DE102017206651A1

DE102017206651A1 - Befestigungselement und Befestigungsanordnung zur Befestigung eines Bauteils an einer Karosserie mit Toleranzausgleich

Info

Publication number: DE102017206651A1
Application number: DE102017206651.2A
Authority: DE
Inventors: Fabian Burkart
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2017-04-20
Filing date: 2017-04-20
Publication date: 2018-10-25

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Befestigungselement zur Befestigung eines mit einer toleranzausgleichenden Durchgangsöffnung versehenen Bauteils an einem Karosserieteil, umfassend einen Gewindestift mit einem ersten Außengewinde und einem zweiten Außengewinde und eine Stützscheibe, die zwischen dem ersten Außengewinde und dem zweiten Außengewinde axial fixiert angeordnet ist. Das Befestigungselement dient in einer Befestigungsanordnung dazu, ein Bauteil mit einer toleranzausgleichenden Durchgangsöffnung an einem Karosserieteil mit einem Karosseriegewinde zu halten.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft die Befestigung von Bauteilen aneinander, insbesondere mit Toleranzausgleich. Die Erfindung betrifft insbesondere die Befestigung einer Fahrzeugbatterie an einer Fahrzeugkarosserie mit Toleranzausgleich.
Technischer Hintergrund
Um Bauteile an einer Fahrzeugkarosserie zu befestigen, werden an der Fahrzeugkarosserie üblicherweise Gewindebuchsen angebracht, die entweder als Schweißbuchsen oder als Einpresselemente ausgeführt sind. Einpresselemente haben den Vorteil, dass sie zusätzlich eine entsprechende Durchgangsöffnung durch das Karosserieblech gegen Durchdringen von Feuchtigkeit oder Verschmutzung abdichten können.
Ein Bauteil wird an dem Karosserieblech der Fahrzeugkarosserie üblicherweise mithilfe eines Befestigungsflansches befestigt. Zum Toleranzausgleich weist dieser eine vergrößerte Durchgangsöffnung auf. Zur Befestigung des Bauteils wird ein Bolzen oder eine Schraube durch die Durchgangsöffnung des Befestigungsflansches in das Karosseriegewinde der Fahrzeugkarosserie eingesetzt. Beim Befestigen des Bauteils mit der Schraube wird diese in geeigneter Weise auf der dem Karosserieblech abgewandten Seite des Befestigungsflansches z. B. mithilfe einer Unterlegscheibe, die den Rand der Durchgangsöffnung des Befestigungsflansches übergreift, abgestützt und so das Bauteil an dem Karosserieblech befestigt. Durch die gegenüber dem Bolzen- oder Schraubendurchmesser vergrößerte Durchgangsöffnung wird eine Toleranz bei der Positionierung des Bauteils quer zur Erstreckung des Bolzens oder der Schraube ermöglicht.
Beim Verschrauben des Bauteils an dem Karosserieblech kann es bei unzureichender Abstützung des Karosseriegewindes bzw. des Karosserieblechs im Umkreis der Durchgangsöffnung zu einer Verformung des Karosserieblechs kommen. Dies trifft insbesondere bei dünnen Karosserieblechen in Verbindung mit Einpresselementen zu, wenn Aufgrund der großen Durchgangsöffnung der Rand des Einpresselements nicht oder nur teilweise abgestützt werden kann. Aufgrund der Dicke des Befestigungsflansches kann beim Eindrehen der Schraube daher das in das Karosserieblech eingesetzte Gewinde durch die Vorspannkraft der Verschraubung in Richtung des Befestigungsflansches gezogen werden. Diese Verformung schwächt das Material des Karosserieblechs und stellt eine erhebliche Schwachstelle gegenüber mechanischer Belastung dar. Zudem erreicht die Verschraubung dadurch nicht die vorgesehene Vorspannkraft, und die Befestigung ist somit mechanisch unzureichend.
Befindet sich die Anbindung in einem korrosionsgefährdeten Bereich ist üblicherweise auf eine minimale Anlagefläche zu achten. Umliegende Bereiche können z.B. durch Auftrag von PVC geschützt werden. Bedingt durch die toleranzbedingte große Auflagefläche des Befestigungsflansches müssen große Bereiche um das Karosseriegewinde maskiert werden wodurch Probleme hinsichtlich Korrosion auftreten können. Zusätzlich birgt die große Auflagefläche des Flansches Korrosionsprobleme aufgrund von Kapillareffekten und mangelnder Rücktrocknung.
Es ist eine Aufgabe, ein Befestigungselement und eine Befestigungsanordnung zur Verfügung zu stellen, bei der eine plastische Verformung des Karosserieblechs in der Umgebung eines Karosseriegewindes beim Anbringen eines Befestigungsflansches eines Bauteils mit einer toleranzausgleichenden Durchgangsöffnung vermieden wird und eine ausreichende Vorspankraft erreicht werden kann. Zusätzlich soll das Befestigungselement eine minimale Auflagefläche an der Fahrzeugkarosserie haben, um einen Korrosionsschutz zu gewährleisten. Das Befestigungselement und die Befestigungsanordnung ist so zu gestalten, dass die Montage mithilfe der in einer Großserienfertigung üblichen Methoden, insbesondere ohne die Verwendung von separaten Unterlegscheiben, erfolgen kann.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird durch das Befestigungselement zur Befestigung eines Bauteils mit einer toleranzausgleichenden Durchgangsöffnung an einem Karosserieblech einer Fahrzeugkarosserie gemäß Anspruch 1 sowie durch die Befestigungsanordnung und das Verfahren zum Befestigen eines Bauteils and einem Karosserieteil gemäß den nebengeordneten Ansprüchen gelöst.
Weitere Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Befestigungselement zur Befestigung eines mit einer toleranzausgleichenden Durchgangsöffnung versehenen Bauteils an einem Karosserieteil vorgesehen, umfassend:

- einen Gewindestift mit einem ersten Außengewinde und einem zweiten Außengewinde;
- eine Stützscheibe, die zwischen dem ersten Außengewinde und dem zweiten Außengewinde, insbesondere mit einem gewissen Spiel, axial fixiert angeordnet ist.

Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Befestigungsanordnung vorgesehen, umfassend:

- ein Bauteil mit einer toleranzausgleichenden Durchgangsöffnung
- ein Karosserieteil mit einem Karosseriegewinde, z.B. einem Einpresselement;
- das obige Befestigungselement, das mit seinem ersten Außengewinde in dem Karosseriegewinde eingeschraubt ist und so angeordnet ist, dass die Stützscheibe zwischen dem Bauteil und dem Karosserieteil angeordnet ist.

Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Verfahren zur Montage der obigen Befestigungsanordnung vorgesehen, mit folgenden Schritten:

- Eindrehen des obigen Befestigungselements in das Karosseriegewinde des Karosserieteils, bis die Stützscheibe an dem Karosserieteil anliegt;
- Aufsetzen des Bauteils, so dass das zweite Außengewinde durch eine toleranzausgleichende Durchgangsöffnung geführt ist;
- Aufschrauben einer Fixierungsmutter auf das zweite Außengewinde des Befestigungselements.

Das obige Befestigungselement ermöglicht es, eine Befestigung eines Bauteils an dem mit einem Karosseriegewinde versehenen Karosserieteil so vorzunehmen, dass eine Verformung des häufig als Karosserieblech ausgebildeten Karosserieteils in eine toleranzausgleichende Durchgangsöffnung eines Befestigungsflansches des Bauteils hinein vermieden werden kann. Dazu weist das Befestigungselement einen Gewindestift mit einem ersten Außengewinde und einem zweiten Außengewinde auf, zwischen denen eine in axialer Richtung fixierte Stützscheibe angeordnet ist.
Zur Befestigung des Bauteils an dem Karosserieblech wird nun das Befestigungselement mit dem ersten Außengewinde in das Karosseriegewinde, das z.B. durch ein entsprechendes Einpresselement in dem Karosserieblech vorgesehen sein kann, eingeschraubt, bis die Stützscheibe flächig um den Bereich des Karosseriegewindes aufliegt. Dadurch kann die Stützscheibe die Umgebung der Gewindeöffnung des Karosseriegewindes verstärken. Beim anschließenden Aufsetzen des Befestigungsflansches wird das zweite Gewinde durch die toleranzausgleichende Durchgangsöffnung des Befestigungsflansches geführt, so dass der Befestigungsflansch mit dem Rand der toleranzausgleichenden Durchgangsöffnung auf der Stützscheibe aufliegt. Durch Aufsetzen und Festziehen einer Schraubenmutter in Kombination mit einer Unterlegscheibe kann nun das Bauteil an dem Karosserieteil befestigt werden.
Da sich die Stützscheibe des Befestigungselements an dem Rand der toleranzausgleichenden Durchgangsöffnung an der dem Karosserieblech zugewandten Seite abstützt, kann eine Verformung des Karosserieblechs durch Hineinziehen des Karosseriegewindes in die toleranzausgleichende Durchgangsöffnung vermieden werden. Dadurch kann die Gefahr einer übermäßigen Verformung des Karosserieblechs in der direkten Umgebung des Karosseriegewindes verhindert werden.
Weiterhin wird durch die Stützscheibe die Auflagefläche auf der Karosserie minimiert, wodurch die zu maskierende Fläche im Falle eines Korrosionsschutzauftrags auf ein Minimum reduziert werden kann. Durch die Dicke der Stützscheibe wird zwischen Befestigungsflansch und Karosserieblech ein Abstand generiert wodurch bei Beaufschlagung mit Feuchtigkeit Kapillarwirkung unterbunden wird und eine Rücktrocknung der Flächen stattfinden kann. Optional kann der generierte Abstand verwendet werden um einen geeigneten Korrosionsschutz zwischen Befestigungsflansch des Bauteils und dem Karosserieteil aufzubringen.
Weiterhin führt die Verwendung des obigen Befestigungselements zu deutlichen Einsparungen bei den Produktionsanlagen im Vergleich zur Verwendung normaler Unterlegscheiben. Aus Fertigungsgründen ist eine präzise Positionierung einer Unterlegscheibe zwischen dem Karosseriegewinde und dem Befestigungsflansch ohne gleichzeitiges Einschrauben der Befestigungsschraube des Flansches nicht ohne weiteres möglich. Sofern die Unterlegscheibe zusammen mit dem Flansch und der Schraube eingefahren und die Anordnung direkt verschraubt werden kann, besteht die Herausforderung aus einer sicheren Detektion des Verbaus der Scheibe. Hierzu sind teure Maßnahmen wie beispielsweise eine kamerabasierte Erkennung der Scheibe oder eine Prüfung mittels 4-Augen Prinzip erforderlich.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass das Befestigungselement mit der Stützscheibe bereits eine gleichwirkende Unterlegscheibe mitbringt, die durch ihre Anbringung an dem Gewindestift nicht vorab positioniert werden muss. Die Detektion der Montage des Befestigungselements mit Stützscheibe ist über einen EC-Schrauber einfach und kostengünstig möglich. Somit löst die Stützscheibe des Befestigungselementes sowohl das Befestigungsproblem als auch das Korrosionsproblem wobei eine einfache und prozesssichere Fixierung der Scheibe an der Fahrzeugkarosserie durch den Gewindestift gegeben ist.
Weiterhin kann die Stützscheibe rund sein und drehbeweglich um die axiale Richtung des Gewindestifts angeordnet sein. Durch die drehbewegliche Anordnung kann ein Abrieb von Tauchlack an dem Karosserieteil beim Eindrehen des Befestigungselements vermieden werden.
Weiterhin kann die Stützscheibe in gewissen Grenzen axial beweglich am Gewindestift angeordnet sein um eine optimale Verteilung der Vorspannkraft über alle Komponenten der Verschraubung zu gewährleisten. Dadurch ist es zudem möglich den Gewindestift mit einem geringeren Anzugsmoment in der Karosserie zu fixieren. Die benötigte Vorspannung der gesamten Schraubverbindung wird am Ende durch die Mutter aufgebracht.
Es kann vorgesehen sein, dass der Gewindestift an einem dem ersten Außengewinde gegenüberliegenden Ende des zweiten Außengewindes mit einem Kraftangriffsbereich versehen ist. Dieser ermöglicht das Angreifen eines Werkzeugs zum Eindrehen des Befestigungselements in das Karosseriegewinde.
Weiterhin kann das Karosseriegewinde in einem Einpresselement vorgesehen sein, das in das Karosserieteil eingebracht ist und die Durchgangsöffnung durch das Karosserieteil abdichtet.
Es kann vorgesehen sein, dass eine Fixierungsmutter an dem zweiten Außengewinde das Karosserieteil an dem Befestigungselement hält.
Insbesondere kann die Fixierungsmutter an dem zweiten Außengewinde über eine Unterlegscheibe, die die toleranzausgleichende Durchgangsöffnung übergreift, das Karosserieteil gegen die Stützscheibe des Befestigungselements drücken.
Gemäß einer Ausführungsform kann sich die Stützscheibe des Befestigungselements an dem Rand der toleranzausgleichenden Durchgangsöffnung an der dem Karosserieteil zugewandten Seite abstützen, indem es diese übergreift.
Figurenliste
Ausführungsformen werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Befestigungsanordnung zur Befestigung eines Befestigungsflansches eines Bauteils an einem Karosserieteil einer Fahrzeugkarosserie; und
2 eine perspektivische Darstellung eines Befestigungselements.

Beschreibung von Ausführungsformen
1 zeigt eine perspektivische Schnittdarstellung durch ein Befestigungsanordnung 1, bei dem der Befestigungsflansch 21 eines Bauteils 2 an einem Karosserieteil 3 (Karosserieblech) angebracht wird. Das Karosserieteil 3 ist mit einem Karosseriegewinde 4 versehen. Das Karosseriegewinde 4 kann in Form eines Einpresselements oder einer Gewindebuchse ausgebildet sein, das durch eine entsprechende Befestigungsöffnung 31 des Karosserieteils 3 eingesetzt ist.
Im Folgenden wird von einem Einpresselement 4 als Karosseriegewinde ausgegangen. Das Einpresselement 4 weist ein Innengewinde 41 auf. Weiterhin ist das Einpresselement 4 hülsenförmig und abgeschlossen, so dass die Befestigungsöffnung 31 in dem Karosserieteil 3 feuchtigkeits- und schmutzdicht abgeschlossen ist. Der Befestigungsflansch 21 weist eine toleranzausgleichende Durchgangsöffnung 22 auf, mit der das Bauteil 2 an dem Einpresselement 4 befestigt werden soll. Dazu ist ein Befestigungselement 5 vorgesehen, wie es perspektivisch in 2 dargestellt ist.
Das Befestigungselement 5 weist einen Gewindestift 51 mit einem ersten Außengewinde 52 und einem zweiten Außengewinde 53 auf. Das erste und zweite Außengewinde 52, 53 können gleiche oder unterschiedliche Durchmesser aufweisen. Das erste Außengewinde 52 dient zum Einschrauben in das Innengewinde 41 des Einpresselements 4.
Zwischen dem ersten Außengewinde 52 und dem zweiten Außengewinde 53 ist ein Haltebereich 54 für eine Stützscheibe 55 vorgesehen. Der Haltebereich 54 dient zur axialen Fixierung der Stützscheibe 55. Die Stützscheibe 55 kann fest mit dem Gewindestift 51 verbunden sein, insbesondere einstückig ausgebildet sein, oder um diesen rotierbar angeordnet sein. Die rotierbare Anordnung der Stützscheibe 55 hat den Vorteil, dass beim Eindrehen des ersten Außengewindes 52 in das Einpresselement 4 beim Festziehen des Gewindestifts 5 die Stützscheibe 55 nicht auf dem Karosserieblech 3 reibt und dort einen etwaig aufgebrachten Tauchlack beschädigt. Auch ermöglicht die frei drehbare Stützscheibe 55 ein festeres Einbringen des ersten Außengewindes 52 in das Einpresselement 4, so dass eine gute Fixierung des Befestigungselementes 5 erreicht werden kann.
Das Befestigungselement 5 kann an einem dem ersten Außengewinde 52 gegenüberliegenden Ende des zweiten Außengewindes 53 mit einem Kraftangriffsbereich 56 versehen sein. Dieser ermöglicht das Angreifen eines Werkzeugs zum Eindrehen des Befestigungselements in das Einpresselement 4.
Ist das Befestigungselement 5 in das Einpresselement 4 eingedreht, so kann der Befestigungsflansch 21 aufgesetzt werden, so dass der dem Ende des ersten Außengewindes 52 gegenüberliegende Teil des Befestigungselements 5 durch die toleranzausgleichende Durchgangsöffnung 22 ragt. Nun kann eine, optional mit einer Unterlegscheibe 7 versehene Fixierungsmutter 6 oder eine separate Unterlegscheibe 7 und anschließend eine Fixierungsmutter 6 auf das zweite Außengewinde 53 aufgeschraubt werden, so dass die Unterlegscheibe 7 die Ränder der toleranzausgleichenden Durchgangsöffnung 22 übergreift und so den Befestigungsflansch 21 gegen die Stützscheibe 55 drückt.
Durch die Dicke der Stützscheibe 55 wird ein Abstand zwischen dem Karosserieteil 3 und dem Befestigungsflansch 21 gewährleistet, so dass Feuchtigkeit zwischen Karosserieteil und Befestigungsflansch einfach austrocknen kann und Kapillarwirkungen vermieden werden können.
Bezugszeichenliste

1: Befestigungsanordnung
2: Bauteil
21: Befestigungsflansch
22: toleranzausgleichende Durchgangsöffnung
3: Karosserieteil
31: Durchgangsöffnung
4: Karosseriegewinde
41: Innengewinde
5: Befestigungselement
51: Gewindestift
52: erstes Außengewinde
53: zweites Außengewinde
54: Haltebereich
55: Stützscheibe
56: Kraftangriffsbereich
6: Fixierungsmutter
7: Unterlegscheibe

Claims

Befestigungselement (5) zur Befestigung eines mit einer toleranzausgleichenden Durchgangsöffnung (22) versehenen Bauteils (2) an einem Karosserieteil (3), umfassend: - einen Gewindestift (51) mit einem ersten Außengewinde (52) und einem zweiten Außengewinde (53); und - eine Stützscheibe (55), die zwischen dem ersten Außengewinde (52) und dem zweiten Außengewinde (53) axial fixiert angeordnet ist.
Befestigungselement (5) nach Anspruch 1, wobei die Stützscheibe (55) rund ist und drehbeweglich um die axiale Richtung des Gewindestifts (51) angeordnet ist.
Befestigungselement (5) nach Anspruch 2, wobei die Stützscheibe (55) zwischen dem ersten Außengewinde (52) und dem zweiten Außengewinde (53) axial beweglich ist.
Befestigungselement (5) nach Anspruch 1, wobei die Stützscheibe (55) einstückig mit dem Gewindestift (51) ausgebildet ist.
Befestigungselement (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Gewindestift (51) an einem dem ersten Außengewinde (52) gegenüberliegenden Ende des zweiten Außengewindes (53) mit einem Kraftangriffsbereich (56) versehen ist.
Befestigungsanordnung (1) umfassend: - ein Bauteil (2) mit einer toleranzausgleichenden Durchgangsöffnung (22); - ein Karosserieteil (3) mit einem Karosseriegewinde (4); - ein Befestigungselement (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, das mit seinem ersten Außengewinde (52) in dem Karosseriegewinde (4) eingeschraubt ist und so angeordnet ist, dass die Stützscheibe (55) zwischen dem Bauteil (2) und dem Karosserieteil (3) angeordnet ist.
Befestigungsanordnung (1) nach Anspruch 6, wobei das Karosseriegewinde (4) in einem Einpresselement vorgesehen ist, das in das Karosserieteil (3) eingebracht ist.
Befestigungsanordnung (1) nach Anspruch 6 oder 7, wobei eine Fixierungsmutter (6) an dem zweiten Außengewinde (53) das Karosserieteil (3) an dem Befestigungselement (5) hält.
Befestigungsanordnung (1) nach Anspruch 8, wobei die Fixierungsmutter (6) an dem zweiten Außengewinde (52) über eine Unterlegscheibe (7), die die toleranzausgleichende Durchgangsöffnung (22) übergreift, das Karosserieteil (3) gegen die Stützscheibe (55) des Befestigungselements (5) drückt.
Befestigungsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei sich die Stützscheibe (55) des Befestigungselements (5) an dem Rand der toleranzausgleichenden Durchgangsöffnung (22) an der dem Karosserieteil (3) zugewandten Seite abstützt.
Verfahren zur Montage einer Befestigungsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 10 mit folgenden Schritten: - Eindrehen des Befestigungselements (5) in das Karosseriegewinde (4) des Karosserieteils (3), bis die Stützscheibe (55) an dem Karosserieteil (3) anliegt; - Aufsetzen des Bauteils (2), so dass das zweite Außengewinde (53) durch die toleranzausgleichende Durchgangsöffnung (22) geführt ist; - Aufschrauben der Fixierungsmutter (6) auf das zweite Außengewinde (53) des Befestigungselements (5).