DE10156403C1 - Befestigungssystem - Google Patents

Abstract

Es wird vorgeschlagen ein Befestigungssystem (10; 40) zum Befestigen eines Körpers (12; 42) an einem metallischen Bauteil (14; 44), insbesondere zum Befestigen eines Körpers (12; 42) an einem Metallblech wie einem Karosserieblech (14; 44) eines Kraftfahrzeuges, mit einem metallischen Gewindebolzen (16; 46), der im Kurzzeit-Lichtbogenschweißen an dem Bauteil (14; 44) befestigt ist, und einer Befestigungsmutter (18; 48), die auf den Gewindebolzen (16; 46) geschraubt ist und mittels der der Körper (12; 42) an dem Bauteil (14; 44) befestigt ist. DOLLAR A Dabei sind die Festigkeit der Schweißverbindung (22; 52) zwischen dem Bauteil (14; 44) und dem Gewindebolzen (16; 46) und die Festigkeit des Gewindebolzens (16; 46) selbst so aufeinander abgestimmt, daß bei einem Aufbringen eines Drehmomentes (M), das jenes Drehmoment (M¶N¶) übersteigt, das bestimmungsgemäß beim Aufschrauben der Befestigungsmutter (18; 48) auf den Gewindebolzen (16; 46) aufgebracht wird, gewährleistet ist, daß der Gewindebolzen (16; 46) bricht, bevor das Bauteil (14; 44) bricht (Fig. 4).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Befestigungssystem zum Befestigen eines Körpers an einem metallischen Bauteil, insbe­ sondere zum Befestigen eines Körpers an einem Metallblech wie einem Karosserieblech eines Kraftfahrzeuges, mit einem metalli­ schen Gewindebolzen, der mittels Kurzzeit-Lichtbogenschweißen an dem Bauteil befestigt ist, und einer Befestigungsmutter, die auf den Gewindebolzen geschraubt ist und mittels der der Körper an dem Bauteil befestigt ist.

Ein derartiges Befestigungssystem ist aus der US 5,579,986 A bekannt. Das Befestigungssystem wird häufig in der Kraftfahr­ zeugindustrie verwendet. Dort dient es hauptsächlich dazu, Ele­ mente der Innenausstattung an der Fahrzeugkarosserie zu befe­ stigen.

Der Gewindebolzen wird im sogenannten Kurzzeit-Lichtbogen­ schweißen auf ein Karosserieblech aufgeschweißt. Das Kurzzeit- Lichtbogenschweißen ist auch als Bolzenschweißen bekannt. Dabei wird ein Metallbolzen (Gewindebolzen) auf das Karosserieblech aufgesetzt. Anschließend wird ein Pilotstrom eingeschaltet und der Metallbolzen wieder etwas gegenüber dem Karosserieblech ab­ gehoben. Dabei wird ein Lichtbogen gezogen. Anschließend wird ein Schweißstrom zugeschaltet, so daß die einander gegenüber­ liegenden Flächen von Metallbolzen und Karosserieblech ange­ schmolzen werden. Anschließend wird der Metallbolzen wieder auf das Karosserieblech abgesenkt, so daß sich die Schmelzen verei­ nigen. Der Schweißstrom wird abgeschaltet und die Gesamtschmel­ ze erstarrt.

Ein System zum Bolzenschweißen ist beispielsweise bekannt aus der Broschüre "Neue TUCKER Technologie. Bolzenschweißen mit System!", Emhart TUCKER, September 1999.

Auf den somit gegenüber dem Karosserieblech vorstehenden Gewin­ debolzen wird anschließend eine Befestigungsmutter aufge­ schraubt. Diese dient dazu, den Körper an dem Karosserieblech festzulegen. Die Befestigungsmutter ist in der Regel aus Kunst­ stoff hergestellt. Der Gewindebolzen kann ein Grobgewindebolzen oder ein Feingewindebolzen sein. An der Befestigungsmutter ist ein entsprechendes Gewinde vorgesehen. Im Falle eines Grobge­ windes ist es auch möglich, daß an der Befestigungsmutter le­ diglich eine Bohrung vorgesehen ist. Das Grobgewinde schneidet dann ein entsprechendes Gegengewinde in die Bohrung.

Auf herkömmlichem Stahlblech werden Stahl-Gewindebolzen aufge­ schweißt. Auf in jüngerer Zeit auch häufig verwendete Alumini­ umbleche oder sonstige Aluminiumträger werden Aluminiumbolzen aufgeschweißt.

Bei dem Bolzenschweißen handelt es sich um einen hochtechno­ logischen Prozeß. Pro Fahrzeug werden häufig Hunderte derarti­ ger Bolzen verwendet. Die einzelnen Schweißvorgänge erfolgen häufig mit einem Roboter. Die Gesamtschweißzeit pro Schweißvor­ gang kann dabei im Bereich von Millisekunden liegen.

Wie jeder andere Prozeß unterliegt auch der Bolzenschweißprozeß Fehlern. Diese aufzudecken ist Sinn und Zweck einer regelmäßi­ gen Qualitätskontrolle.

Bei der Qualitätskontrolle werden die Gewindebolzen auf Festig­ keit überprüft. Hierzu wird ein Drehmomentschlüssel oder -schrauber verwendet.

Bei den Qualitätskontrollen mittels Drehmomentschlüssel oder -schrauber kommt es gelegentlich zu Brüchen in den Gewindebol­ zen und zu Brüchen des Karosseriebleches im Bereich der Schweißverbindung.

Die Gründe für die Fehler können sowohl in fehlerhaften Schweißverbindungen liegen, jedoch auch in fehlerhaften Befe­ stigungsmuttern. Ferner kann es auch vorkommen, daß der Drehmo­ mentschlüssel oder -schrauber falsch eingestellt wurde.

Die Brüche von Gewindebolzen einerseits und von Karosserieblech andererseits treten undefiniert auf. Es ist schwierig fest­ stellbar, was die Ursache für den Fehler gewesen ist.

Ferner erfordert die Nachbearbeitung eines gebrochenen Karosse­ riebleches einen erheblich größeren Aufwand als die Nachbear­ beitung bei einem gebrochenen Bolzen. Denn bei einem Bruch des Bolzens kann ein neuer Bolzen an dieselbe Stelle geschweißt werden, ohne daß die Festigkeit des Karosseriebleches leidet.

Der aus der eingangs genannten US 5,579,986 A bekannte Gewinde­ bolzen weist zwischen zwei Gewindeabschnitten eine Schwächung auf, die dazu dient, einen oberen Gewindeabschnitt zu entfer­ nen, wohingegen ein unterer Gewindeabschnitt an dem Gewindebol­ zen verbleibt.

Ferner ist es aus der DE 38 02 798 A1 bekannt, einen Bolzen mit einer Sollbruchstelle zu versehen, wobei die Festigkeit der Sollbruchstelle auf die zu verbindenden Bleche abgestimmt ist und eine übermäßige Verformung der Bleche verhindert wird. Die Sollbruchstelle wird immer zum Entfernen des unerwünschten Schaftes des Bolzens benutzt.

Die Druckschrift DE 100 04 720 C1 beschreibt schließlich eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Prüfen der Befestigungsstelle eines ein Außengewinde aufweisenden Bolzens auf Torsionsfestig­ keit. Zum Prüfen der Schweißstelle auf Torsionsfestigkeit wird ein Antriebsteil über den Spannbolzen in ein Schraubgerät ein­ gespannt und in diesem ein definiertes Drehmoment eingestellt. Dann wird ein Schraubteil auf das Außengewinde des zu prüfenden Schweißbolzens aufgeschraubt. Falls dessen Schweißstelle dem definierten Drehmoment nicht standhält, wird sie durchgetrennt.

Vor diesem Hintergrund besteht das der Erfindung zugrundelie­ gende Problem darin, ein verbessertes Befestigungssystem der gattungsgemäßen Art anzugeben, das insbesondere einen geringen Nachbearbeitungsbedarf erfordert.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Befestigungs­ system gemäß einem ersten Aspekt dadurch gelöst, daß die Fe­ stigkeit der Schweißverbindung zwischen dem Bauteil und dem Ge­ windebolzen und die Festigkeit des Gewindebolzens selbst so aufeinander abgestimmt sind, daß bei einem Aufbringen eines Drehmomentes, das jenes Drehmoment übersteigt, das bestimmungs­ gemäß beim Aufschrauben der Befestigungsmutter auf den Gewinde­ bolzen aufgebracht wird, gewährleistet ist, daß der Gewindebol­ zen bricht, bevor das Bauteil bricht.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird die obige Aufgabe bei dem ein­ gangs genannten Befestigungssystem dadurch gelöst, daß die Fe­ stigkeit der Schweißverbindung zwischen dem Bauteil und dem Ge­ windebolzen und die Festigkeit des Gewindes des Gewindebolzens selbst so aufeinander abgestimmt sind, daß bei einem Aufbringen eines Drehmomentes, das jenes Drehmoment übersteigt, das be­ stimmungsgemäß beim Aufschrauben der Befestigungsmutter auf dem Gewindebolzen aufgebracht wird, gewährleistet ist, daß das Ge­ winde des Gewindebolzens beschädigt wird, bevor das Bauteil bricht.

Hierdurch wird gewährleistet, daß immer dann, wenn an einen Ge­ windebolzen mit einer "guten" Schweißverbindung ein zu hohes Drehmoment angelegt wird, in jedem Fall der Bolzen bricht oder das Gewinde beschädigt wird und nicht das Bauteil. Auf diese Weise können Nachbearbeitungs­ kosten aufgrund von fehlerhaft eingestellten Drehmomentschlüs­ seln oder -schraubern verringert werden. Auch dann, wenn eine falsche (zu feste) Befestigungsmutter verwendet wird, ist ge­ währleistet, daß eine Beschädigung des Bauteiles weitgehend ausgeschlossen wird, wenn die Schweißverbindung zwischen dem Gewindebolzen und dem Bauteil "gut" ist.

Unter einem "Bruch" soll im vorliegenden Zusammenhang jede Be­ schädigung eines Elementes (Befestigungsmutter, Gewindebolzen, Bauteil) verstanden werden, bei der ein auf das jeweilige Ele­ ment aufgebrachtes Drehmoment nicht mehr auf ein darauffolgen­ des Element der Befestigungskette übertragen werden kann.

Ein Bruch des Bauteiles soll vorliegend allgemein bedeuten, daß das Bauteil strukturell beschädigt wird, und insbesondere, daß es im Bereich der Schweißverbindung ausreißt.

Die Aufgabe wird auf diese Weise vollkommen gelöst.

Von besonderem Vorteil ist es, wenn der Gewindebolzen an einer Stelle geschwächt ist und wenn die Schwächung so ausgelegt ist, daß der Gewindebolzen an dem Ort der Schwächung bricht, bevor das Bauteil im Bereich der Schweißverbindung zwischen dem Bau­ teil und dem Gewindebolzen bricht.

Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß eine Verstärkung des Bauteiles (Karosserieblech) nicht notwendig ist, um zu gewähr­ leisten, daß bei Aufbringen eines überhöhten Drehmomentes der Gewindebolzen bricht, bevor das Bauteil bricht.

Die Schwächung kann dabei auf eine Vielzahl von Arten erfolgen. Beispielsweise durch die Materialwahl, durch die Konstruktion des Gewindebolzens, etc. Unter einem Bruch soll sowohl der Fall verstanden werden, bei dem das Gewinde des Gewindebolzens un­ brauchbar wird, also kein Drehmoment mehr übertragen kann. Al­ ternativ ist unter einem Bruch zu verstehen, daß der Gewinde­ bolzen insgesamt gegenüber seinem Fuß abbricht, im wesentli­ chen, ohne die Schweißverbindung strukturell zu beschädigen.

Von besonderem Vorzug ist es, wenn der Gewindebolzen eine schwächende Ausnehmung, insbesondere eine Umfangsnut aufweist.

Durch eine derartige schwächende Ausnehmung kann auf konstruk­ tiv einfache Weise gewährleistet werden, daß erfindungsgemäß zunächst der Bolzen bricht, bevor das Bauteil bricht, wenn ein überhöhtes Drehmoment angelegt wird. Die schwächende Ausnehmung kann beispielsweise durch spanendes Abtragen vorgesehen werden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Ge­ windebolzen einen Flanschabschnitt auf, der in der Nachbar­ schaft der Schweißverbindung angeordnet ist und gegen den der Körper mittels der Befestigungsmutter oder gegen den die Be­ festigungsmutter selbst geschraubt ist.

Diese Maßnahme trägt ebenfalls dazu bei, daß bei Aufbringen ei­ nes zu hohen Drehmomentes auf jeden Fall der Gewindebolzen bricht, bevor das Bauteil im Bereich der Schweißverbindung bricht. Denn hierdurch ist gewährleistet, daß die bei Auf­ schrauben der Befestigungsmutter auftretenden Zugkräfte sich an dem Gewindebolzen abstützen und nicht an dem Bauteil.

Folglich ist es möglich, die Schwächung des Gewindebolzens dar­ auf zu konzentrieren, daß die Schwächung hinsichtlich des Drehmomentes bzw. der Torsionskraft erfolgt, die mittels der Befestigungsmutter an den Gewindebolzen angelegt wird.

Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn die geschwächte Stelle in der Nachbarschaft des Flanschabschnittes angeordnet ist.

Auf diese Weise kann die Schwächung relativ leicht im Bereich des Übergangs zwischen Flanschabschnitt und dem eigentlichen Gewindeabschnitt (Schaftabschnitt) erfolgen. Im einfachsten Fall ist die Schwächung bereits dadurch gebildet, daß von dem eigentlichen Gewindeabschnitt zu dem Flanschabschnitt ein rela­ tiv scharfkantiger Übergang bereitgestellt wird.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Gewin­ debolzen ein Grobgewindebolzen, dessen Außengewinde beim Auf­ schrauben der Befestigungsmutter ein Gewinde in deren Bohrung schneidet.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform weist der Gewindebol­ zen ein Feingewinde wie ein metrisches Gewinde auf und die Be­ festigungsmutter weist ein entsprechendes Innengewinde auf.

Ferner ist es bevorzugt, wenn die Festigkeit des Gewindebolzens und die Festigkeit der Befestigungsmutter so aufeinander abge­ stimmt ist, daß bei einem Aufbringen eines Drehmomentes auf die Befestigungsmutter, das jenes Drehmoment übersteigt, das be­ stimmungsgemäß beim Aufschrauben der Befestigungsmutter auf den Gewindebolzen aufgebracht wird, gewährleistet ist, daß die Be­ festigungsmutter strukturell beschädigt wird, bevor der Gewin­ debolzen strukturell beschädigt wird.

Die Befestigungsmutter ist in der Regel aus Kunststoff und ein vergleichsweise kostengünstig herzustellendes Element. Insofern ist es von besonderem Vorteil, wenn beim Aufbringen eines zu hohen Drehmomentes auf jeden Fall die Mutter bricht, bevor der Gewindebolzen bricht oder in seiner Funktion sonstwie beein­ trächtigt wird.

Insgesamt ergibt sich so eine geschlossene Prozeßkette, bei der das Sollbruchmoment der Befestigungsmutter kleiner ist als das Sollbruchmoment des Gewindebolzens, das wiederum kleiner ist als das Sollbruchmoment des Bauteiles bzw. der Schweißverbin­ dung zwischen dem Bauteil und dem Gewindebolzen.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nach­ stehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer ersten Aus­ führungsform eines erfindungsgemäßen Befestigungs­ systems;

Fig. 2 eine Detailansicht einer abgewandelten Ausführungs­ form eines Befestigungssystems im Schnitt;

Fig. 3 eine Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungs­ form des erfindungsgemäßen Befestigungssystems; und

Fig. 4 ein Diagramm mit einer qualitativen Darstellung ver­ schiedener relevanter Drehmomente des Befestigungs­ systems der vorliegenden Erfindung.

In Fig. 1 ist eine erste Ausführungsform eines Befestigungs­ systems der vorliegenden Erfindung generell mit 10 bezeichnet.

Das Befestigungssystem 10 dient dazu, einen Körper 12, im dar­ gestellten Fall ein mit einer Öffnung 13 durchsetztes Kunst­ stoffteil, an einem Bauteil 14, im vorliegenden Fall ein Karos­ serieblech 14 zu befestigen.

Das Befestigungssystem 10 beinhaltet einen Gewindebolzen 16, der im Bolzenschweißverfahren auf das Karosserieblech 16 aufge­ schweißt ist. Ferner beinhaltet das Befestigungssystem 10 eine Befestigungsmutter 18 aus Kunststoff, die auf den Gewindebolzen 16 aufschraubbar ist.

Der Gewindebolzen 16 beinhaltet einen Flanschabschnitt 20. Un­ ter einem Flanschabschnitt soll im vorliegenden Fall ein Ab­ schnitt mit größerem Durchmesser verstanden werden, der wenig­ stens doppelt so groß ist wie der Schaftabschnitt des Gewinde­ bolzens.

Der Gewindebolzen 16 ist im Bolzenschweißverfahren mit der Un­ terseite seines Flanschabschnittes 20 auf eine Oberseite des Karosseriebleches 14 geschweißt. Die Schweißverbindung 22 ist in Fig. 1 schematisch dargestellt.

An der gegenüberliegenden Seite des Flanschabschnittes 20 ist ein Schaftabschnitt 24 vorgesehen, an dem ein Grobgewinde 26 ausgebildet ist.

Im Bereich des Übergangs zwischen dem Grobgewinde 26 und dem Flanschabschnitt 20 weist der Gewindebolzen 16 ferner einen ge­ schwächten Abschnitt 28 auf, der im vorliegenden Fall durch ein Umfangsnut 30 gebildet ist. Die Umfangsnut 30 stellt eine Soll­ bruchstelle des Gewindebolzens dar, wie nachstehend noch im De­ tail erläutert werden wird.

Die Befestigungsmutter 18 weist eine Bohrung 32 auf und der Durchmesser der Bohrung 32 ist an den Durchmesser des Schaft­ abschnittes 24 angepaßt.

Das Grobgewinde 26 ist als selbstschneidendes Gewinde ausgebil­ det und folglich wird ein Innengewinde in die Bohrung 32 ge­ schnitten, wenn die Befestigungsmutter 18 auf den Gewindebolzen 16 aufgeschraubt wird.

Wie es in Fig. 1 zu erkennen ist, wird der Körper 12 mit seiner Öffnung 13 auf den Gewindebolzen 16 aufgesetzt. Anschließend wird die Befestigungsmutter 18 aufgeschraubt, so daß der Körper 12 zwischen der Oberseite des Flanschabschnittes 20 und der Un­ terseite der Befestigungsmutter 18 eingespannt wird.

In Fig. 1 ist schematisch angedeutet, wie ein an die Befesti­ gungsmutter 18 angelegtes Drehmoment M im Bereich des Gewindes 26 umgesetzt wird in eine Axialkraft A, die eine Zugkraft auf den Gewindebolzen 16 bewirkt, und in eine Tangentialkraft T, die wiederum ein entsprechendes Moment auf den Gewindebolzen 16 bewirkt.

In Fig. 3 ist eine Modifikation 10' des Befestigungssystems 10 gezeigt.

Bei dem Befestigungssystem 10' ist der Gewindebolzen 16' mit einem Flanschabschnitt 20' ausgebildet, der zwischen einem Schaftabschnitt 24' und einem Schweißabschnitt 34 liegt.

Beim Aufschweißen des Gewindebolzens 16' auf ein Karosse­ rieblech 14 erfolgt eine Schweißverbindung 22' zwischen dem Schweißabschnitt 34 und dem Karosserieblech 14. Folglich ver­ bleibt zwischen der Oberseite des Karosseriebleches 14 und der Unterseite des Flanschabschnittes 20' ein Abstand 36.

Der Durchmesser des Schweißabschnittes 34 ist größer gewählt als der Durchmesser des Schaftabschnittes 24'. Folglich läßt sich insgesamt eine Schweißverbindung 22' mit einer Festigkeit erzielen, die größer ist als jene Festigkeit, die erzielbar ist, wenn der Durchmesser des Schweißabschnittes 34 gleich dem - vorgegebenenen - Durchmesser des Schaftabschnittes 24' wäre.

Durch den Abstand 36 wird eine Hinterlüftung erzielt, so daß Korrosionsprobleme vermieden sind.

Im übrigen unterscheidet sich das Befestigungssystem 10' nicht von dem Befestigungssystem 10, so daß auf dessen Beschreibung verwiesen wird.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Befestigungssy­ stems 40.

Das Befestigungssystem 40 dient dazu, einen Körper 42 in Form eines Metallrohres an einem Bauteil 44 wie einem Karosse­ rieblech zu befestigen.

Das Befestigungssystem 40 weist einen Gewindebolzen 46 auf, der mittels eines Bolzenschweißvorganges auf das Karosserieblech 44 geschweißt ist. Ferner beinhaltet das Befestigungssystem 40 eine Befestigungsmutter 48 in Form eines Kunststoff-Clips.

Der Gewindebolzen 46 weist einen Flanschabschnitt 50 auf, der dem Flanschabschnitt 20' des Befestigungssystems 10' der Fig. 2 entspricht.

Eine Schweißverbindung zwischen dem Gewindebolzen 46 und dem Karosserieblech 14 ist bei 52 gezeigt.

Ein Schaftabschnitt 54 des Gewindebolzens 46 ist mit einem metrischen Gewinde 56 versehen.

Der Gewindebolzen 46 ist im Bereich des Übergangs zwischen dem Schaftabschnitt 54 und dem Flanschabschnitt 50 geschwächt, wie es schematisch bei 58 gezeigt ist. Die Schwächung erfolgt bei dem Befestigungssystem 40 allein dadurch, daß der Durchmesser des Schaftabschnittes 54 deutlich kleiner ist als die Durchmes­ ser des Flanschabschnittes 50 und eines nicht näher bezeichne­ ten, darunter liegenden Schweißabschnittes. Ferner ist der Übergang zwischen dem Schaftabschnitt 54 und dem Flansch­ abschnitt 50 als scharfkantige Ecke ausgebildet.

Die Befestigungsmutter 48 weist eine Bohrung 60 auf, die mit einem metrischen Innengewinde 62 versehen ist. Folglich läßt sich die Befestigungsmutter 48 (der Kunststoff-Clip) auf den Gewindebolzen 46 aufschrauben.

Im vorliegenden Fall wird der Kunststoff-Clip auf den Gewinde­ bolzen 46 aufgeschraubt, bis eine Unterseite des Kunststoff- Clips 48 an einer Oberseite des Flanschabschnittes 50 an­ schlägt.

Der Körper 42 in Form des Metallrohres ist ausschließlich an dem Kunststoff-Clip 48 festgelegt. In der dargestellten Ausfüh­ rungsform ist eine Ausnehmung 64 zur Aufnahme des Metallrohres 42 vorgesehen. Ferner weist der Kunststoff-Clip 48 einen gelen­ kig gelagerten Rastbügel 66 auf, der dazu ausgelegt ist, die Ausnehmung 64 zu verschließen und so das Metallrohr 42 form­ schlüssig in dem Kunststoff-Clip 48 aufzunehmen.

Es versteht sich, daß bei allen drei Ausführungsformen der Fig. 1 bis 3 der Gewindebolzen 16, 46 und das Karosserieblech 14, 44 jeweils aus Stahl bzw. einer Stahllegierung oder aus Aluminium- bzw. einer Aluminiumlegierung bestehen können.

Auch versteht sich, daß die Befestigungsmuttern 18, 48 aus ei­ nem anderen Material als Kunststoff hergestellt sein können, vorausgesetzt, daß die nachstehend mit Bezugnahme auf Fig. 4 erläuterten Festigkeitsanforderungen erfüllt werden.

Bei dem Körper 12 kann es sich auch um ein Metallelement han­ deln. Entsprechend kann es sich bei dem Körper 42 auch um ein Kunststoffelement handeln.

Bei sämtlichen drei Ausführungsformen sind die Festigkeiten der Einzelelemente aufeinander abgestimmt, wie es in Fig. 4 schema­ tisch dargestellt ist.

In Fig. 4 ist auf der Abszisse ein Drehmoment M aufgetragen, das in der Darstellung der Fig. 1 an die Befestigungsmutter 18 aufgebracht wird, um den Körper 12 an dem Karosserieblech zu befestigen.

Um eine ordnungsgemäße Befestigung des Körpers 12 zu erzielen, erfolgt das Aufschrauben der Befestigungsmutter 18 mit einem gewissen Nenndrehmoment M_N, das in Fig. 4 qualitativ als größer Null dargestellt ist.

Dem Nenndrehmoment M_N ist ein Toleranzbereich T_N zugeordnet, innerhalb dessen das von einem Drehmomentschlüssel oder -schrauber typischerweise aufgebrachte Nenndrehmoment M_N vari­ iert.

Beim Aufbringen des Nenndrehmomentes M_N wird, fehlerfreie Teile und eine fehlerfreie Schweißverbindung 22 vorausgesetzt, eine ordnungsgemäße Befestigung des Körpers 14 erreicht.

In Fig. 4 ist ferner ein Sollbruchmoment der Befestigungsmutter 18 bei M_M gezeigt.

Das Sollbruchmoment M_M ist qualitativ höher als das Nenndreh­ moment M_N. Dem Sollbruchmoment M_M ist ein Toleranzbereich T_M zu­ geordnet, innerhalb dessen die Befestigungsmutter 18 bricht bzw. deren Gewinde zerstört wird.

Dabei ist zu beachten, daß die Toleranzbereiche T_N und T_M sich nicht überschneiden, aber vorzugsweise aneinander angrenzen.

Fig. 4 zeigt ferner ein Sollbruchmoment M_G des Gewindebolzens 16. Das Sollbruchmoment M_G ist qualitativ höher als das Soll­ bruchmoment M_M der Befestigungsmutter 18. Dem Sollbruchmoment M_G ist ein Toleranzbereich zugeordnet, der sich mit dem Tole­ ranzbereich T_M der Befestigungsmutter 18 nicht überschneidet, jedoch unmittelbar daran angrenzt.

Schließlich ist in Fig. 4 ein Sollbruchmoment der Schweißver­ bindung 22 gezeigt, bei M_S.

Das Sollbruchmoment M_S ist deutlich größer als das Sollbruch­ moment M_G des Gewindebolzens 16. Dem Sollbruchmoment M_S der Schweißverbindung 22 ist ebenfalls ein Toleranzbereich T_S zuge­ ordnet.

Der Toleranzbereich T_S des Sollbruchmomentes M_S der Schweißver­ bindung 22 überschneidet sich nicht mit dem Toleranzbereich T_G, sondern liegt vielmehr erheblich von diesem beabstandet. Folg­ lich ist gewährleistet, daß das maximal von einem Gewindebolzen noch aufnehmbare Sollbruchmoment M_G (die obere Grenze des Tole­ ranzbereiches T_G) deutlich kleiner ist als das minimale Soll­ bruchmoment M_S, bei dem die Schweißverbindung 22 brechen könnte.

Aus Gründen einer einfachen Darstellung ist in Bezug auf Fig. 4 lediglich von einem Bruch der Schweißverbindung 22 gesprochen worden. Es versteht sich jedoch, daß damit ein Bruch der Schweißverbindung und/oder des Karosseriebleches gemeint sein soll.

Durch diese "geschlossene Prozeß- bzw. Befestigungskette" von Nenndrehmoment und Sollbruchmomenten ist bei jedem Betriebszu­ stand gewährleistet, daß immer das Element bricht, dessen Er­ satz die wenigsten Kosten verursacht.

Sofern beim Aufschrauben der Befestigungsmutter 18 auf den Kör­ per 12 versehentlich ein zu hohes Drehmoment M angelegt wird (größer als die obere Grenze des Toleranzbereiches T_N), bricht in jedem Fall die Mutter bzw. deren Gewinde reißt aus, da das Sollbruchmoment M_M der Mutter deutlich kleiner ist als das Sollbruchmoment M_G des Gewindebolzens 16, und aufgrund der Tat­ sache, daß sich die Toleranzbereiche T_M und T_G nicht über­ schneiden.

Sofern in der Darstellung der Fig. 1 versehentlich eine falsche Befestigungsmutter 18 gewählt worden ist (eine Befestigungsmut­ ter mit einer zu hohen Festigkeit), ist durch den deutlichen Abstand der Toleranzbereiche T_G und T_M in jedem Fall gewährlei­ stet, daß zunächst der Gewindebolzen 16 bricht (gewöhnlich an seiner Sollbruchstelle 30 oder durch Zerstörung seines Gewin­ des), und folglich keine Beschädigung der Schweißverbindung 22 oder des Karosseriebleches 14 auftritt.

Folglich ist für sämtliche Fehlerquellen, die bei dem Befesti­ gungssystem 10 auftreten können, gewährleistet, daß die Schweißverbindung 22 bzw. das Karosserieblech 14 nicht unnötig beschädigt werden.

Bei einer Qualitätskontrolle der Gewindebolzen vor dem Auf­ schrauben der Befestigungsmutter 18 wird an die Gewindebolzen gewöhnlich ein Prüfmoment angelegt, das gleich dem Sollbruchmo­ ment M_M der bestimmungsgemäßen Befestigungsmutter 18 ist. Hier­ zu wird gewöhnlich eine glasfaserverstärkte Prüfmutter verwen­ det. Sofern bei dieser Prüfung versehentlich ein zu hohes Drehmoment angelegt wird, ist durch den Abstand der Toleranzbe­ reiche T_G und T_S gewährleistet, daß in jedem Fall der Gewinde­ bolzen 16 bricht und die Schweißverbindung 22 bzw. das Karosse­ rieblech 14 nicht beschädigt werden.

Die obige Beschreibung der verschiedenen Momente und der ge­ schlossenen Prozeßkette ist in gleichem Maße auf die Ausfüh­ rungsformen der Fig. 2 und 3 anwendbar.

Im Falle der Ausführungsform der Fig. 3 stellt der Kunststoff- Clip 48 die Befestigungsmutter dar.

Es versteht sich, daß die Gewindepaarung zwischen dem Gewinde­ bolzen 16, 46 und der Befestigungsmutter 18, 48 so gewählt sein sollte, daß bei einer Zerstörung des Gewindes der Befestigungs­ mutter 18, 48 ein Losdrehen dennoch möglich sein sollte, damit vermieden wird, daß beim Abdrehen unnötig hohe Drehmomente auf den Gewindebolzen 16, 46 aufgebracht werden.

Aufgrund der geschlossenen Prozeßkette ist die Befestigungsmut­ ter 18, 48 (die gewöhnlich aus Kunststoff ist) das "schwächste Glied". Nächstschwächstes Glied ist der Befestigungsbolzen 16. Die größte Festigkeit weist die Schweißverbindung 22 bzw. 52 auf.

Claims (9)

1. Befestigungssystem (10; 40) zum Befestigen eines Körpers (12; 42) an einem metallischen Bauteil (14; 44), insbeson­ dere zum Befestigen eines Körpers (12; 42) an einem Me­ tallblech wie einem Karosserieblech (14; 44) eines Kraft­ fahrzeuges, mit einem metallischen Gewindebolzen (16; 46), der mittels Kurzzeit-Lichtbogenschweißen an dem Bauteil (14; 44) befestigt ist, und einer Befestigungsmutter (18; 48), die auf den Gewindebolzen (16; 46) geschraubt ist und mittels der der Körper (12; 42) an dem Bauteil (14; 44) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Festigkeit der Schweißverbindung (22; 52) zwischen dem Bauteil (14; 44) und dem Gewindebolzen (16; 46) und die Festigkeit des Gewindebolzens (16; 46) selbst so aufeinan­ der abgestimmt sind, daß bei einem Aufbringen eines Drehmomentes (M), das jenes Drehmoment (M_N) übersteigt, das bestimmungsgemäß beim Aufschrauben der Befestigungs­ mutter (18; 48) auf den Gewindebolzen (16; 46) aufgebracht wird, gewährleistet ist, daß der Gewindebolzen (16; 46) bricht, bevor das Bauteil (14; 44) bricht.

2. Befestigungssystem (10; 40) zum Befestigen eines Körpers (12; 42) an einem metallischen Bauteil (14; 44), insbeson­ dere zum Befestigen eines Körpers (12; 42) an einem Me­ tallblech wie einem Karosserieblech (14; 44) eines Kraft­ fahrzeuges, mit einem metallischen Gewindebolzen (16; 46), der mittels Kurzzeit-Lichtbogenschweißen an dem Bauteil (14; 44) befestigt ist, und einer Befestigungsmutter (18; 48), die auf den Gewindebolzen (16; 46) geschraubt ist und mittels der der Körper (12; 42) an dem Bauteil (14; 44) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Festigkeit der Schweißverbindung (22; 52) zwischen dem Bauteil (14; 44) und dem Gewindebolzen (16; 46) und die Festigkeit des Gewindes des Gewindebolzens (16; 46) selbst so aufeinander abgestimmt sind, daß bei einem Aufbringen eines Drehmomentes (M), das jenes Drehmoment (M_N) über­ steigt, das bestimmungsgemäß beim Aufschrauben der Befe­ stigungsmutter (18; 48) auf den Gewindebolzen (16; 46) aufgebracht wird, gewährleistet ist, daß das Gewinde des Gewindebolzens (16; 46) beschädigt wird, bevor das Bauteil (14; 44) bricht.

3. Befestigungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Gewindebolzen (16; 46) an einer Stelle (28; 58) geschwächt ist und daß die Schwächung (28; 58) so aus­ gelegt ist, daß der Gewindebolzen (16; 46) an dem Ort der Schwächung (28; 58) bricht, bevor das Bauteil (14; 44) im Bereich der Schweißverbindung (22; 52) zwischen dem Bau­ teil (14; 44) und dem Gewindebolzen (16; 46) bricht.

4. Befestigungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß der Gewindebolzen (16) eine schwächende Ausneh­ mung, insbesondere eine Umfangsnut (30) aufweist.

5. Befestigungssystem nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewindebolzen (14; 46) einen Flanschabschnitt (20; 50) aufweist, der in der Nachbar­ schaft der Schweißverbindung (22; 52) angeordnet ist und gegen den der Körper (12) mittels der Befestigungsmutter (18) oder gegen den die Befestigungsmutter (48) selbst ge­ schraubt ist.

6. Befestigungssystem nach einem der Ansprüche 3-4 und nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die geschwächte Stelle (28; 58) in der Nachbarschaft des Flanschabschnit­ tes (20; 50) angeordnet ist.

7. Befestigungssystem nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewindebolzen (16) ein Grob­ gewindebolzen (16) ist, dessen Außengewinde (26) beim Auf­ schrauben der Befestigungsmutter (18) ein Gewinde in deren Bohrung (32) schneidet.

8. Befestigungssystem nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewindebolzen (46) ein Feingewinde wie ein metrisches Gewinde (56) aufweist und daß die Be­ festigungsmutter (48) ein entsprechendes Innengewinde (62) aufweist.

9. Befestigungssystem nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Festigkeit des Gewindebolzens (16; 46) und die Festigkeit der Befestigungsmutter (18; 48) so aufeinander abgestimmt sind, daß bei einem Aufbringen eines Drehmomentes (M) auf die Befestigungsmutter (18; 48), das jenes Drehmoment (M_N) übersteigt, das bestim­ mungsgemäß beim Aufschrauben der Befestigungsmutter (18; 48) auf den Gewindebolzen (16; 46) aufgebracht wird, ge­ währleistet ist, daß die Befestigungsmutter (18; 48) strukturell beschädigt wird, bevor der Gewindebolzen (16; 46) strukturell beschädigt wird.