DE69202484T2

DE69202484T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Befestigung von Platten an Raumfachwerken.

Info

Publication number: DE69202484T2
Application number: DE69202484T
Authority: DE
Inventors: Adam Mario Janotik
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Ford Werke GmbH
Priority date: 1991-01-07
Filing date: 1992-01-03
Publication date: 1995-09-28
Anticipated expiration: 2012-01-04
Also published as: EP0499352B1; DE69202484D1; US5106249A; EP0499352A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Befestigungsteile und Befestigungsverfahren zum Anbringen von Verblendungsplatten an räumlichen Rahmen.
Aus dem Zwang, die größtmögliche Kraftstoffersparnis bei der Herstellung von Kraftfahrzeugen zu erzielen, ergibt sich ein verstärkter Akzent auf die Konstruktion von Fahrzeugen in extremer Leichtbauweise. Ein vielversprechendes Leichtbaukonzept für Karosserien führt zu dem Einsatz von leichten räumlichen Metallrahmen, wie z.B. Aluminiumrahmen, die als Skelett dienen, an welchem leichtgewichtige Außenhäute als Verblendungsplatten angebracht werden. Diese Konstruktion bietet Möglichkeiten für erhebliche Gewichtseinsparungen, sie bringt jedoch auch zu lösende Probleme in bezug auf diejenigen Probleme mit sich, die bei der Anbringung der meistens aus Kunststoff oder einem anderen Werkstoff hergestellten und einen höheren Wärmedehnungskoeffizienten als der räumliche Rahmen aufweisenden Verblendungsplatten an dem Skelett bzw. dem räumlichen Rahmen auftreten.
Da räumliche Rahmen eine fest zusammengesetzte Geometrie aufweisen, sind sie nur schwer mit engen Toleranzen im dreidimensionalen Raum herstellbar. Daher müssen am Montageband für ein Kraftfahrzeug Mittel bereitgestellt werden, um alle äußeren und inneren Flächen und andere Verblendungen derart zueinander auszurichten, daß annehmbare Karosseriepassungen, Randbereiche der Karosserieverblendungsplatten in Draufsicht, und Bündigkeit der aneinander angrenzenden Verblendungsplatten gewährleistet sind. Bei der gängigen Produktionstechnik werden die erwünschte Bündigkeit und andere Passungen durch solche Verfahren erzielt, wie sie in den US-PS 4,529,244 und 4,597,153 von Zaydel offenbart sind. Bestimmte Verbesserungen zu dieser Technik sind in den dem Anmelder der vorliegenden Erfindung erteilten US-PS 4,868,968 und 4,912,826 beschrieben. Diese Vorschläge erfordern jedoch erhebliche Investitionen an Werkzeugen und Befestigungsteilen, um die gewünschte Karosseriepassung zu erzielen, so daß die Erfindung außer bei der Herstellung von Fahrzeugen der obersten Klasse praktisch kaum anwendbar ist.
Eines der zu lösenden Probleme bei den vorgenannten Herstellungsverfahren besteht im Ausgleich der Unterschiede in den Wärmedehnungskoeffizienten zwischen aneinander grenzenden Verblendungsplatten, d.h. zwischen dem räumlichen Rahmenunterbau und der Kunststoffhaut bzw. dem Karosseriepaneel, die/das darauf aufgelegt wird. Es müssen Mittel vorgesehen werden, die eine gewisse Bewegung zwischen dem räumlichen Rahmen und der angrenzenden Karosseriepaneel zulassen, um temperaturbedingte Ausdehnung und Schrumpfung aufzunehmen.
Wenn auch durch die Befestigungselemente des obengenannten bisherigen Standes der Technik eine gewisse Bewegungsfreiheit zwischen aneinander grenzenden Verblendungsplatten gewährt wird, lehrt die Kraftfahrzeugkarosserietechnik kein Verfahren zur Anbringung von Karosseriepaneele an einem räumlichen Rahmen auf eine Art und Weise, die eine verstellbare Ausrichtung sowohl in bezug auf Bewegungen von der ebenen Fläche des Rahmenunterbaus weg und auf diese zu, als auch parallel zu der gegenüberliegenden Fläche eines solchen Rahmens zuläßt.
GB-A-1,150,852 offenbart einen Niet, bestehend aus einem vollen Kopf, einem inneren Schaft, der einen vollen, sich von dem Kopf aus erstreckenden Abschnitt sowie einen hohlen Abschnitt aufweist, der sich an den vollen Abschnitt anschließend ausgebildet ist, und aus einem hohlen äußeren Schaft, der sich von dem Kopf aus erstreckt und den inneren Schaft konzentrisch und diametral im Abstand dazu umgibt. GB-A-1,150,852 offenbart außerdem eine Kombination eines gerade beschriebenen Niets mit wenigstens zwei Materialteilen, die mittels diesem im Abstand voneinander frontal miteinander zu verbinden sind, wobei der äußere Schaft wenigstens durch einen ersten Abschnitt des besagten Materials hindurch führt und in Richtung auf den Kopf nach außen umgebördelt wird, so daß das Material des (der) ersten Abschnitte(s) zwischen dem Kopf und besagtem Bördel angeordnet ist, und der innere Schaft durch wenigstens einen zweiten Abschnitt der besagten erstgenannten Materialabschnitte gesteckt wird, und der hohle Abschnitt des inneren Schaftes nach außen umgebördelt wird, in Richtung auf den umgebördelten Abschnitt des äußeren Schaftes, so daß der (die) besagte(n) zweite(n) Abschnitt(e) des Materials zwischen den umgebördelten Abschnitten des äußeren und des inneren Schaftes liegt (liegen). Dem umgekrempleten Abschnitt des inneren Schaftes kann der umgebördelte Abschnitt des zweiten Schaftes gegenüberliegen.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und ein Gerät zur Anbringung einer Verblendungsplatte an einem räumlichen Rahmen zu schaffen, welche eine axiale und radiale Verstellbarkeit der Lage der Verblendungsplatte relativ zu dem räumlichen Rahmen um eine Achse zulassen, die von einem zwischen diesen durchgesteckten und aneinander befestigenden Befestigungselement definiert wird.
Erfindungsgemäß wird eine Montageeinheit aus einem allgemein die Form eines Kraftfahrzeuges aufweisenden metallenen Raumrahmen (12) und einer nichtmetallenen Verblendungsplatte (10) geschaffen, deren Wärmedehnungskoeffizient über dem des Rahmens (12) liegt, und welche eine eine bestimmte Stärke definierende Innenseite und eine Außenseite aufweist,
folgendes umfassend:
eine erste Bohrung (18) durch den Raumrahmen (12);
eine zweite Bohrung (16) durch die Verblendungsplatte (10), im wesentlichen fluchtend mit der ersten Bohrung, und von wesentlich größerem Durchmesser; und
eine Befestigungseinheit, welche folgendes umfaßt:
eine Bolzen-Baugruppe (20), die fest verriegelt in einer axial und radial festen Relation zu dem räumlichen Rahmen (12) innerhalb der ersten Bohrung (18) befestigt ist; und
eine Tüllen-Baugruppe (22), die in axial und radial fester Relation an der Bolzen-Baugruppe (20) befestigt ist und radial frei in der zweiten Bohrung (16) aufgenommen wird, und mit von den Verblendungsplatten-Innen- und Außenseiten beabstandeten Ringabschnitten versehen ist, so daß diese eine axiale Relativbewegung der Verblendungsplatte gegenüber dem räumlichen Rahmen (12) zulassen.
Weiterhin wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur Befestigung einer Verblendungsplatte (10) an einem räumlichen Rahmen (12) aus einem Material mit geringerem Wärmedehnungskoeffizienten als die Verblendungsplatte geschaffen, einen Ausgleich der Wärmedehnung zwischen diesen gewährleistend, folgende Schritte enthaltend:
Herstellen einer ersten Bohrung (18) in dem räumlichen Rahmen (12);
Herstellen einer zweiten Bohrung (16) in der Verblendungsplatte (10), mit einem wesentlich größeren Durchmesser als die erste Bohrung (18);
axiales und radiales Befestigen einer Bolzen-Baugruppe (20) an dem Rahmen (12), innerhalb der ersten Bohrung;
Anbringen einer Tüllen-Baugruppe (22) in axial und radial loser Relation zur zweiten Bohrung (16), wobei die Tüllen ringförmige Teile aufweisen, die den Außen- und Innenseiten der Verblendungsplatte gegenüberliegen;
Zustellen der Verblendungsplatte (10) auf den räumlichen Rahmen (12) zu und Ausrichten derselben derart, daß die Bohrungen im wesentlichen miteinander fluchten und die Bolzen-Baugruppe (20) gleitend in der Tüllen-Baugruppe (22) aufgenommen wird;
Ausrichten eines Montagerahmens derart, daß eine gewünschte Lage der Verblendungsplatte (10) in bezug auf den räumlichen Rahmen (12) definiert wird;
Anlegen eines Druckstempels (66) an die Tüllen-Baugruppe, so daß eine axial und radial feste Relation zwischen der Tüllen-Baugruppe (22) und der Bolzen-Baugruppe (20) geschaffen wird; und
Entfernen der Montagevorrichtung (64) und des Druckstempels (66).
Die Erfindung wird nun beispielartig unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert; dabei zeigen:
Figur 1: eine Gesamtansicht im Querschnitt einer Befestigungseinheit nach der vorliegenden Erfindung; und
Figur 2: eine Darstellung der Montage, der Reihenfolge nach, die veranschaulicht, wie eine Verblendungsplatte an einem Tragrahmen erfindungsgemäß unter Einsatz einer erfindungsgemäßen Befestigungseinheit angebracht wird.
Bezugnehmend auf die Zeichnungen, und insbesondere auf die Figur 1 derselben, ist dort die erfindungsgemäße Montage einer Verblendungsplatte 10 in bezug auf einen räumlichen Rahmen 12 mit Hilfe einer allgemein mit 14 bezeichneten Befestigungseinheit dargestellt.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist die Verblendungsplatte 10 eine Kunststoff- oder Verbundwerkstoff-Verblendung, die Teil eines Kraftfahrzeuges ist. Durch die Verblendungsplatte erstreckt sich eine Bohrung 16. Die Bohrung 16 ist axial fluchtend mit einer Bohrung 18 durch den räumlichen Rahmen 12 angeordnet, der extrudiert oder nach anderen bekannten Verfahren hergestellt ist und allgemein die Form eines Kraftfahrzeuges aufweist.
Die Befestigungseinheit 14 besteht aus zwei Baugruppen, einer Bolzen-Baugruppe 20 und einer Tüllen-Baugruppe 22. Die Bolzen-Baugruppe 20 besteht aus einem Stift 24 und einer Hülse 26 zum Einbau in den Aluminium-Tragrahmen 12; der Stift 24 ist vorzugsweise aus kaltgeformtem Stahl hergestellt, und die Hülse 26 besteht vorzugsweise aus Aluminium. Der Stift 24 beinhaltet einen Teil 28 mit großem Durchmesser und einen Teil 30 mit kleinem Durchmesser, mit einer Vielzahl von an dessen äußerem Ende angeformten und sich in Richtung der Verblendungsplatte 10 erstrekkenden Rippen 32. Die Hülse 26 ist ein hutförmig ausgebildetes Teil mit einem tonnenförmigen Abschnitt 34, dessen Außendurchmesser 36 in der Bohrung 18 in axial fester Lage aufgenommen wird. Die axiale Halterung kann durch eine Preßpassung oder durch Zusammenwirken mit dem Stift 34 in einer später noch näher beschriebenen Weise erzielt werden. Die Hülse 26 weist außerdem einen Innendurchmesser 38 zur Aufnahme des den großen Druchmesser aufweisenden Abschnittes 28 des Stiftes 24 auf, sowie einen ringförmigen Flanschteil 40, der gegen eine ringförmige Wand 42 des räumlichen Rahmens 12 zur Anlage gebracht werden kann. Ein abreißbarer Ansatz 44, der in dieser Einheit zur Anwendung kommt, erstreckt sich über den den kleineren Durchmesser aufweisenden Abschnitt 30 des Stiftes 24 hinaus.
Die Tüllen-Baugruppe 22 besteht aus einer zweiten hutförmig ausgebildeten Hülse 46 mit einer mittigen Bohrung 48 zur Aufnahme des Abschnittes 30 mit kleinerem Durchmesser des Stiftes 24, einem dem Flanschabschnitt 40 der ersten Hülse 26 gegenüberliegenden ringförmigen Flanschabschnitt 50, und einem tonnenartigen Abschnitt 52. Eine Scheibe 54 umgreift den Tonnenabschnitt 52 und weist einen Außendurchmesser auf, der sich über die Bohrung 16 der Verblendungsplatte 10 hinaus erstreckt. Die Bolzen-Baugruppe 20 und die Tüllen-Baugruppe 22 werden in einer axial festen Relation zueinander gehalten, lassen jedoch radialen Spielraum zwischen dem Tragrahmen 12 und der Verblendungsplatte 10 zu, sowohl aufgrund des radialen Spiels zwischen der Bohrung 16 und dem Außendurchmesser 58 der Tülle, als auch aufgrund des axialen Abstandes der Scheibe 54 und des Flansches 50 der Tüllen-Baugruppe 22 in bezug auf die Verblendungsplatte 10.
Der tatsächliche Montagevorgang, gemäß welchem diese axiale und radiale Freiheit erreicht wird, kann unter Bezugnahme auf Figur 2 betrachtet werden, in welcher dargestellt ist, daß die Verblendungsplatte 10 und der Tragrahmen 12 für die Montage vorbereitet werden, indem sie jeweils mit der Bolzen-Baugruppe 20 und der Tüllen-Baugruppe 22 vormontiert werden. Die zweite Hülse 46 wird in die Bohrung 16 eingesetzt und die Scheibe 54 über den Tonnenteil 52 gezogen und über einen daran angeformten Vorsprung 60 eingerastet, so daß sie sowohl axial als auch radial lose in bezug auf die Verblendungsplatte 10 gehalten wird. Die Bolzen-Baugruppe 20 wird in die Bohrung 18 eingesetzt. Sie kann dort axial mittels Preßpassung festgehalten werden, wie jedoch Figur 1 zeigt, kann ein konischer Abschnitt verwendet werden, einen Teil der Hülse 26 bei der Einführung zu verformen, so daß diese gegen axiale Verschiebung gesichert ist.
Der räumliche Rahmen 12 wird mittels geeigneter Spannvorrichtungen in einer geeigneten geometrischen Lage gehalten, und ein Montagerahmen 64 ist mit der Verblendungsplatte 10 und der Tüllen-Baugruppe in Eingriff, um diese auf den räumlichen Rahmen zustellend zu bewegen. Der Montagerahmen 64 umfaßt einen Druckstempel 66, der eine mittige Stauchvorrichtung 68 zur Anlage an dem äußeren Ende 68 der Hülse 46 aufweist; der Montagerahmen 64 wird in einer vorbestimmten Stellung positioniert, und der Druckstempel 66 gelangt mit der Hülse in Eingriff und staucht diese radial nach innen, so daß sie in Verriegelungseingriff mit den Rippen 32 des Stiftes 24 gelangt.
Wenn der Montagerahmen in der geeigneten Stellung ist, werden der Druckstempel 66 und die Stauchvorrichtung entfernt, wobei auch der abreißbare Ansatz 44 des Stiftes 24 durch die Wirkung der Sollbruchstelle 70 abgezogen wird, so daß die Verblendungsplatte 10 in bezug auf den Rahmenunterbau 12 in der in Figur 1 gezeigten Lage in geeigneter Weise fest verriegelt ist, wobei eine Bewegung der Verblendungsplatte 10 auf den Tragrahmen zu und von diesem weg auf diejenige Bewegungsfreiheit begrenzt ist, welche das bei 72 angedeutete Spiel zuläßt.

Claims

1. Montageeinheit aus einem allgemein die Form eines Kraftfahrzeuges aufweisenden metallenen Raumrahmen (12) und einer nichtmetallenen Verblendungsplatte (10), deren Wärmedehnungskoeffizient über dem des Rahmens (12) liegt, und welche eine Innenseite und eine Außenseite aufweist, die eine bestimmte Stärke definieren,

folgendes umfassend:

eine erste Bohrung (18) durch den Raumrahmen (12);

eine zweite Bohrung (16) durch die Verblendungsplatte (10), im wesentlichen fluchtend mit der ersten Bohrung, und von wesentlich größerem Durchmesser; und

eine Befestigungseinheit, welche folgendes umfaßt:

eine Bolzen-Baugruppe (20), die fest verriegelt in einer axial und radial festen Relation zu dem räumlichen Rahmen (12) innerhalb der ersten Bohrung (18) befestigt ist; und

eine Tüllen-Baugruppe (22), die in axial und radial fester Relation an der Bolzen-Baugruppe (20) befestigt ist und radial frei in der zweiten Bohrung (16) aufgenommen wird, und mit von den Verblendungsplatteninnen- und Außenseiten beabstandeten Ringabschnitten versehen ist, so daß diese eine axiale Relativbewegung der Verblendungsplatte gegenüber dem räumlichen Rahmen (12) zulassen.

2. Montageeinheit nach Anspruch 1, in welcher der räumliche Rahmen (12) aus Aluminium und die Verblendungsplatte (10) aus Kunststoff besteht, der einen höheren Wärmedehnungskoeffizienten aufweist als der räumliche Aluminiumrahmen (12).

3. Montageeinheit nach Anspruch 1, worin die Bolzen-Baugruppe (20) eine hutförmige Hülse (26) mit einem in der ersten Bohrung (18) aufgenommenen tonnenartigen Abschnitt (34) mit einem ringförmigen Flanschabschnitt (40) umfaßt, der an der der Verblendungsplatte gegenüberliegenden Seite des räumlichen Rahmens (12) zur Anlage kommt.

4. Montageeinheit nach Anspruch 3, worin der tonnenartige Abschnitt (34) mit Preßpassung in der ersten Bohrung (18) aufgenommen ist.

5. Montageeinheit nach Anspruch 3, worin der tonnenartige Abschnitt (34) durch Kleben in der ersten Bohrung befestigt ist.

6. Montageeinheit nach Anspruch 3, worin die Bolzen-Baugruppe (20) einen Stift (24) aufweist, der in bezug auf die Hülse axial feststehend gehalten ist.

7. Montageeinheit nach Anspruch 6, worin die Hülse (26) eine durch sie hindurchgehende mittige Bohrung aufweist und besagter Stift (24) einen konischen Abschnitt mit großem Durchmesser aufweist, der so ausgelegt ist, daß er beim Einführen des Stiftes (24) in die Verblendungsplatte (10) durch Verkeilen desselben in bezug auf die besagte durchgehende Bohrung axial in bezug auf die Hülse fixiert wird.

8. Montageeinheit nach Anspruch 3, worin die Tüllen- Baugruppe (22) eine zweite Hülse (46) mit einem tonnenartigen Abschnitt (52) aufweist, der radial lose in der zweiten Bohrung aufgenommen wird, und mit einem Flanschabschnitt (50), welcher der Seite der Verblendungsplatte gegenüberliegend angeordnet ist, die dem räumlichen Rahmen gegenüberliegt, und mit einer Scheibe (54), die axial in einem Abstand von dem ringförmigen Flansch angeordnet ist, der größer ist als die Stärke der Verblendungsplatte, und in bezug auf die zweite Hülse axial festliegend angebracht ist.

9. Verfahren zur Befestigung einer Verblendungsplatte (10) an einem räumlichen Rahmen (12), der aus einem Werkstoff mit gringerem Wärmedehnungskoeffizienten als die Verblendungsplatte hergestellt ist, und einen Ausgleich der Wärmedehnung zwischen diesen beiden zulassend, folgende Schritte enthaltend:

Herstellen einer ersten Bohrung (18) durch den räumlichen Rahmen (12);

Herstellen einer zweiten Bohrung (16) durch die Verblendungsplatte (10), mit einem wesentlich größeren Durchmesser als die erste Bohrung (18);

axiale und radiale Befestigung einer Bolzen-Baugruppe (20) an dem Rahmen (12), innerhalb der ersten Bohrung;

Anordnen der Tüllen-Baugruppe (22) axial und radial lose in Relation zur zweiten Bohrung (16), wobei die Tülle der Außen- und der Innenseite der Verblendungsplatte jeweils gegenüberliegende ringförmige Teile aufweist;

Zustellen der Verblendungsplatte (10) auf den räumlichen Rahmen (12) und Anordnen derselben derart, daß die Bohrungen im wesentlichen miteinander fluchten und die Bolzen-Baugruppe (20) gleitend in der Tüllen-Baugruppe (22) aufgenommen wird;

Anordnen eines Montagerahmens (64), so daß eine gewünschte Lage der Verblendungsplatte (10) in bezug auf den räumlichen Rahmen (12) definiert wird;

Anlegen eines Druckstempels (66) an die Tüllen-Baugruppe, so daß ein axial und radial festes Verhältnis zwischen der Tüllen-Baugruppe (22) und der Bolzen-Baugruppe (20) bewirkt wird; und

Entfernen des Montagerahmens (64) und des Druckstempels (66).

10. Verfahren nach Anspruch 9, worin der Schritt des Anlegens die radiale Verformung eines Teils der Tüllen-Baugruppe (22) beinhaltet, derart, daß diese an der Bolzen-Baugruppe (20) festgeklemmt wird.