DE102014017822A1

DE102014017822A1 - Schraubelement für eine Bauteil-Anordnung

Info

Publication number: DE102014017822A1
Application number: DE102014017822.6A
Authority: DE
Inventors: Lukas Kohnle; Peter Merget
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2014-12-03
Filing date: 2014-12-03
Publication date: 2015-06-18

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schraubelement (2), insbesondere Gewindeschraube, für eine Bauteil-Anordnung (1), – mit einem einen Durchbruch aufweisenden Grundkörper (3) aus einem ersten Material, mittels welchem das Schraubelement (2) stoffschlüssig an einem Karosserieteil eines Kraftfahrzeugs befestigbar ist, – mit einem Bolzen (6) aus einem vom ersten Material verschiedenen, zweiten Material, wobei der Bolzen (6) den im Grundkörper (3) vorgesehenen Durchbruch (4) durchgreift und entlang einer axialen Richtung (A) wenigstens abschnittsweise ein Außengewinde (9) zum Einschrauben des Bolzens (6) in eine zum Bolzen (6) komplementäre Gewindemutter (14) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Schraubelement für eine Bauteil-Anordnung sowie eine Bauteil-Anordnung mit einem solchen Schraubelement. Ferner betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einer solchen Bauteil-Anordnung.
Schraubelemente, typischerweise in Form von Gewindeschrauben, kommen in modernen Kraftfahrzeugen in großer Anzahl zum Einsatz, um mit Hilfe einer Schraubverbindung verschiedene Komponenten des Kraftfahrzeugs lösbar an der Fahrzeugkarosserie zu befestigen. Denkbar ist etwa die Fixierung der Leitung einer Batterie des Kraftfahrzeugs am Karosserieteil. Besonders häufig kommen Schraubelemente im Zusammenhang mit sogenannten Kabelschuhen zum Einsatz, wenn elektrische Leitungen dauerhaft elektrisch und mechanisch mit dem Karosserieteil verbunden werden sollen. Herkömmliche Schraubelemente sind zumeist aus Stahl hergestellt.
Vor diesem Hintergrund ist aus der DE 10 2007 046 690 A1 ein anschweißbares Befestigungselement bekannt, welches einen Kontaktbolzen für einen elektrischen Kontakt umfasst. Der Kontaktbolzen ist von einem Aufnahmekäfig für besagten Kontakt umgeben. Der Aufnahmekäfig wird wiederum von im Abstand zueinander angeordneten, bolzenparallelen Stegen gebildet, die mit einem Gewinde versehen sind, welche wiederum mit einer Hutmutter in Eingriff steht. Das Befestigungselement ermöglicht eine drehfeste Verbindung des elektrischen Kontakts mit dem Kontaktbolzen, wobei bei der Montage des elektrischen Kontakts am Kontaktbolzen die Hutmutter verliersicher am Befestigungselement verbleibt.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, für die Entwicklung von Schraubelementen für Schraubverbindungen neue Wege aufzuzeigen.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Grundgedanke der Erfindung ist demnach, ein Schraubelement, insbesondere eine Gewindeschraube, zweiteilig auszubilden, wobei die beiden Teile aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sind. Bei dem erfindungsgemäßen Schraubelement ist das erste Teil ein einen Durchbruch aufweisender Grundkörper aus einem ersten Material, mittels welchem das Schraubelement stoffschlüssig an einem Karosserieteil eines Kraftfahrzeugs befestigt werden kann. Das erste Material wird vorzugsweise derart ausgewählt, dass es sich für eine stoffschlüssige Verbindung, insbesondere für eine Schweißverbindung, in besonderem Maße eignet. Das zweite Teil des Schraubelements ist ein Bolzen aus einem vom ersten Material verschiedenen, zweiten Material. Besagter Bolzen durchgreift dabei den im Grundkörper vorgesehenen Durchbruch und weist entlang einer axialen Richtung wenigstens abschnittsweise ein Außengewinde zum Einschrauben des Bolzens in eine zum Bolzen komplementäre Gewindemutter auf. Folglich wird das vom ersten verschiedene, zweite Material vorzugsweise derart festgelegt, dass es sich in besonderem Maße für die Ausbildung einer Schraubverbindung eignet. Mit anderen Worten, die Verwendung zweier verschiedener Materialien für den Grundkörper bzw. den Bolzen des Schraubelements erlaubt es, den Grundkörper für eine stoffschlüssige Verbindung und den Bolzen für eine Schraubverbindung, also eine lösbare Verbindung, zu optimieren. Im Ergebnis ergibt sich bei Verwendung des erfindungsgemäßen Schraubelements eine Schraubverbindung mit verbesserter Stabilität und Lebensdauer.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann der Grundkörper topfartig ausgebildet sein und einen Topfboden umfassen, in welchem der Durchbruch angeordnet ist. In diesem Szenario ist auf einer ersten Seite des Topfbodens ein vom Topfboden abstehender und den Topfboden einfassender Topfkragen vorgesehen. An einer ersten Stirnseite des Bolzen ist ein Bolzenteller ausgeformt, der bezüglich der axialen Richtung radial nach außen vom Bolzen absteht. Der Bolzenteller dient als axialer Anschlag, wenn der Bolzen durch den im Grundkörper vorgesehenen Durchbruch durchgesteckt wird. Um eine hohe mechanische Stabilität des Gewindeelements zu gewährleisten, durchgreift der Bolzen den im Topfboden angeordneten Durchbruch derart, dass eine dem Bolzen zugewandte Seite des Bolzentellers flächig an der ersten Seite des Grundkörpers anliegt. Mittels eines derartigen, flächigen Kontakts zwischen Bolzenteller und Grundkörper im Bereich des Topfbodens wird die gewünschte hohe mechanische Stabilität erzielt. Der Bolzenteller kann mittels einer geeigneten, hinterschneidenen Geometrie derart an den einfassenden Topfkragen angepasst sein, dass durch die mittels der Gewindemutter eingeleiteten Drehbewegungen nicht zu einer nennenswerten Verdrehung des Bolzens gegenüber dem Grundkörper führen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das erste Material des Grundkörpers ein Leichtmetall, insbesondere Aluminium. Ein solches Leichtmetall eignet sich hervorragend zur Ausbildung einer stoffschlüssigen Verbindung, insbesondere einer Schweißverbindung, des Grundkörpers mit einem Karosserieteil. Gleichzeitig kann durch Verwendung eines Leichtmetalls wie beispielsweise Aluminium das Eigengewicht des Schraubelements gering halten. Dies wirkt sich in nicht unerheblichem Maße auf das Gesamtgewicht eines Kraftfahrzeugs aus, wenn in diesem eine Vielzahl von Schraubverbindungen mit erfindungsgemäßen Schraubelementen verbaut werden, deren Grundkörper aus besagtem Leichtmetall hergestellt sind.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform, die mit allen anderen hier diskutierten Ausführungsformen kombiniert werden kann, ist das zweite Material des Bolzens ein Stahl, insbesondere ein gehärteter Stahl. Auf diese Weise wird dem Bolzen, insbesondere einem am Bolzen ausgebildeten Außengewinde, die nötige Festigkeit verliehen, um neben der verbesserten Stabilität der Schraubverbindung auch bei einer Vielzahl von Verschraubungs-Zyklen keine oder nur eine geringe Abnutzung des Bolzens im Bereich des Gewindes zu gewährleisten.
Die Erfindung betrifft ferner eine Bauteil-Anordnung mit einem Karosserieteil für ein Kraftfahrzeug. Die Bauteil-Anordnung umfasst ein einen Bauteil-Durchbruch aufweisendes Bauteil. Dieses Bauteil kann beispielsweise ein elektrischer Kabelschuh sein, welcher am Endabschnitt einer elektrischen Leitung vorgesehen ist. Das Bauteil kann auch Teil eines Steuergeräts für das Kraftfahrzeug sein. Weiterhin umfasst die Bauteil-Anordnung ein vorangehend vorgestelltes, erfindungsgemäßes Schraubelement zur Befestigung des Bauteils am Karosserieteil. Der Grundkörper des Schraubelements ist stoffschlüssig, insbesondere mittels einer Schweißverbindung, mit dem Karosserieteil verbunden, wobei der im Grundkörper des Schraubelements vorgesehene Durchbruch mit dem Bauteil-Durchbruch fluchet und der Bolzen des Schraubelements sowohl den Durchbruch des Grundkörpers als auch den Bauteil-Durchbruch des Bauteils durchgreift. Schließlich umfasst die Bauteil-Anordnung auch eine ein Innengewinde aufweisenden Gewindemutter. Diese Gewindemutter ist mit ihrem Innengewinde auf einer vom Grundkörper abgewandten Seite des Bauteils zum Fixieren des Bolzens am Bauteil auf das Außengewinde des Bolzens aufgeschraubt. Das Bauteil ist somit sandwichartig zwischen dem Schraubelement und der Gewindemutter angeordnet, so dass eine vom Bolzenteller abgewandte Seite des Grundkörpers des Schraubelements flächig am Bauteil anliegt. Über den Grundkörper des Schraubelements wird somit eine sehr gut elektrische leitende Verbindung vom Bauteil zum Karosserieteil hergestellt, da zum einen der Grundkörper des Schraubelements flächig am Bauteil anliegt und mittels der Gewindeschraube gegen dieses gedrückt wird und zum anderen zwischen dem Grundkörper und dem Karosserieteil eine elektrisch leitende stoffschlüssige Verbindung vorhanden ist. Somit kann insbesondere elektrischer Strom von dem als Kabelschuh ausgebildeten Bauteil im Wesentlichen verlustarm über das Schraubelement in das Karosserieteil abfließen.
Es versteht sich, dass sich mit Hilfe der erfindungsgemäßen Bauteil-Anordnung anstelle des an dieser Stelle rein beispielhaft genannten Kabelschuhs – bei geeigneter Ausbildung grundsätzlich beliebige andere Bauteile wie etwa das bereits genannte Steuergerät am Karosserieteil befestigen und elektrisch leitend mit dem Karosserieteil verbinden lassen.
Die Erfindung betrifft schließlich ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einer vorangehend vorgestellten Bauteil-Anordnung.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Die einzige 1 zeigt in schematischer Darstellung beispielhaft den Aufbau einer erfindungsgemäßen Bauteil-Anordnung 1 mit einem Karosserieteil-Bauteil 5 sowie mit einem Bauteil 19, beispielsweise einem elektrischen Kabelschuh, welches mittels eines erfindungsgemäßen Schraubelements 2 unter Ausbildung einer elektrisch leitenden Verbindung am Karosserieteil 5 befestigt ist. Das Schraubelement 2 besitzt einen Grundkörper 3 aus einem ersten Material – im Beispielszenario ist dies Aluminium oder ein anderes geeignetes Leichtmetall –, welcher mittels einer Schweißverbindung 21 oder einer anderen geeigneten stoffschlüssigen Verbindung mit dem Karosserieteil 5 verbunden ist. Im Grundkörper 3 ist ein Durchbruch 4 vorgesehen, und im Bauteil 19 ist ein Bauteil-Durchbruch 18 vorgesehen, der mit dem Durchbruch 4 des Grundkörpers 3 fluchtet. Neben dem Grundkörper 3 umfasst das Schraubelement 2 auch einen Bolzen 6 aus einem vom ersten Material verschiedenen, zweiten Material. Im Beispielszenario handelt es sich bei dem zweiten Material um einen Stahl, der vorzugsweise gehärtet sein kann.
Wie in 1 illustriert durchgreift der Bolzen 6 den im Grundkörper 3 vorgesehenen Durchbruch 4 und den im Bauteil 19 vorgesehenen Bauteil-Durchbruch 18 in einer axialen Richtung A, so dass eine Mittellängsachse M des Bolzens 6 parallel zur axialen Richtung A verläuft. Auf einer Außenumfangsseite 7 des Bolzens 6 ist im Bereich eines Gewindeabschnitts 8 ein Außengewinde 9 vorgesehen. An einer Stirnseite 10 des Bolzen 6 ist ein Bolzenteller 11 ausgebildet, der bezüglich der axialen Richtung A bzw. der Mittellängsachse M des Bolzens 6 radial nach außen vom Bolzen 6 weg absteht und diesen entlang der axialen Richtung A verlängert. Der Bolzenteller 11 ist vorzugsweise integral am Bolzen 6 ausgeformt.
Weiterhin ist entsprechend 1 der Grundkörper 3 des Schraubelements 2 topfartig ausgebildet und umfasst einen Topfboden 12, in welchem der Durchbruch 4, vorzugsweise konzentrisch, angeordnet ist. Auf einer vom Bauteil 19 abgewandten Seite 16 des Topfbodens 12 ist ein vom Topfboden 12 abstehender und den Topfboden 12 einfassender Topfkragen 17 vorgesehen. Entsprechend 1 durchgreift der Bolzen 6 des Schraubelements 2 derart den im Topfboden 12 angeordneten Durchbruch 4 und den im Bauteil 19 ausgebildeten Bauteil-Durchbruch 18, dass eine dem Bolzen 6 zugewandte Seite 13 des Bolzentellers 11 flächig am Grundkörpers 3 anliegt. Weiterhin ist der Bolzenteller 11 beispielsweise mittels einer geeigneten, hinterschneidenen Geometrie an den einfassenden Topfkragen 17 derart angepasst, dass die mittels der Gewindemutter 14 eingeleiteten Drehbewegungen nicht zu einer nennenswerten Verdrehung des Bolzens 6 gegenüber dem Grundkörper 3 führen können.
Das Bauteil 19, das Schraubelement 2 und das Karosserieteil 5 werden durch eine Gewindemutter 14 zur Bauteil-Anordnung 1 vervollständigt. Die Gewindemutter 14 besitzt dabei ein zum Außengewinde 9 des Bolzens 6 komplementäres Innengewinde (nicht explizit dargestellt). In dem in 1 gezeigten, zusammengebauten Zustand der Bauteil-Anordnung 1 ist die Gewindemutter 14 mit Hilfe ihres Innengewindes auf einer vom Grundkörper 3 abgewandten Seite 15 des Bauteils 19 aufgeschraubt. Auf diese Weise wird das Bauteil 19 lösbar am Schraubelement 2 fixiert. Im montierten Zustand der Bauteil-Anordnung 1 ist das Bauteil 19 sandwichartig zwischen dem Schraubelement 2 und der Gewindemutter 14 angeordnet ist, so dass eine vom Bolzenteller 11 abgewandte Seite 20 des Grundkörpers 3 des Schraubelements 2 flächig am Bauteil 19 anliegt.
Mittels der vorangehend vorgestellten Bauteil-Anordnung 1 kann ein weiteres Bauteil, beispielsweise ein elektrischer Kabelschuh o. ä., elektrisch mit dem Karosserieteil verbunden und mechanisch an diesem fixiert werden. Hierzu muss das betreffende Bauteil 19 lediglich zwischen der Gewindemutter 14 und dem Karosserieteil 5 platziert werden (in 1 nicht gezeigt), bevor der Bolzen 6 in die Gewindemutter 14 eingeschraubt wird. In diesem montierten Zustand sind der Bolzenteller 11, der Grundkörper 3, das Karosserieteil 5, das zu fixierende Bauteil 19 und die Gewindemutter 14 entlang der axialen Richtung A benachbart zueinander angeordnet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007046690 A1 [0003]

Claims

Schraubelement (2), insbesondere Gewindeschraube, für eine Bauteil-Anordnung (1), – mit einem einen Durchbruch (4) aufweisenden Grundkörper (3) aus einem ersten Material, mittels welchem das Schraubelement (2) stoffschlüssig an einem Karosserieteil (5) eines Kraftfahrzeugs befestigbar ist, – mit einem Bolzen (6) aus einem vom ersten Material verschiedenen, zweiten Material, wobei der Bolzen (6) den im Grundkörper (3) vorgesehenen Durchbruch (4) durchgreift und entlang einer axialen Richtung (A) wenigstens abschnittsweise ein Außengewinde (9) zum Einschrauben des Bolzens (6) in eine zum Bolzen (6) komplementäre Gewindemutter (14) aufweist.
Schraubelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – der Grundkörper (3) topfartig ausgebildet ist und einen Topfboden (12) umfasst, in welchem der Durchbruch (4) angeordnet ist, wobei vom Topfboden (12) weg ein den Topfboden (12) und den Durchbruch (4) einfassender Topfkragen (17) absteht, – an einer Stirnseite (10) des Bolzen (6) ein Bolzenteller (11) vorgesehen ist, der bezüglich der axialen Richtung (A) radial nach außen über den Bolzen (6) hinaus vorsteht, – der Bolzen (6) derart in den im Topfboden (12) angeordneten Durchbruch (4) eingesetzt ist, dass eine dem Bolzen (6) zugewandte Seite (13) des Bolzentellers (11) flächig am Grundkörper (3) anliegt. – der Bolzenteller (11) mittels einer geeigneten, hinterschneidenen Geometrie an den einfassenden Topfkragen (17) derart angepasst ist, dass durch die mittels der Gewindemutter (14) eingeleiteten Drehbewegungen nicht zu einer nennenswerten Verdrehung des Bolzens (6) gegenüber dem Grundkörper (3) führen.
Schraubelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Material des Grundkörpers (3) ein Leichtmetall, insbesondere Aluminium, ist.
Schraubelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Material des Bolzens ein Stahl, insbesondere ein gehärteter Stahl, ist.
Bauteil-Anordnung (1), – mit einem Karosserieteil (5) für ein Kraftfahrzeug, – mit einem einen Bauteil-Durchbruch (18) aufweisenden Bauteil (19), – mit einem Schraubelement (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Befestigung des Bauteils (19) am Karosserieteil (5), wobei der Grundkörper (3) des Schraubelements (2) stoffschlüssig, insbesondere mittels einer Schweißverbindung (21), mit dem Karosserieteil (5) verbunden ist, wobei der im Grundkörper (3) des Schraubelements (2) vorgesehene Durchbruch (4) mit dem Bauteil-Durchbruch (18) fluchet und der Bolzen (6) des Schraubelements (2) sowohl den Durchbruch des Grundkörpers (3) als auch den Bauteil-Durchbruch (18) des Karosserieteils (5) durchgreift, – mit einer ein Innengewinde aufweisenden Gewindemutter (14), wobei die Gewindemutter (14) mit ihrem Innengewinde auf einer vom Grundkörper (3) abgewandten Seite (15) des Bauteils (19) zum Fixieren des Bolzens (6) am Bauteil (19) auf das Außengewinde (9) des Bolzens (6) aufgeschraubt ist, – wobei das Bauteil (19) sandwichartig zwischen dem Schraubelement (2) und der Gewindemutter (14) angeordnet ist, so dass eine vom Bolzenteller (11) abgewandte Seite (20) des Grundkörpers (3) des Schraubelements (2) flächig am Bauteil (19) anliegt.
Kraftfahrzeug mit wenigstens einer Bauteil-Anordnung (1) nach Anspruch 5.