EP2475895A1 - Kraftaufnehmende verbindung und verfahren zur herstellung einer solchen verbindung - Google Patents

Kraftaufnehmende verbindung und verfahren zur herstellung einer solchen verbindung

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EP2475895A1
EP2475895A1 EP10773834A EP10773834A EP2475895A1 EP 2475895 A1 EP2475895 A1 EP 2475895A1 EP 10773834 A EP10773834 A EP 10773834A EP 10773834 A EP10773834 A EP 10773834A EP 2475895 A1 EP2475895 A1 EP 2475895A1
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EP
European Patent Office
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force
screw
hollow cylindrical
internal thread
cylindrical portion
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP10773834A
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Bernhard Spitznagel
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Automobiltechnik Duerbheim Eine Betriebsstatte Der Magna International Stanztechnik GmbH
Original Assignee
Automobiltechnik Duerbheim Eine Betriebsstatte Der Magna International Stanztechnik GmbH
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Publication date
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    • H05K3/32Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits
    • H05K3/328Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits by welding
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    • H05K3/4038Through-connections; Vertical interconnect access [VIA] connections
    • H05K3/4084Through-connections; Vertical interconnect access [VIA] connections by deforming at least one of the conductive layers

Definitions

  • the present invention relates to a force-absorbing connection with a force receiving member having an internal thread and a force introduction element with a bore for a screw and a method for producing such a compound.
  • Such force-absorbing compounds are used for example in vehicle use, especially in the connection of the chassis and subframe (axle). So far, simple screw connections have been used here. This had the disadvantage that such screw connections can not be produced without play with reasonable effort. The result was that on very uneven ground, the vehicle tended to creaking or creaking noises, since especially after prolonged running time usually a loss of bias occurs and the friction is then significantly lower. The connection begins to move under the influence of force.
  • the force receiving element between the internal thread and a force introduction element facing end face has a hollow cylindrical portion having an inner diameter which is significantly larger than the outer diameter of the screw and the force introduction element around the bore with a on the hollow-cylindrical projection extending towards the force-receiving element is provided whose outer diameter corresponds approximately to the inner diameter of the hollow-cylindrical section of the force-receiving element and which is provided with inner beads, slots or holes running parallel to its axial direction.
  • the inner beads extend approximately to the outer diameter of the screw inwards.
  • the screw then forms a kind of "stop" for the mobility of the approach.
  • an opening in the one component for the passage of the screw and an internal thread in the other component for receiving the screw by the opening in the one component is provided with a hollow cylindrical projection, which is located on the extending other component, and the internal thread in the other component is surrounded by a hollow cylindrical portion by the hollow cylindrical projection is received, wherein the hollow cylindrical portion is provided with parallel to its axial direction extending inside beads, slots or holes.
  • FIG. 1 shows a force-receiving connecting element according to the invention in a sectional view from the side;
  • FIG. 1 shows a force-receiving connecting element according to the invention in a sectional view from the side;
  • FIG. 2 shows the force-absorbing connecting element of FIG. 1 in uncut form.
  • FIG. 3 shows the section perpendicular to the axis of rotation of FIG. 2;
  • Fig. 4 seen a spatial representation of a connecting element according to the invention obliquely from above.
  • FIG. 1 shows an inventive force-absorbing connecting element 10.
  • This is mounted in a frame part 12, for example, the part of a chassis of a vehicle, for example by welding.
  • the connecting element itself has a mounting plate 14 which includes a force receiving member 16, and which serves to attach the connecting element 10 to the frame 12, for example by welding.
  • This force receiving element 16 has a substantially bell-shaped shape and carries at its upper end a bore 18 with an internal thread.
  • the remainder of the mold runs in the form of a stepped hollow cylinder, which has a hollow-cylindrical section 20 following the bore 18 with the internal thread.
  • the bore 18 with the internal thread and the hollow cylindrical portion 20 are each arranged coaxially and perpendicular to the surface of the frame part 12. The transition between them is stepped.
  • a force introduction element 24 is provided, which is screwed by means of a screw 26 and optionally arranged below the screw head washers in the force receiving element 16.
  • This force introduction element 24 may be connected to the further component, for example a subframe or an axle of a vehicle.
  • the force introduction element 24 has the outer shape of a cylinder, wherein the passage opening for the screw 26 is surrounded by a cylinder 30 coaxially.
  • the cylindrical projection 30, which surrounds the passage opening for the screw 26, has an outer diameter which corresponds approximately to the inner diameter of the hollow cylindrical portion 20 of the force receiving element 16.
  • this cylindrical portion 30 of the force introduction element 24 is provided with five around the circumference equally spaced parallel to the axis of rotation of the bore for the screw 26 extending inner beads 32.
  • beads 32 serve to make the cylindrical portion 30 resiliently in the circumferential direction, so that a positive connection is formed between the cylindrical portion 30 of the force introduction element 24 and the hollow cylindrical inner surface of the portion 20 of the force receiving element 16.
  • the outer diameter of the cylindrical portion 30 of the force introduction element 24 prior to assembly in the force receiving element 16 has a slightly larger outer diameter than the inner diameter of the hollow cylindrical portion 20 of the force receiving element 16.
  • the inner diameter of the cylindrical portion 30 of the force introduction element 24 in the region of the indented inner beads 32 form an inner diameter of the passage opening for the screw 26, which is smaller than the outer diameter of the screw 26.
  • Figure 2 shows the uncut view of Figure 1, so that the "bell shape" of the force receiving element 16 is also very clear from the outside.
  • Figure 3 shows the section perpendicular to the axis of rotation of Figure 2.
  • the inner beads 32 are particularly clear. It is particularly preferred if the inner beads 32 are pressed so far that they rest on the inside of the shaft of the screw 26, while the outer surface of the cylindrical portion 30 is pressed against the inner wall of the hollow cylindrical portion 20 of the force receiving member 16.
  • slots or holes may also be provided.
  • FIG. 4 shows an inventive force-receiving connecting element 10 in a three-dimensional spatial representation obliquely viewed from above, wherein the attachment of the connecting element 10 to the frame 12 becomes particularly clear.
  • the elastic-positive connection according to the invention has the great advantage that when used in vehicles Bodener togethererept and other stresses no longer by creaking or squeaking noises be imaged during the displacement of the frictional connection. Furthermore, the compound according to the invention is able to absorb considerably larger lateral forces, in particular in the event of an accident, since the force introduction element and force receiving element are directly interlocked with each other so that the corresponding loads are no longer transmitted via the shaft of the screw must be led. This leads namely in the prior art in the event of accidents often to a tearing of the screw and thus to a destruction of the connection.
  • the force transmission according to the invention in the frame 12 has the advantage that the forces are cheaper, that is initiated without so large peaks in the frame, since the power transfer is no longer on the surface of the frame, but within the frame 12. As a result, a possible buckling of the frame 12 is delayed in the overload case.

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Abstract

Kraftaufnehmende Verbindung mit einem Kraftaufnahmeelement (16) mit einem Innengewinde (18) und einem Krafteinleitungselement (24) mit einer Bohrung für eine Schraube (26), wobei das Kraftaufnahmeelement (16) zwischen dem Innengewinde (18) und einer dem Krafteinleitungselement (24) zugewandten Grundplatte (14) einen hohl zylindrischen Abschnitt (20) mit einem Innendurchmesser aufweist, der deutlich größer als der Außendurchmesser der Schraube (26) ist, und das Krafteinleitungselement (24) um die Bohrung herum mit einem sich auf das Kraftaufnahmeelement (16) hin erstreckenden hohlzylindrischen Ansatz (30) versehen ist, dessen Außendurchmesser etwa dem Innendurchmesser des hohlzylindrischen Abschnittes (20) des Kraftaufnahmeelementes (16) entspricht, und der mit parallel zu seiner Axialrichtung verlaufenden Innensicken (32), Schlitzen oder Löchern versehen ist.

Description

Beschreibung
Kraftaufnehmende Verbindung und Verfahren zur Herstellung einer solchen Verbindung Technisches Gebiet
[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine kraftaufnehmende Verbindung mit einem Kraftaufnahmeelement mit einem Innengewinde und einem Krafteinleitüngselement mit einer Bohrung für eine Schraube und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Verbindung.
[0002] Solche kraftaufnehmenden Verbindungen finden beispielsweise im Fahrzeugbau Verwendung, insbesondere bei der Verbindung von Fahrgestell und Fahrschemel (Achse). Bisher wurden hier einfache Schraubverbindungen eingesetzt. Dies hatte den Nachteil, dass solche Schraubverbindungen nicht mit vertretbarem Aufwand spielfrei herzustellen sind. Die Kraftübertragung erfolgte dabei stets über die entsprechende Reibung, Dies hatte zur Folge, dass auf sehr unebenen Untergründen das Fahrzeug zu quietschenden oder knarzenden Geräuschen neigte, da insbesondere nach längerer Laufdauer meist ein Verlust der Vorspannung eintritt und die Reibung dann erheblich geringer wird. Die Verbindung beginnt sich also unter Krafteinfluss zu bewegen.
Stand der Technik
[0003] Zur Vermeidung eines solchen Spiels wurde bereits in der WO03/062653 A1 und der US 5,395,194 A vorgeschlagen, eine hohlzylindrische Stützhülse in eine Öffnung des einen Bauteils einzusetzen, durch die dann die Schraube zum Zwecke der Ver- schraubung hindurch tritt. Dabei wurden solche Stützhülsen bereits als hohlzylindrische Elemente mit parallel zu ihrer Axialrichtung verlaufenden Innensicken ausgebildet. Ähnliche, etwas abweichend ausgeführte Stutzhülsen sind beispielsweise auch aus der EP 2000681 A2 und der US 6,059,503 A bekannt.
[0004] Allen diesen Lösungen gemäß dem Stand der Technik ist jedoch weiterhin das Problem gegeben, dass bei sehr hohen Belastungen, beispielsweise im Falle eines Unfalls, nach dem Durchfedern der elastischen Stützhülse die gesamten Kräfte, insbesondere die Scherkräfte, auf den Schraubenschaft einwirken. Dadurch muss entweder die Schraube entsprechend groß, damit entsprechend schwer und aufwendig bemessen werden, oder man nimmt eine Zerstörung der Verbindung bei hohen Belastungen in Kauf.
Darstellung der Erfindung
[0005] Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein solches kraftaufnehmendes Verbindungselement dergestalt weiterzubilden, dass eine spielfreie Verbindung er- möglicht wird, und ein Abreißen der Schraube auch im Unglücksfall nahezu ausgeschlossen werden kann.
[0006] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass das Kraftaufnahmeelement zwischen dem Innengewinde und einer dem Krafteinleitungselement zugewandten Stirnfläche einen hohlzylindrischen Abschnitt mit einem Innendurchmesser aufweist, der deutlich größer als der Außendurchmesser der Schraube ist und das Krafteinleitungselement um die Bohrung herum mit einem sich auf das Kraftaufnahmeelement hin erstreckenden hohlzylindrischen Ansatz versehen ist, dessen Außendurchmesser etwa dem Innendurchmesser des hohlzylindrischen Abschnittes des Kraftaufnahmeelementes entspricht und der mit parallel zu seiner Axialrichtung verlaufenden Innensicken, Schlitzen oder Löchern versehen ist.
[0007] Erfindungsgemäß werden also erstmals hohe Scherkräfte nicht mehr vom Schraubenschaft alleine aufgenommen, sondern durch die Verbindung zwischen dem hohlzylindrischen Abschnitt des Kraftaufnahmeelementes und den hohlzylindrischen Ansatz des Krafteinleitungselementes direkt zwischen den beiden Bauelementen übertragen. Trotzdem besteht durch die Elastizität des erfindungsgemäß ausgebildeten hohlzylindrischen Ansatzes ein ausreichender Spielausgleich für Herstellungstoleranzen, unterschiedliche thermische Ausdehnungen und Verformung der Bauelemente unter
Belastung.
[0008] Besonders bevorzugt ist es dabei, wenn sich die Innensicken etwa bis auf den Außendurchmesser der Schraube nach innen erstrecken. Die Schraube bildet dann eine Art „Anschlag" für die Beweglichkeit des Ansatzes.
[0009] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe auch durch ein Verfahren zur Verbindung
zweier Bauteile durch eine Verschraubung mittels einer Schraube, einer Öffnung in dem einen Bauteil zum Durchtritt der Schraube und einem Innengewinde in dem anderen Bauteil zur Aufnahme der Schraube gelöst, indem die Öffnung in dem einen Bauteil mit einem hohlzylindrischen Ansatz versehen wird, der sich auf das andere Bauteil hin erstreckt, und das Innengewinde in dem anderen Bauteil von einem hohlzylindrischen Abschnitt umgeben wird, indem der hohlzylindrische Ansatz aufgenommen wird, wobei der hohlzylindrische Abschnitt mit parallel zu seiner Axialrichtung verlaufenden Innensicken, Schlitzen oder Löchern versehen ist.
[0010] Auf diese Weise lässt sich eine deutlich bessere Kraftverteilung und eine noch
bessere Zerstörungsfestigkeit der Verbindung insbesondere im Falle eines Unfalles erzielen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
[0011] Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt: [0012] Fig. 1 ein erfindungsgemäßes kraftaufnehmendes Verbindungselement in Schnittdarstellung von der Seite;
[0013] Fig. 2 das kraftaufnehmende Verbindungselement der Figur 1 im nicht geschnittenen
Zustand in räumlicher Darstellung;
[0014] Fig. 3 den Schnitt senkrecht zur Rotationsachse der Figur 2; und
[0015] Fig. 4 eine räumliche Darstellung eines erfindungsgemäßen Verbindungselementes schräg von oben gesehen.
Bester Weg zur Ausführung der Erfindung
[0016] Figur 1 zeigt ein erfindungsgemäßes kraftaufnehmendes Verbindungselement 10.
Dieses ist in einem Rahmenteil 12, beispielsweise dem Teil eines Fahrwerkes eines Fahrzeuges beispielsweise durch Anschweißen montiert.
[0017] Das Verbindungselement selbst besitzt eine Montageplatte 14, die ein Kraftaufnahmeelement 16 umfasst, und die der Befestigung des Verbindungselementes 10 an dem Rahmen 12 beispielsweise durch Schweißen dient.
[0018] Dieses Kraftaufnahmeelement 16 weist eine im Wesentlichen glockenförmige Form auf und trägt an seinem oberen Ende eine Bohrung 18 mit einem Innengewinde. Die übrige Form verläuft in der Form eines gestuften Hohlzylinders, der anschließend an die Bohrung 18 mit dem Innengewinde einen hohlzylindrischen Abschnitt 20 aufweist. Die Bohrung 18 mit dem Innengewinde und der hohlzylindrische Abschnitt 20 sind dabei jeweils koaxial und senkrecht zu der Oberfläche des Rahmenteils 12 angeordnet. Der Übergang dazwischen ist stufenförmig ausgebildet.
[0019] Weiter ist ein Krafteinleitungselement 24 vorgesehen, welches mittels einer Schraube 26 und einer gegebenenfalls unter dem Schraubenkopf angeordneten Beilagscheibe in dem Kraftaufnahmeelement 16 verschraubt ist. Dieses Krafteinleitungselement 24 kann mit dem weiteren Bauelement, beispielsweise einem Fahrschemel oder einer Achse eines Fahrzeuges verbunden sein.
[0020] Das Krafteinleitungselement 24 weist dabei die Außenform eines Zylinders auf, wobei die Durchtrittöffnung für die Schraube 26 von einem Zylinder 30 koaxial umgeben ist.
[0021] Der zylindrische Ansatz 30, der die Durchtrittsöffnung für die Schraube 26 umgibt, weist einen Außendurchmesser auf, der in etwa dem Innendurchmesser des hohlzylindrischen Abschnitts 20 des Kraftaufnahmeelementes 16 entspricht.
[0022] Erfindungsgemäß ist dieser zylindrische Abschnitt 30 des Krafteinleitungselementes 24 dabei mit fünf um den Umfang herum gleich beabstandeten parallel zu der Rotationsachse der Bohrung für die Schraube 26 verlaufenden Innensicken 32 versehen.
[0023] Erfindungsgemäß dienen diese Sicken 32 dazu, den zylindrischen Abschnitt 30 in Umfangsrichtung federnd zu gestalten, sodass eine formschlüssige Verbindung zwischen dem zylindrischen Abschnitt 30 des Krafteinleitungselementes 24 und der hohlzylindrischen Innenfläche des Abschnittes 20 des Kraftaufnahmeelementes 16 gebildet wird.
[0024] Zu diesem Zweck kann der Außendurchmesser des zylindrischen Abschnittes 30 des Krafteinleitungselementes 24 vor der Montage in dem Kraftaufnahmeelement 16 einen etwas größeren Außendurchmesser aufweisen als der Innendurchmesser des hohlzylindrischen Abschnittes 20 des Kraftaufnahmeelementes 16. Sodann wird dieser
Abschnitt beim Zusammenbau der beiden Teile in Umfangsrichtung leicht komprimiert, und auf diese Weise ist ein federnder Formschluss gesichert.
[0025] Alternativ kann der Innendurchmesser des zylindrischen Abschnittes 30 des Krafteinleitungselementes 24 im Bereich der eingedrückten Innensicken 32 einen Innendurchmesser der Durchtrittsöffnung für die Schraube 26 bilden, der kleiner ist als der Außendurchmesser der Schraube 26. Durch Einsetzen der Schraube 26 wird der entsprechende Durchmesser dann so aufgeweitet, dass auf diese Weise der Formschluss mit dem hohlzylindrischen Abschnitt 20 des Kraftaufnahmeelementes 16 zustande kommt.
[0026] Figur 2 zeigt die ungeschnittene Darstellung der Figur 1, sodass die„Glockenform" des Kraftaufnahmeelementes 16 auch von außen sehr deutlich wird.
[0027] Figur 3 zeigt den Schnitt senkrecht zur Rotationsachse der Figur 2. In dieser Darstellung werden die Innensicken 32 besonders deutlich. Es ist dabei besonders bevorzugt, wenn die Innensicken 32 so weit eingedrückt sind, dass sie innen an dem Schaft der Schraube 26 anliegen, während die Außenfläche des zylindrischen Abschnittes 30 gegen die Innenwand des hohlzylindrischen Abschnittes 20 des Kraftaufnahmeelementes 16 gedrückt wird. Alternativ zu den Innensicken 32 können auch Schlitze oder Löcher vorgesehen sein.
[0028] Figur 4 zeigt schließlich ein erfindungsgemäßes kraftaufnehmendes Verbindungselement 10 in dreidimensionaler räumlicher Darstellung schräg von oben gesehen, wobei die Anbringung des Verbindungselementes 10 an dem Rahmen 12 besonders deutlich wird.
[0029] Im Gegensatz zum Stand der Technik, bei dem eine reibschlüssige Verbindung mit einer normalen Verschraubung vorgesehen war, weist die erfindungsgemäße elastisch- formschlüssige Verbindung den großen Vorteil auf, dass im Einsatz bei Fahrzeugen Bodenerschütterungen und andere Beanspruchungen nicht mehr durch knarzende oder quietschende Geräusche bei der Verschiebung der reibschlüssigen Verbindung abgebildet werden. Des weiteren ist die erfindungsgemäße Verbindung in der Lage, erheblich größere Seitenkräfte, insbesondere im Falle eines Unfalles, aufzunehmen, da Krafteinleitungselement und Kraftaufnahmeelement direkt miteinander verzahnt sind, sodass die entsprechenden Belastungen nicht mehr über den Schaft der Schraube geführt werden müssen. Dies führt nämlich beim Stand der Technik im Falle von Unfällen häufig zu einem Abreißen der Schraube und damit zu einer Zerstörung der Verbindung.
Darüber hinaus weist die erfindungsgemäße Krafteinleitung in den Rahmen 12 den Vorteil auf, dass die Kräfte günstiger, das heißt ohne so große Spitzen in den Rahmen eingeleitet werden, da der Kraftübergang nicht mehr an der Oberfläche des Rahmens, sondern innerhalb des Rahmens 12 erfolgt. Dadurch wird ein eventuelles Einknicken des Rahmens 12 im Überlastungsfalle hinausgezögert.

Claims

Ansprüche
[ Anspruch000l ] Kraftaufnehmende Verbindung mit einem Kraftaufnahmeelement (16) mit einem Innengewinde (18) und einem Krafteinleitungselement (24) mit einer Bohrung für eine Schraube (26), dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftaufnahmeelement (16) zwischen dem Innengewinde (18) und einer dem Krafteinleitungselement (24) zugewandten Grundplatte (14) einen hohlzylindrischen Abschnitt (20) mit einem Innendurchmesser aufweist, der deutlich größer als der Außendurchmesser der Schraube (26) ist, und das Krafteinleitungselement (24) um die Bohrung herum mit einem sich auf das Kraftaufnahmeelement (16) hin erstreckenden hohlzylindrischen Ansatz (30) versehen ist, dessen Außendurchmesser etwa dem Innendurchmesser des hohlzylindrischen Abschnittes (20) des Kraftaufnahmeelementes (16) entspricht, und der mit parallel zu seiner Axialrichtung verlaufenden Innensicken (32), Schlitzen oder Löchern versehen ist.
[ Anspruch0002] Kraftaufnehmende Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Innensicken (32) etwa bis auf den Außendurchmesser der Schraube (26) nach innen erstrecken.
[ Anspruch0003] Verfahren zur Verbindung zweier Bauteile (16, 24) durch eine Ver- schraubung mittels einer Schraube (26), einer Öffnung in dem einen Bauteil (24) zum Durchtritt der Schraube und einem Innengewinde (18) in dem anderen Bauteil (14) zur Aufnahme der Schraube (26), dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung in dem einen Bauteil (24) mit einem hohlzylindrischen Ansatz (30) versehen wird, der sich auf das andere Bauteil (14) hin erstreckt, und das Innengewinde (18) in dem anderen Bauteil (14) von einem hohlzylindrischen Abschnitt (20) umgeben wird, in dem der hohlzylindrische Ansatz (30) aufgenommen wird, wobei der hohlzylindrische Abschnitt (20) mit parallel zu seiner Axialrichtung verlaufenden Innensicken (32), Schlitzen oder Löchern versehen ist.
[ Anspruch0004] Verfahren zur Verbindung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Innensicken (32) etwa bis auf den Außendurchmesser der Schraube (26) nach innen erstrecken.
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