DE10007046A1

DE10007046A1 - Verbindungselement für ein Formteil zur Kopplung mit einem Anbauteil

Info

Publication number: DE10007046A1
Application number: DE2000107046
Authority: DE
Inventors: Klaus-Dieter Morsch; Juergen Hillmann; Norbert Lau
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2000-02-17
Filing date: 2000-02-17
Publication date: 2001-08-23
Anticipated expiration: 2020-02-18
Also published as: DE10007046B4

Abstract

Ein Verbindungselement (1) für ein Formteil (12) zur Kopplung mit einem Anbauteil (13) umfaßt einen bügelartig ausgebildeten Versteifungskörper (2) mit einander gegenüberliegenden Befestigungsflanschen (5) zur seitlichen Abstützung gegen Wandabschnitte (15) des Formteils (12) und mit einem die Befestigungsflansche (5) verbindenden Überbrückungsabschnitt (6). Hierbei sind die Befestigungsflansche (5) mit Schweißflächen (10) zum Anschweißen an das Formteil (12) ausgebildet. Weiterhin ist an dem Überbrückungsabschnitt (6) ein Gewindeabschnitt (4) vorgesehen. Zudem wird ein Formteil (12) mit einem solchen Verbindungselement (1) angegeben. Es wird somit eine Verbindungsmöglichkeit für die lösbare Kopplung eines Formteils (12) mit einem insbesondere schweren Anbauteil (13) geschaffen. Im Bereich des Verbindungselementes (1) wird eine lokale Festigkeitssteigerung erzielt und damit die Neigung zur Rißbildung verringert.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verbindungselement für ein Formteil zur Kopplung mit einem Anbauteil. Weiterhin betrifft Erfindung ein Formteil zur Kopplung mit einem Anbauteil.

Derartige Verbindungselemente sind grundsätzlich überall dort einsetzbar, wo schwere Anbauteile mit dünnwandigen Strukturen verbunden werden müssen. Sie eignen sich besonders zur Verwendung im Fahrzeugbau. Ein Beispiel hierfür ist die Befestigung eines Fahrzeuggetriebes an einer Fahrzeugkarosserie über einen als Blechformteil ausgebildeten Getriebelagerbock.

Die für solche Verbindungen in Frage kommenden Befestigungstechniken sind aus mechanischen wie fertigungstechnischen Gründen eingeschränkt. Dünnwandige Wandabschnitte sind gegen eine stark lokal konzentrierte Krafteinleitung empfindlich. Zudem ist es schwierig, an diesen eine Gewindeverbindung mit einer ausreichenden Gewindetiefe vorzusehen, welche höheren Kräften Stand hält, um ein Ausreißen unter Last zu verhindern. Auch die eingeschränkte Schweißbarkeit dünner Wandstrukturen begrenzt die Befestigungsmöglichkeiten.

Für eine unmittelbare Kopplung schwerer Anbauteile mit dünnwandigen Formteilen sind Gewindeverbindungen ungeeignet. Hier kommen vor allem schweißtechnische Verbindungen zur Anwendung, die jedoch dann ausscheiden müssen, wenn eine mehrfach lösbare Verbindung erforderlich ist. Zu diesem Zweck werden mit einem Gewinde versehene Verbindungselemente mit einer größeren Gewindetiefe an die dünnwandigen Formteile angeschweißt, über die dann die Anbauteile angekoppelt werden können.

Das Anschweißen der Verbindungselemente ist jedoch mit weiteren Festigkeitsproblemen auf der Seite der dünnwandigen Formteile behaftet. Aufgrund der kompakten Bauform herkömmlicher Verbindungselemente, wie sie beispielsweise aus der DE-A1-42 22 664 und der JP-A-6042519 bekannt sind, besteht bei höheren Kräften im Bereich um die angeschweißten Verbindungselemente eine erhöhte Neigung zur Rißbildung. Zudem weisen diese bekannten Verbindungselemente eine komplizierte Geometrie auf, so daß diese schwer zu fertigen sind. Ein wesentlicher Nachteil besteht zudem darin, daß diese bekannten Verbindungselemente die Festigkeit des dünnwandigen Formteils schwächen.

Weiterhin ist aus der JP-A-10218036 ein zweiteiliges Verbindungselement für dünnwandige Formteile bekannt, das als erstes Teil eine bügelartige Haltekonsole aufweist. Diese Haltekonsole ist in ihrem Sockelbereich über einen breit umgebogenen Wandabschnitt gegen ein Bodenblech eines Kraftfahrzeuges abgestützt und dient der Befestigung einer Führungsschiene für einen Fahrzeugsitz über eine Schraubverbindung. Da die Haltekonsole selbst als dünnwandiges Blechformteil gefertigt ist, wird zur Verstärkung der Gewindeverbindung eine an der Haltekonsole angeschweißte Mutter vorgesehen. Die Mutter ist jedoch wieder kompakt ausgebildet, so daß sich eine hohe Kraftkonzentration mit der Neigung zur Rißbildung um die Verbindungsstelle ergibt.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Verbindungsmöglichkeit für die Kopplung eines Formteils mit einem insbesondere schweren Anbauteil anzugeben, mit der im Bereich der Verbindungsstelle die Rißbildungsgefahr vermindert werden kann.

Diese Aufgabe wird durch ein Verbindungselement der eingangs genannten Art gelöst, das einen bügelartig ausgebildeten Versteifungskörper umfaßt, mit einander gegenüberliegenden Befestigungsflanschen zur seitlichen Abstützung gegen Wandabschnitte des Formteils und mit einem die Befestigungsflansche verbindenden Überbrückungsabschnitt, wobei die Befestigungsflansche mit Schweißflächen zum Anschweißen an das Formteil ausgebildet sind, und wobei an dem Überbrückungsabschnitt ein Gewindeabschnitt ausgebildet ist.

Durch den Überbrückungsabschnitt und die mit diesem verbundenen, voneinander beabstandeten Befestigungsflansche wird die Krafteinleitungsbasis in das Formteil vergrößert. Der so gebildete Versteifungskörper steift die Wandungen des Formteils aus, womit die Neigung zur Rißbildung verringert wird. In Unterschied zu herkömmlichen Verbindungselementen wird hier trotz der thermischen Ankopplung des Verbindungselementes an das Formteil eine lokale Festigkeitssteigerung erzielt.

Als Formteile kommen hier vor allem Blechformteile in Frage, an denen größere Wanddickenänderungen nur schwer zu verwirklichen sind. Allerdings sind die Verbindungselemente auch mit auf andere Art und Weise, z. B. gußtechnisch hergestellten Formteilen verwendbar.

Die integrale Ausbildung des Gewindes in dem Verbindungselement ist herstellungstechnisch vorteilhaft, da das Verbindungselement einteilig ausbildbar ist.

Durch die Anbindung des Verbindungselementes an die Wandabschnitte des Formteils über die Befestigungsflansche werden thermisch induzierte Gefügeveränderungen in unmittelbarer Nähe des Gewindes vermieden. Die Ausreißfestigkeit des Gewindes wird durch das Anschweißen des Verbindungselementes an das Formteil nicht beeinträchtigt. Dies erlaubt eine im Vergleich zu bekannten Schweißmuttern tendenziell kürzere Auslegung der erforderlichen Gewindetiefe.

In einer bevorzugten Ausgestaltung weist der Versteifungskörper eine im wesentlichen konstante Wanddicke auf, so daß dieser einfach, vorzugsweise umformtechnisch aus einem Blechstück, herstellbar ist. Geringfügige Wandstärkenänderungen, die beispielsweise aus einem Umformvorgang resultieren, sind hierbei miteingeschlossen.

In einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung sind die Außenseiten der Befestigungsflansche unter einen Winkel von 0° bis 10° zueinander angeordnet. Durch die parallelen oder auch leicht zueinander geneigten Außenwände ergibt sich eine gute Stützwirkung. Die Neigung der Außenwände berücksichtigt die bei Blech- oder Gußformteilen aus Herstellungsgründen zumeist vorhandenen Wandabschrägungen, um eine möglichst breitflächige Anlage zwischen den Außenwänden und den entsprechenden Wandabschnitten an dem Formteil zu ermöglichen. Vorzugsweise weist das Verbindungselement eine rechteckige Grundform auf. Damit ergibt sich eine wenig komplexe Bauform, deren Fertigungsaufwand gering bleibt.

In Fortführung dieses Gedankens kann der Versteifungskörper als U-Profilstück ausgebildet werden, dessen Schenkel die Befestigungsflansche darstellen. Somit kann der Versteifungskörper einfach als Blechbiegeteil hergestellt werden.

In einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung ist an dem Überbrückungsabschnitt ein Vorsprung ausgebildet, der zwischen den Befestigungsflanschen liegt. An dem Vorsprung ist mindestens ein Teil des Gewindes, vorzugsweise ein Innengewinde, vorgesehen. Hierdurch kann auch bei einer im Vergleich zu dem Gewindedurchmesser relativ dünnwandigen Ausbildung des Versteifungselementes eine ausreichende Gewindetiefe bereitgestellt werden, die ausreichend weit von den Schweißstellen entfernt bleibt.

Vorzugsweise geht der Vorsprung weich gekrümmt in den flächenhaften Überbrückungsabschnitt über, wodurch der Spannungsverlauf in dem Verbindungselement vergleichmäßigt und starke Spannungsanomalien vermieden wird.

Zur Vergleichmäßigung der Kräfte in der Gewindeverbindung weist der Vorsprung eine rotationssymmetrische Gestalt auf, wohingegen für den flächenhaft ausgebildeten Überbrückungsabschnitt in dessen Haupterstreckungsebene eine rechteckige Form beibehalten wird.

Prinzipiell ist es möglich, das Verbindungselement mit den Außenseiten der Befestigungsflansche an die Wandabschnitte des Formteils anzuschweißen oder auch anzulöten. Der Vorbereitungsaufwand für die Schweißflächen bleibt dann sehr gering. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Schweißflächen jeweils an einer schmalen Stirnwand am freien Ende der Befestigungsflansche vorgesehen. Sie sind damit für Schweiß- oder auch Lötvorbereitungen sowie beim eigentlichen Schweißen bzw. Löten gut zugänglich. Eine Bearbeitung der Schweißflächen ist besonders einfach, wenn diese an den Stirnenden geradlinig ausgebildet sind.

Die oben genannte Aufgabe wird weiterhin gelöst durch Formteil zur Kopplung mit einem Anbauteil, umfassend zwei einander gegenüberliegende Wandabschnitte an denen ein Verbindungselement der vorstehend beschriebenen Art mit seinen Befestigungsflanschen abgestützt und über die Befestigungsabschnitte mit den Wandabschnitten thermisch verbunden ist. Damit ergeben sich die bereits oben erläuterten Vorteile. Insbesondere wird durch das Verbindungselement an dem Formteil trotz der thermischen Anbindung eine lokale Steigerung der Strukturfestigkeit des Formteils, vorzugsweise eines Blech- oder Gußformteils erzielt und die Rißbildungsgefahr um das Gewinde vermindert.

Eine weitere Festigkeitssteigerung läßt sich erzielen, wenn in bevorzugter Ausgestaltung der Überbrückungsabschnitt an einem Wandabschnitt des Formteils abgestützt ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 eine räumliche Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Verbindungselementes,

Fig. 2 eine räumliche Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Verbindungselementes,

Fig. 3 eine räumliche Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Formteils mit an diesem vorgesehenen Verbindungselementen, und in

Fig. 4 einen Schnitt durch das Formteil in Fig. 3.

Wie aus Fig. 1 zu erkennen ist, umfaßt das Verbindungselement 1 nach dem ersten Ausführungsbeispiel einen bügelartig ausgebildeten Versteifungskörper 2 sowie einen an diesem integral vorgesehenen Vorsprung 3. An dem Vorsprung 3 ist ein Gewindeabschnitt 4 ausgebildet, der ein Außengewinde als auch, wie in dem Ausführungsbeispiel gezeigt, ein Innengewinde sein kann. Der Versteifungskörper 2 übernimmt die Funktion der Verbindung mit dem Formteil sowie die Funktion der Versteifung desselben, wohingegen der Gewindeabschnitt 4 der Kopplung mit dem Anbauteil dient.

Der Versteifungskörper 2 ist hier als U-Profilstück ausgebildet und weist einander gegenüberliegende Befestigungsflansche 5 als Schenkel auf, die über einen flächenhaft ausgebildeten Überbrückungsabschnitt 6 einstückig miteinander verbunden sind. Die voneinander abgewandten Außenseiten der Befestigungsflansche sind in dem ersten Ausführungsbeispiel parallel zueinander. Dabei ist die Wanddicke des Versteifungskörpers 2 im wesentlichen konstant, so daß dieser beispielsweise aus einem Blechstreifen gebogen werden kann, der gegebenenfalls bereits mit dem Vorsprung 3 versehen ist. Der Vorsprung 3 wird bevorzugt ebenfalls umformtechnisch hergestellt. Das Verbindungselement 1 ist dann aus einem einfachen Blechstück mit anfangs gleichmäßiger Wanddicke herstellbar.

Der Überbrückungsabschnitt 6 ist als eine sich flächenhaft erstreckende, ebene Wand ausgebildet, an dessen Innenseite der Vorsprung 3 vorgesehen ist. Dieser liegt zwischen den Befestigungsflanschen 5 und bevorzugt in der Mitte des Überbrückungsabschnittes 6. Die gegenüberliegende Außenseite des Überbrückungsabschnittes 6 ist hingegen durchgehend flach und dient vorzugsweise als Stützfläche für das Formteil 12. Dabei weist der Überbrückungsabschnitt 6 in seiner Haupterstreckungsebene eine im wesentlichen rechteckige Grundform auf, an die sich seitlich die hier zwei Befestigungsflansche 5 unter einem Winkel von 90° anschließen, wobei hier auch Winkelabweichungen von einigen Grad möglich sind. Der Übergang von dem Überbrückungsabschnitt 6 in die Befestigungsflansche 5 erfolgt in weicher Krümmung 7. In gleicher Weise werden an dem Übergang zu dem Vorsprung 3 große Kurvenradien 8 vorgesehen.

Während der flächenhafte Überbrückungsabschnitt 6 eine rechteckige Grundform aufweist, besitzt der Vorsprung 3 eine rotationssymmetrische Gestalt mit einem sich im Krümmungsbereich zunächst verjüngenden Abschnitt, der in einem Kreisringzylinder ausläuft. Der an dem Vorsprung 3 vorgesehene Gewindeabschnitt 4 ist hier in Form eines Innengewindes ausgebildet, wobei sich der Gewindeabschnitt 4 durch das Verbindungselement 1 von der Außenseite zu der Innenseite des Überbrückungsabschnittes 6 hindurcherstreckt.

Die Befestigungsflansche 5 sind jeweils an einem freien Ende 9 mit einer schmalen Stirnwand 10 versehen, die als Schweißfläche zum Anschweißen an das Formteil ausgebildet ist. Da die Schweißflächen an den Stirnwänden geradlinig verlaufen, ist eine Vorbereitung der Stirnwände zum Schweißen oder Löten an dem bereits fertig geformten Versteifungskörper 2 unschwer möglich. Als Schweißverfahren kommen vor allem CO₂- Schweißen, WIG-Schweißen, MIG-Schweißen oder Laserschweißen zur Anwendung. Auch eine Hartlötverbindung ist möglich.

Der Abstand zwischen den Schweißflächen an den Stirnseiten 10 oder den Außenwänden 11 der Befestigungsabschnitte 5 ist derart gewählt, daß schweißtechnisch bedingte Gefügeumwandlungen das Gewinde nicht erreichen.

Das gesamte Verbindungselement 1 ist aus einem Stück als Biege- und/oder Preßteil herstellbar. Das Gewinde kann jedoch auch geschnitten werden.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel des Verbindungselementes 1 ist in Fig. 2 dargestellt. Dieses unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel durch die höhere Ausbildung des Vorsprunges 3, der hier bis zu der Höhe der Befestigungsflansche 5 reicht. Weiterhin verlaufen die Außenseiten 11 der Befestigungsflansche 5 nicht parallel zueinander, sondern sind leicht zueinander geneigt, um Wandschrägungen an einem Formteil 12 auszugleichen und damit eine bessere Anlage zu ermöglichen. Der Neigungswinkel der Außenseiten 11 zu einer Mittelachse des Gewindes liegt in der Größenordnung von 0° bis 5°.

In den Fig. 3 und 4 ist ein Formteil 12 aus Blechmaterial dargestellt, das als Getriebebock an einem Kraftfahrzeug verwendet wird. An diesem Formteil 12 sind zwei Verbindungselemente 1 nach dem zweiten Ausführungsbeispiel befestigt, an deren Gewindeabschnitten 4 ein in der Zeichnung lediglich schematisch angedeutetes Anbauteil 13 angeschraubt werden kann. Desweiteren ist an dem Getriebebock an einer weniger stark belasteten Stelle eine zusätzliche Schweißmutter 14 herkömmlicher Bauweise befestigt.

Wie insbesondere Fig. 4 entnommen werden kann, sind die Verbindungselemente 1 über die Befestigungsflansche 5 mit einander gegenüberliegenden Wandabschnitten 15 des Formteils 12 thermisch verbunden, so daß eine Anstützung über die Außenseiten 11 erfolgt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind dazu die Stirnseiten 10 der Befestigungsflansche 5 mit Kehlnahten 17 an den Wandabschnitten 15 angeschweißt, wobei hier eine MIG-Naht vorgesehen ist.

Eine weitere Abstützung der Verbindungselemente 1 an dem Formteil 12 erfolgt über die Außenseite des Überbrückungsabschnittes 6, die gegen einen weiteren Wandabschnitt 16 des Formteils 12 anliegt, in dem Ausführungsbeispiel dort jedoch nicht thermisch angebunden ist.

Es ist jedoch auch möglich das Verbindungselement 1 mit seinen Außenseiten 11 durch Widerstandsschweißung mit den Wandabschnitten 15 zu verbinden. Hierbei kann die Außenseite des Überbrückungsabschnittes 6 frei bleiben, gegen einen weiteren Wandabschnitt 16 des Formteils 12 lediglich angelegt oder auch mit diesem thermisch verbunden sein.

In allen Fällen wird durch eine Verbreiterung der Krafteinleitungsbasis eine lokale Festigkeitssteigerung an dem Formteil 12 erzielt.

BEZUGSZEICHENLISTE

1

Verbindungselement

2

Versteifungskörper

3

Vorsprung

4

Gewindeabschnitt

5

Befestigungsflansch

6

Überbrückungsabschnitt

7

Krümmung

8

großer Kurvenradius

9

freies Ende

10

Stirnseite

11

Außenseite des Befestigungsflansches

12

Formteil

13

Anbauteil

14

Schweißmutter

15

gegenüberliegende Wandabschnitte des Formteils

16

weiterer Wandabschnitt des Formteils

17

Kehlnaht

Claims

1. Verbindungselement für ein Formteil zur Kopplung mit einem Anbauteil, umfassend einen bügelartig ausgebildeten Versteifungskörper (2) mit einander gegenüberliegenden Befestigungsflanschen (5) zur seitlichen Abstützung gegen Wandabschnitte des Formteils und mit einem die Befestigungsflansche (5) verbindenden Überbrückungsabschnitt (6), wobei die Befestigungsflansche (5) mit Schweißflächen (10) zum Anschweißen an das Formteil ausgebildet sind, und wobei an dem Überbrückungsabschnitt (6) ein Gewindeabschnitt (4) ausgebildet ist.

2. Verbindungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Versteifungskörper (2) eine im wesentlichen konstante Wanddicke aufweist.

3. Verbindungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Versteifungskörper (2) als Formteil ausgebildet ist.

4. Verbindungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenseiten der Befestigungsflansche (5) unter einen Winkel von 0° bis 10° zueinander angeordnet sind.

5. Verbindungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Versteifungskörper (2) ein U-Profilstück ist, dessen Schenkel durch die Befestigungsflansche (5) gebildet werden.

6. Verbindungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Überbrückungsabschnitt (6) ein Vorsprung (3) ausgebildet ist, der zwischen den Befestigungsflanschen (5) liegt, und daß an dem Vorsprung (3) mindestens ein Teil des Gewindeabschnittes (4), vorzugsweise ein Innengewinde, vorgesehen ist.

7. Verbindungselement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsprung (3) weich gekrümmt in den Überbrückungsabschnitt (6) übergeht.

8. Verbindungselement nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der flächenhaft ausgebildete Überbrückungsabschnitt (6) in seiner Haupterstreckungsebene eine rechteckige Form aufweist, wohingegen der Vorsprung (3) eine rotationssymmetrische Gestalt aufweist.

9. Verbindungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißflächen (10) jeweils an einer schmalen Stirnwand am freien Ende der Befestigungsflansche (5) vorgesehen sind.

10. Verbindungselement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißflächen (10) geradlinig ausgebildet sind.

11. Formteil zur Kopplung mit einem Anbauteil, umfassend zwei einander gegenüberliegende Wandabschnitte (15), an denen ein Verbindungselement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 mit seinen Befestigungsflanschen (5) abgestützt und über die Befestigungsabschnitte (5) mit den Wandabschnitten thermisch verbunden ist.

12. Formteil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Überbrückungsabschnitt (6) an einem weiteren Wandabschnitt (16) des Formteils (12) abgestützt ist.