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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verbindungselement für ein Formteil
zur Kopplung mit einem Anbauteil gemäß der Merkmalskombination des Patentanspruchs
1. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Formteil zur Kopplung mit
einem Anbauteil gemäß der Merkmalskombination
des Patentanspruchs 10.
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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.
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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.
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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.
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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 42 22 664 A1 und der
JP 6042519 AA 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.
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Ein
wesentlicher Nachteil besteht zudem darin, daß diese bekannten Verbindungselemente
die Festigkeit des dünnwandigen
Formteils schwächen.
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Weiterhin
ist aus der
JP 10218036
AA 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.
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Schließlich ist
aus der
DE 39 21 119
A1 eine durch Buckelschweißung mit einem Karosserieblech verbindbare
Gewindeplatte mit Gewindebohrung bekannt, an der mittels einer Schraube
ein Anbauteil, vorliegend ein Scharnierflügel befestigt werden kann.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine weiter verbesserte Verbindungsmöglichkeit
für die
Kopplung eines Formteils mit einem insbesondere schweren Anbauteil
anzugeben, mit der im Bereich der Verbindungsstelle die Rißbildungsgefahr
vermindert werden kann.
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Gelöst wird
die gestellte Aufgabe durch ein Verbindungselement für ein Formteil
zur Kopplung mit einem Anbauteil, umfassend einen bügelartig ausgebildeten
Versteifungskörper,
der seinerseits ein U-Profilstück
ist, dessen Schenkel einander gegenüberliegende und untereinander
mittels eines Überbrückungsabschnittes
verbundene Befestigungsflansche zur seitlichen Abstützung gegen
Wandabschnitte des Formteils ausbilden, wobei die Befestigungsflansche
mit Schweißflächen zum
Anschweißen
an das Formteil ausgebildet sind, und wobei an dem Überbrückungsabschnitt
ein Gewindeabschnitt ausgebildet ist.
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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. Des Weiteren kann
der Versteifungskörper
einfach als Blechbiegeteil hergestellt werden.
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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.
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Die
integrale Ausbildung des Gewindes in dem Verbindungselement ist
herstellungstechnisch vorteilhaft, da das Verbindungselement einteilig
ausbildbar ist.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Vorzugsweise
geht der Vorsprung weich gekrümmt
in den flächenhaften Überbrückungsabschnitt über, wodurch
der Spannungsverlauf in dem Verbindungselement vergleichmäßigt und
starke Spannungsanomalien vermieden werden.
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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.
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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.
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Die
oben genannte Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein 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.
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Eine
weitere Festigkeitssteigerung läßt sich erzielen,
wenn in bevorzugter Ausgestaltung der Überbrückungsabschnitt an einem Wandabschnitt des
Formteils abgestützt
ist
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Die
Zeichnung zeigt in
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1 eine
räumliche
Darstellung eines Ausführungsbeispiels
eines Verbindungselementes,
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2 eine
räumliche
Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels
eines Verbindungselementes,
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3 eine
räumliche
Darstellung eines Ausführungsbeispiels
eines Formteils mit an diesem vorgesehenen Verbindungselementen,
und in
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4 einen
Schnitt durch das Formteil in 3.
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Wie
aus 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Das
gesamte Verbindungselement 1 ist aus einem Stück als Biege-
und/oder Preßteil
herstellbar. Das Gewinde kann jedoch auch geschnitten werden.
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Ein
weiteres Ausführungsbeispiel
des Verbindungselementes 1 ist in 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°.
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In
den 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.
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Wie
insbesondere 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.
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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.
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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.
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In
allen Fällen
wird durch eine Verbreiterung der Krafteinleitungsbasis eine lokale
Festigkeitssteigerung an dem Formteil 12 erzielt.
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- 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