DE102016113022A1 - Verbindungsanordnung mit zwei Verbindungsteilen - Google Patents

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Peter Stastny
Milan Satorie
Horst Hinzpeter
Aloys Schröder
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Benteler Automobiltechnik GmbH
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung (100) mit einem ersten Verbindungsteil (101) und einem zweiten Verbindungsteil (103), welche miteinander mechanisch verbindbar sind, wobei das erste Verbindungsteil (101) eine erste Klemmfläche (105) aufweist, wobei die erste Klemmfläche (107) ein vorbestimmtes erstes Prägemuster (109) aufweist, wobei das zweite Verbindungsteil (103) eine zweite Klemmfläche (107) aufweist, wobei die zweite Klemmfläche (107) ein vorbestimmtes zweites Prägemuster (111) aufweist und wobei das vorbestimmte zweite Prägemuster (111) zumindest teilweise ein Negativmuster des ersten Prägemusters (109) ist, und wobei bei einer Zusammenführung der ersten Klemmfläche (105) und der zweiten Klemmfläche (107) das erste Prägemuster (109) in das zweite Prägemuster (111) formschlüssig eingreift.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft die mechanische Verbindung von zwei Verbindungsteilen, insbesondere in einem Fahrzeug.
  • Zur Verbindung von miteinander zu verbindenden Verbindungsteilen in Fahrzeugen werden oft Schraubverbindungen eingesetzt. Um bei Schraubverbindungen die zu übertragende Kraft zu erhöhen, kann zwar eine stärkere Schraube verwendet werden. Dies ist jedoch mit erhöhten Bauteilkosten verbunden. Eine andere Möglichkeit besteht in der Erhöhung eines Reibwertes der zusammenzuführenden Klemmflächen der Verbindungsteile durch eine Riffelung. Die Herstellung einer geriffelten Oberfläche ist jedoch aufwendig, weil die Klemmflächen unterschiedliche Härten aufweisen.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kraftübertragung einer mechanischen Verbindung, beispielsweise einer Schraubverbindung, von Verbindungsteilen wie beispielswiese aufeinander verklemmten Pressschalen herstellungseffizient und definiert zu erhöhen.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der Beschreibung sowie der beigefügten Zeichnungen.
  • Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass die obige Aufgabe durch aufeinander angepasste Verprägungen in den Klemmflächen von Verbindungselementen, beispielsweise in den Klemmflächen eines Achsträgers und einer Karosserie eines Fahrzeugs, gelöst werden kann.
  • Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung eine Verbindungsanordnung mit einem ersten Verbindungsteil und einem zweiten Verbindungsteil, welche miteinander mechanisch verbindbar sind, wobei das erste Verbindungsteil eine erste Klemmfläche aufweist, wobei die erste Klemmfläche ein vorbestimmtes erstes Prägemuster aufweist, einem zweiten Verbindungsteil mit einer zweiten Klemmfläche, wobei die zweite Klemmfläche ein vorbestimmtes zweites Prägemuster aufweist, wobei das vorbestimmte zweite Prägemuster ein zumindest teilweises Negativmuster des ersten Prägemusters ist, und wobei bei einer Zusammenführung der ersten Klemmfläche und der zweiten Klemmfläche das erste Prägemuster in das zweite Prägemuster formschlüssig eingreift. Durch das Negativmuster können die Prägemuster ineinander eingreifen und dadurch eine definierte formschlüssige Verbindung bewirken.
  • Die Verbindungselemente können beispielsweise Pressschalen sein.
  • Bei der Fügung dieser Klemmflächen können diese mittels Passschrauben oder durch eine Mutter mit einem führenden Kragen aufeinander ausgerichtet werden.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform sind das erste Prägemuster und das zweite Prägemuster jeweils wellenartig geformt. Hierbei formen Wellenkäme die Erhebungen und Wellentäler Vertiefungen, sodass die Wellenkämme des ersten Prägemusters in Vertiefungen des zweiten Prägemusters eingreifen, und umgekehrt.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform weist das erste Prägemuster geradlinig verlaufende Prägestege auf, wobei benachbarte Prägestege durch eine Prägevertiefung voneinander getrennt sind, und wobei das zweite Prägemuster zu den Prägestegen korrespondierende Prägevertiefungen aufweist, wobei benachbarte Prägevertiefungen des zweiten Prägemusters durch einen Prägesteg getrennt sind, welcher zu der geradlinigen Prägevertiefung des ersten Prägemusters korrespondiert. Die Prägestege und/oder die Prägevertiefungen können geradlinig verlaufend sein.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform sind die beispielsweise geradlinig verlaufenden Prägestege und die beispielsweise geradlinig verlaufenden Prägevertiefungen des ersten Prägemusters innerhalb eines Toleranzbereichs, beispielsweise +/–5° oder +/–2° zueinander parallel ausgerichtet, wobei die beispielsweise geradlinig verlaufenden Prägestege und die beispielsweise geradlinig verlaufenden Prägevertiefungen des zweiten Prägemusters innerhalb des Toleranzbereichs, beispielsweise +/–5° oder +/–2° zueinander parallel ausgerichtet sind.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform verlaufen die beispielsweise geradlinig verlaufenden Prägestege und die beispielsweise geradlinig verlaufenden Prägevertiefungen des ersten Prägemusters diagonal oder parallel über die erste Klemmfläche, wobei die beispielsweise geradlinig verlaufenden Prägestege und die beispielsweise geradlinig verlaufenden Prägevertiefungen des zweiten Prägemusters diagonal oder parallel über die zweite Klemmfläche verlaufen.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform umgibt die erste Klemmfläche einen ersten Verbindungsdurchbruch, wobei die beispielsweise geradlinig verlaufenden Prägestege und die beispielsweise geradlinig verlaufenden Prägevertiefungen des ersten Prägemusters sich radial von dem ersten Verbindungsdurchbruch erstrecken, wobei die zweite Klemmfläche einen zweiten Verbindungsdurchbruch umgibt, und wobei die beispielsweise geradlinig verlaufenden Prägestege und die beispielsweise geradlinig verlaufenden Prägevertiefungen des zweiten Prägemusters sich radial von dem zweiten Verbindungsdurchbruch erstrecken.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Breiten der Prägestege und/oder Prägevertiefungen mit zunehmender Entfernung von dem jeweiligen Verbindungsdurchbruch zunehmend oder gleichbleibend. Die Prägestege und/oder Vertiefungen können sich fächerartig oder muschelartig aufweiten.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform weisen die jeweiligen Prägestege und/oder die jeweiligen Prägevertiefungen jeweils einen viereckigen oder einen abgerundeten Querschnitt auf.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform sind das erste Prägemuster und das zweite Prägemuster zumindest abschnittsweise identisch geformt und bezüglich einander um zumindest eine Stegbreite versetzt angeordnet.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform sind das erste Prägemuster und das zweite Prägemuster in das jeweilige Verbindungsteil, insbesondere in die jeweilige Klemmfläche, mechanisch geprägt.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform umgibt die erste Klemmfläche einen ersten Verbindungsdurchbruch umgibt, wobei die zweite Klemmfläche einen zweiten Verbindungsdurchbruch umgibt, wobei der erste Verbindungsdurchbruch und der zweite Verbindungsdurchbruch fluchtend zueinander ausgerichtet und durch ein Verbindungselement, insbesondere durch eine Schraube, durchsetzt sind.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform umgibt die erste Klemmfläche einen ersten Verbindungsdurchbruch, wobei die zweite Klemmfläche einen zweiten Verbindungsdurchbruch umgibt, wobei der zweite Verbindungsdurchbruch durch eine Gewindemutter mit einem führenden Kragen umgeben ist, und wobei der führende Kragen in den ersten Verbindungsdurchbruch einführbar ist.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform umgibt die erste Klemmfläche einen ersten Verbindungsdurchbruch, wobei die zweite Klemmfläche einen zweiten Verbindungsdurchbruch umgibt, wobei der erste Verbindungsdurchbruch durch eine Gewindemutter mit einem führenden Kragen umgeben ist, und wobei der führende Kragen in den zweiten Verbindungsdurchbruch einführbar ist.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform weisen die erste Klemmfläche und die zweite Klemmfläche eine kreisrunde oder eine elliptische Form auf.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das erste Verbindungselement ein Achsträger oder ein Karosseriebauteil eines Fahrzeugs, wobei das zweite Verbindungselement ein Karosseriebauteil oder ein Achsträger eines Fahrzeugs ist.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform ist in dem ersten Verbindungsdurchbruch und/oder in dem zweiten Verbindungsdurchbruch eine Verbindungshülse angeordnet, welche den jeweiligen Verbindungsdurchbruch zumindest teilweise durchsetzt und welche für die Aufnahme eines Verbindungselementes, beispielsweise einer Schraube oder eines Passstiftes, vorgesehen ist.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform ist außerhalb der jeweiligen Klemmfläche jeweils eine Passöffnung für die Aufnahme eines Passstiftes vorgesehen. Dadurch können die Prägemuster vorteilhafterweise bezüglich einander ausgerichtet werden.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Verbindungsanordnung mit einem ersten Verbindungsteil und einem zweiten Verbindungsteil, wobei das erste Verbindungseil eine erste Klemmfläche aufweist, wobei das zweite Verbindungsteil eine zweite Klemmfläche aufweist, mit: Prägen eines vorbestimmten ersten Prägemusters in die erste Klemmfläche, Prägen eines vorbestimmten zweiten Prägemusters in die zweite Klemmfläche, wobei das vorbestimmte zweite Prägemuster ein Negativmuster des ersten Prägemusters ist, und Zusammenführen der ersten Klemmfläche und der zweiten Klemmfläche, um das erste Prägemuster und das zweite Prägemuster in einen formschlüssigen Eingriff zu bringen.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Verfahren das kraftschlüssige Verbinden, insbesondere mittels einer Schraube, der zusammengeführten Klemmflächen.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Verfahren das Prägen des jeweiligen Prägemusters in die jeweilige Klemmfläche mit einem mechanischen Prägewerkzeug. Das Prägen des jeweiligen Prägemusters kann jeweils in einem Prägeschritt erfolgen.
  • Weitere Schritte des Herstellungsverfahrens ergeben sich unmittelbar aus den Merkmalen der Verbindungsanordnung.
  • Weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine Verbindungsanordnung gemäß einer Ausführungsform;
  • 2A, 2B die Verbindungsanordnung gemäß einer Ausführungsform;
  • 3A, 3B Klemmflächen; und
  • 4A, 4B Klemmflächen.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Verbindungsanordnung 100 mit einem ersten Verbindungsteil 101 und einem zweiten Verbindungsteil 103, welche miteinander mechanisch, beispielsweise mittels einer Schraubverbindung, verbindbar sind. Das erste Verbindungsteil 101 und das zweite Verbindungsteil 103 können ein Achsträger und ein Karosseriebauteil oder ein Karosseriebauteil und ein Achsträger eines Fahrzeugs, beispielsweise eines Kraftfahrzeugs, sein.
  • Das erste Verbindungsteil 101 weist eine erste Klemmfläche 105 auf, wobei die erste Klemmfläche 105 ein vorbestimmtes erstes Prägemuster 109 aufweist. Das zweite Verbindungsteil 103 hat eine zweite Klemmfläche 107, wobei die zweite Klemmfläche 107 ein vorbestimmtes zweites Prägemuster 111 aufweist.
  • Das vorbestimmte zweite Prägemuster 111 ist, in der Tiefe und/oder breite zumindest teilweise, ein Negativmuster des ersten Prägemusters 109, sodass bei einer Zusammenführung der ersten Klemmfläche 105 und der zweiten Klemmfläche 107 in der in 1 durch einen Pfeil dargestellten Richtung das erste Prägemuster 109 in das zweite Prägemuster 111 formschlüssig und definiert eingreift. Die Prägemuster 109 und 111 sind aufeinander abgestimmt, sodass eine definierte und reproduzierbare Formschlussverbindung realisiert werden kann.
  • Das erste Prägemuster 109 weist gemäß einer Ausführungsform Prägestege 113 auf, insbesondere geradlinig verlaufend, wobei benachbarte Prägestege 113 durch eine Prägevertiefung 115, insbesondere geradlinig verlaufend, voneinander getrennt sind, und wobei das zweite Prägemuster 111 zu den Prägestegen 113 als Negativmuster korrespondierende Prägevertiefungen 117, insbesondere geradlinig verlaufend, aufweist, wobei benachbarte Prägevertiefungen 117 des zweiten Prägemusters 111 jeweils durch einen Prägesteg 119, insbesondere geradlinig verlaufend, getrennt sind, welcher zu den Prägevertiefungen 115 des ersten Prägemusters 109 als Negativmuster korrespondiert.
  • Die Prägevertiefungen 115, 117 können in allen Ausführungsformen breiter als die Prägestege 113, 119 sein. Die Prägevertiefungen 115, 117 können ferner tiefer oder weniger tief als die Prägestege 113, 119 sein.
  • Die Klemmflächen 105, 107 können gemäß einer Ausführungsform auf erhöhten, beispielsweise herausgeprägten, Plateaus der Verbindungselemente 101, 103, ausgebildet sein.
  • In den 2A ist die Verbindungsanordnung 100 im nicht zusammengeführten und in 2B im zusammengeführten Zustand dargestellt. Die Prägemuster 109 und 111 sind zumindest teilweise invers zueinander geformt, sodass die Prägestege 113, 119 passend in die Prägevertiefungen 115, 117 eingreifen.
  • In den 3A und 3B sind Ansichten der Klemmflächen 105, 107 dargestellt. Gemäß einer Ausführungsform sind die Prägestege 113, 119 sowie die Prägevertiefungen 115, 117 im Wesentlichen geradlinig bzw. linear verlaufend. Auf diese Weise wird eine besonders vorteilhafte Klemmwirkung gegen Verdrehung und Querverschiebung der Klemmflächen 105, 107 erreicht.
  • In den 3A und 3B sind Ansichten der Klemmflächen 105, 107 dargestellt. Gemäß einer Ausführungsform sind die Prägestege 113, 119 sowie die Prägevertiefungen 115, 117 ausgehend von dem jeweiligen Verbindungsdurchbruch 121, 123 radial nach außen bzw. sternförmig verlaufend. Auf diese Weise wird eine besonders vorteilhafte Klemmwirkung gegen Verdrehung und Verschiebung der Klemmflächen 105, 107 erreicht.
  • Die Prägestege 113, 119 sowie die Prägevertiefungen 115, 117 können sich gemäß einer Ausführungsform sich fächerartig oder blumenartig radial aufweiten, wodurch eine besonders stabile Klemmwirkung mit zunehmendem Radius der Klemmflächen 101, 103 erreicht werden kann.
  • Gemäß einer Ausführungsform sind pro Prägemuster 109, 111 zumindest 4 Prägestege 113, 119 und zumindest vier Prägevertiefungen 115, 117 gebildet.
  • Die Klemmflächen 101, 103 können kreisrund oder elliptisch sein. Die Verbindungsdurchbrüche 121, 123 können ebenfalls kreisrund oder elliptisch gebildet sein.
  • Die Verbindungsanordnung 100 kann besonders vorteilhaft bei Karosserieanbindungen zwischen Achsträgern und dem Rohbau, also den Verbindungselementen 101, 103, eines Kraftfahrzeugs eingesetzt werden. Dort ist karosserieseitig eine Mutter 125 vorhanden die entweder schon die Führung bei der sogenannten Hochzeit übernimmt oder durch einen geringen Kostenaufwand zu dieser Funktion modifiziert werden kann. Weiterhin können die Presswerkzeuge für die zu verschraubenden Klemmflächen 105, 107 mit geringem bis keinem Kostenaufwand so modifiziert werden, dass an den zu verschraubenden Klemmflächen 107, 109 aufeinander angepasste Verpägungen, welche die Prägemuster 109, 111 formen, angebracht werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 100
    Verbindungsanordnung
    101
    erstes Verbindungselement
    103
    zweites Verbindungselement
    105
    erste Klemmfläche
    107
    zweite Klemmfläche
    109
    erstes Prägemuster
    111
    zweites Prägemuster
    113
    Prägestege
    115
    Prägevertiefungen
    117
    Prägevertiefungen
    119
    Prägestege
    121
    Verbindungsdurchbruch
    123
    Verbindungsdurchbruch
    125
    Gewindemutter

Claims (14)

  1. Verbindungsanordnung (100) mit einem ersten Verbindungsteil (101) und einem zweiten Verbindungsteil (103), welche miteinander mechanisch verbindbar sind, wobei: das erste Verbindungsteil (101) eine erste Klemmfläche (105) aufweist, wobei die erste Klemmfläche (107) ein vorbestimmtes erstes Prägemuster (109) aufweist; das zweite Verbindungsteil (103) eine zweite Klemmfläche (107) aufweist, wobei die zweite Klemmfläche (107) ein vorbestimmtes zweites Prägemuster (111) aufweist; wobei das vorbestimmte zweite Prägemuster (111) zumindest teilweise ein Negativmuster des ersten Prägemusters (109) ist, und wobei bei einer Zusammenführung der ersten Klemmfläche (105) und der zweiten Klemmfläche (107) das erste Prägemuster (109) in das zweite Prägemuster (111) formschlüssig eingreift.
  2. Verbindungsanordnung (100) nach Anspruch 1, wobei das erste Prägemuster (109) Prägestege (113) aufweist, wobei benachbarte Prägestege (113) durch eine Prägevertiefung (115) voneinander getrennt sind, und wobei das zweite Prägemuster (111) zu den Prägestegen (113) korrespondierende Prägevertiefungen (117) aufweist, wobei benachbarte Prägevertiefungen (117) des zweiten Prägemusters (111) durch einen Prägesteg (119) getrennt sind, welcher zu den Prägevertiefungen (115) des ersten Prägemusters (109) korrespondiert.
  3. Verbindungsanordnung (100) nach Anspruch 2, wobei die Prägestege (113) und die Prägevertiefungen (115) des ersten Prägemusters (109) innerhalb eines Toleranzbereichs zueinander parallel ausgerichtet sind, und wobei die Prägestege (119) und die Prägevertiefungen (117) des zweiten Prägemusters (111) innerhalb des Toleranzbereichs zueinander parallel ausgerichtet sind.
  4. Verbindungsanordnung (100) nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Prägestege (113) und die Prägevertiefungen (115) des ersten Prägemusters (109) diagonal oder parallel über die erste Klemmfläche (105) verlaufen, und wobei die Prägestege (119) und die Prägevertiefungen (117) des zweiten Prägemusters (111) diagonal oder parallel über die zweite Klemmfläche (107) verlaufen.
  5. Verbindungsanordnung (100) nach Anspruch 2, wobei die erste Klemmfläche (105) einen ersten Verbindungsdurchbruch (121) umgibt, und wobei die Prägestege (113) und die Prägevertiefungen (115) des ersten Prägemusters (109) sich radial von dem ersten Verbindungsdurchbruch (121) erstrecken, und wobei die zweite Klemmfläche (107) einen zweiten Verbindungsdurchbruch (123) umgibt, und wobei die Prägestege (119) und die Prägevertiefungen (117) des zweiten Prägemusters (109) sich radial von dem zweiten Verbindungsdurchbruch (123) erstrecken.
  6. Verbindungsanordnung (100) nach Anspruch 5, wobei die Breiten der radial verlaufenden Prägestege (113, 119) mit zunehmender Entfernung von dem jeweiligen Verbindungsdurchbruch (121, 123) zunehmen oder gleichbleibend sind.
  7. Verbindungsanordnung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche 2 bis 6, wobei die jeweiligen Prägestege (113, 119) und/oder die jeweiligen Prägevertiefungen (115, 117) jeweils einen viereckigen oder einen abgerundeten Querschnitt aufweisen.
  8. Verbindungsanordnung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche 2 bis 7, wobei das erste Prägemuster (107) und das zweite Prägemuster (109) zumindest abschnittsweise identisch geformt und bezüglich einander um zumindest eine Stegbreite versetzt angeordnet sind.
  9. Verbindungsanordnung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das erste Prägemuster (107) und das zweite Prägemuster (109) in das jeweilige Verbindungsteil (101, 103) mechanisch geprägt sind.
  10. Verbindungsanordnung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste Klemmfläche (105) einen ersten Verbindungsdurchbruch (121) umgibt, wobei die zweite Klemmfläche (107) einen zweiten Verbindungsdurchbruch (123) umgibt, wobei der erste Verbindungsdurchbruch (121) und der zweite Verbindungsdurchbruch (123) fluchtend zueinander ausgerichtet und durch ein Verbindungselement, insbesondere durch eine Schraube, durchsetzt sind.
  11. Verbindungsanordnung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste Klemmfläche (105) einen ersten Verbindungsdurchbruch (121) umgibt, wobei die zweite Klemmfläche (107) einen zweiten Verbindungsdurchbruch (123) umgibt, wobei der erste Verbindungsdurchbruch (121) durch eine Gewindemutter (125) mit einem führenden Kragen umgeben ist, und wobei der führende Kragen in den zweiten Verbindungsdurchbruch (123) einführbar ist.
  12. Verbindungsanordnung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste Klemmfläche (105) und die zweite Klemmfläche (109) eine kreisrunde oder eine elliptische Form aufweisen.
  13. Verbindungsanordnung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das erste Verbindungselement (101) ein Achsträger oder ein Karosseriebauteil eines Fahrzeugs ist, und das zweite Verbindungselement (103) ein Karosseriebauteil oder ein Achsträger eines Fahrzeugs ist.
  14. Verfahren zum Herstellen einer Verbindungsanordnung (100) mit einem ersten Verbindungsteil (101) und einem zweiten Verbindungsteil (103), wobei das erste Verbindungseil (101) eine erste Klemmfläche (105) aufweist, wobei das zweite Verbindungsteil (103) eine zweite Klemmfläche (107) aufweist, mit: Prägen eines vorbestimmten ersten Prägemusters (109) in die erste Klemmfläche (105); Prägen eines vorbestimmten zweiten Prägemusters (111) in die zweite Klemmfläche (109), wobei das vorbestimmte zweite Prägemuster (111) zumindest teilweise ein Negativmuster des ersten Prägemusters (109) ist; und Zusammenführen der ersten Klemmfläche (105) und der zweiten Klemmfläche (107), um das erste Prägemuster (109) und das zweite Prägemuster (111) in einen formschlüssigen Eingriff zu bringen.
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