesem Beispiel und vorzugsweise planar.
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Die an dem ersten Element 11 vernietete Niethülse 30 dient zur Montage der gesamten Toleranzausgleichsrichtung 10''' und das Innengewinde 36 der Niethülse 30 stellt eine Führung zur axialen Verstellung des Verstellelementes 40 dar. Dieses Verstellelement 40 ist eine zylindrische Gewindehülse, die im Bereich des unteren Endes 46 einen Ringflansch 49 besitzt. In diesen Ringflansch 49 ist eine Aufnahme für die Kugelscheibe 50, nämlich an der Unterseite eine konkave Kugelfläche 481, vorgesehen, die als Kugelpfanne für die Kugelscheibe 50 dient. Diese Kugelscheibe 50 stellt ein Winkelausgleichselement dar.
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Alle drei Elemente der Toleranzausgleichseinrichtung 10''' werden in ihrer vormontierten Form in die Ausnehmung 12 des ersten Elementes 11 der Struktur so eingesteckt, dass der Nietkopf 32 der Niethülse 30 auf der Auflagefläche 15 des ersten Elements 11 aufliegt und die Niethülse 30 mit ihrem Schaft in den Zwischenraum zwischen dem ersten Element 11 und dem zweiten Element 13 hineinragt. Der Zwischenraum besitzt einen Abstand A. Ebenso befindet sich das Verstellelement 40, welches in der Niethülse 30 gehalten wird, in diesen Zwischenraum. Es wird während der Montage oder nach der Montage so axial verstellt, bis es auf der Andruckfläche 16 des zweiten Elementes 13 anliegt und sich dort mittels der als Winkelausgleichselement wirkenden Kugelscheibe 50 abstützt, so dass die Stützkräfte in das stabilere zweite Element 13 der Struktur eingeleitet werden.
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Die Toleranzausgleichseinrichtung 10''' ist für die Festlegung an einem Element 11 der Struktur gezeigt worden. Es ist auch möglich diese Toleranzausgleichseinrichtung 10''' an einem Bauteil festzulegen.
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Die Toleranzausgleichseinrichtungen 10, 10', 10'', 10''' mit Niethülse 30 und mit Verstellelement 40, 40', 40", gegebenenfalls mit einem Winkelausgleichselement 50, 50', sind in den Beispielen vorzugsweise nach dem Montageprozess gezeigt. Nur 1 stellt die vormontierte Form, nämlich der Toleranzausgleichseinrichtung 10, vor dem Vernieten dar, die in vorteilhafter Weise den Montageprozess erleichtert. Um bei einer vormontierten Toleranzausgleichseinrichtung 10, 10', 10", wo die Niethülse 30 mit dem Verstellelement 40, 40', 40" verbunden ist, nach der Montage ein leichtes Verstellen zu ermöglichen und einen die Verstellung beeinflussenden Reibschluss zwischen der Niethülse 30 und dem Verstellelement 40, 40',40" zu verhindern, wird wie in 6 gezeigt, vorzugsweise ein Abstandhalter 80, beispielsweise in Form eines Teflonringes oder in einer anderen Form oder aus einem anderen Material, vorgesehen. Dieser wird hier zwischen der Stirnseite am unteren Ende der Niethülse 30 und der Oberseite des Ringflanschs 49 des Verstellelementes 40" angeordnet und unterbindet eine Flächenpressung zwischen der Niethülse 30 und dem Verstellelement 40".
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Bezugszeichenliste
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- 10, 10', 10"
- Toleranzausgleichseinrichtung
- 11
- erstes Element
- 12
- Ausnehmung
- 13
- zweites Element
- 14
- Ausnehmung
- 15
- Auflagefläche
- 16
- Andruckfläche
- 20
- Bauteil, Dachleiste
- 21
- Öffnung
- 22
- Dichtung
- 23
- Sackloch
- 30
- Niethülse
- 31
- oberes Ende
- 32
- Nietkopf
- 320
- Umfangsnut
- 33
- Auflagefläche
- 34
- Anlagefläche
- 35
- Durchgangsbohrung
- 36
- Innengewinde
- 37
- Verbindungsbereich
- 38
- Wulst
- 39
- Aufnahmebereich
- 40, 40', 40''
- Verstellelement
- 41
- obere Rand
- 42
- Nut
- 43
- Innenkanal
- 44
- Innengewinde
- 45
- Außengewinde
- 46
- unteres Ende
- 47
- Bund
- 481
- Kugelpfanne, Kugelfläche konkav
- 482
- Umfangsnut
- 49
- Ringflansch
- 50
- Kugelscheibe
- 50'
- flexible Scheibe
- 51
- Kugelfläche, konvex
- 52
- Durchgangsbohrung
- 53
- Anfasung
- 60
- Reibelement
- 70
- Klips
- 71
- Bund
- 72
- Spreizarm
- 73
- Nocken
- 74
- Einstecköffnung
- 77
- Zentrierhülse
- 80
- Abstandhalter
- 90
- Gewindeschraube
- A
- Abstand zwischen 11 und 13
- M
- Mittelachse
