DE102004027167A1

DE102004027167A1 - Mehrpunktanbindung für ein Bauteil an einem Trägerkörper sowie Befestigungselement für eine Mehrpunktanbindung

Info

Publication number: DE102004027167A1
Application number: DE200410027167
Authority: DE
Inventors: Karol Dipl.-Ing. Lednicky; Thorsten Dipl.-Ing. Meyer; Björn Dipl.-Ing. Spangemacher (FH)
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2004-06-03
Filing date: 2004-06-03
Publication date: 2005-12-29

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anbindung für ein Bauteil (12) an einem Trägerkörper, insbesondere für eine Konsole zur Halterung einer längs- und höhenverstellbaren Lenksäule eines Fahrzeugs, bei der das Bauteil (12) in wenigstens drei Anbindungspunkten (25) gegenüber dem Trägerkörper festgelegt ist. Eine verspannungsfreie Anbindung mit verbessertem Schwingungsverhalten ist möglich, wenn zumindest ein vierter Anbindungspunkt (26) vorgesehen ist, in dem das Bauteil (12) über ein Befestigungselement (30) mittelbar an dem Trägerkörper fixierbar ist. Weiterhin wird ein Befestigungselement für die Anbindung eines Bauteils (12) an einem Trägerkörper vorgeschlagen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Mehrpunktanbindung für ein Bauteil an einem Trägerkörper, insbesondere für eine Konsole zur Halterung einer Lenksäule eines Fahrzeuges, sowie ein Befestigungselement für eine Mehrpunktanbindung nach den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.
Es ist bekannt, zur Erhöhung des Fahrkomforts und der Fahrsicherheit in Kraftfahrzeugen eine längs- und höhenverstellbare Lenksäule vorzusehen, mit dem ein Fahrer seine Lenkposition individuell einstellen kann.

Aus der DE 101 42 766 A1 ist eine Lagerung für eine längs- und höhenverstellbare Lenksäule eines Fahrzeugs bekannt, bei dem auf der jeweiligen Seite eines Mantelrohres ein erster Schlittenteil in einer Karosseriestruktur des Fahrzeugs und ein verstellbarer Abschnitt des Mantelrohres in einem zweiten Schlittenteil gelagert ist. Der erste Schlittenteil ist mittels einer Lagerplatte an der Karosseriestruktur an einer einem Lenkrad zugewandten Seite mit zwei Schrauben befestigt. Eine dritte Befestigung an der Karosseriestruktur erfolgt an der dem Lenkrad abgewandten Seite über einen Lagerbolzen. Zwar lassen sich solche Dreipunkt-Anbindungen des Mantelrohres an die Karosserie im Wesentlichen ohne Verspannungen anbringen, allerdings können bei durch Vibrationen stark bean spruchten Verbindungen schwingungstechnische Probleme auftreten. Zusätzliche Verbindungspunkte mindern zwar die schwingungstechnischen Probleme, erhöhen jedoch die Gefahr von Verspannungen. Bei einem höhen- und längsverstellbaren Lenkrad tritt dann das Problem auf, dass dieses im ungünstigen Fall nicht klemmfrei bewegt werden kann und der Verstellungmechanismus der Lenksäule nicht funktioniert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Mehrpunktanbindung für ein Bauteil, insbesondere für eine Konsole zur Halterung einer Lenksäule für ein längs- und höhenverstellbares Lenkrad eines Fahrzeugs, an einen Trägerkörper anzugeben, die eine möglichst verspannungsarme Anbindung des Bauteils an einen Trägerkörper ermöglicht. Weiterhin soll ein Befestigungselement für eine Anbindung eines Bauteils an einen Trägerkörper angegeben werden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind der Beschreibung sowie den weiteren Ansprüchen zu entnehmen.

Es wird eine Mehrpunktanbindung für ein Bauteil an einem Trägerkörper vorgeschlagen, bei der das Bauteil mit einer Dreipunktanbindung bezüglich des Trägerkörpers festgelegt ist und zumindest ein vierter Anbindungspunkt vorgesehen ist, in dem das Bauteil mittelbar über ein Befestigungselement an dem Trägerkörper fixierbar ist. Das Befestigungselement dient als Toleranzausgleichselement zumindest in dem vierten der Anbindungspunkte. Die erfindungsgemäße Mehrpunkt-Anbindung des Bauteils an den Trägerkörper mit z.B. Schrauben hat neben einem vorteilhaften Schwingungsverhalten den Vorteil, dass die Anbindungspunkte über das selbstausgleichende Befestigungselement nicht in einer Ebene liegen müssen und, im Falle einer mittels einer Konsole an einem Karosserieteil angebundenen höhen- und längenverstellbaren Lenksäule, der verstellba re Abschnitt der Lenksäule klemmfrei bewegt werden kann. Die verspannungsfreie oder zumindest verspannungsarme Montage einer Dreipunkt-Anbindung kann ausgenutzt werden, während zum Vermeiden schwingungstechnischer Probleme ein vierter Anbindungspunkt verfügbar ist, bei dem durch einen zuverlässigen und einfachen Toleranzausgleich Verspannungen vermieden werden können. Drei Anbindungspunkte sind für eine Fixierung des Bauteils im Raum bzw. gegenüber dem Trägerkörper ausreichend, insbesondere werden diese Anbindungspunkte mittels Gewindebohrungen durch Verschraubung festgelegt. Als Anbindungspunkt der Dreipunktverbindung kann hier der Kontaktpunkt zwischen dem Bauteil und dem Trägerkörper an der jeweiligen Verschraubungsstelle angesehen werden. Weitere Anbindungspunkte sind bevorzugt nicht in einer Schraubrichtung verspannt, sondern in einer jeweiligen Befestigungsbohrung im Trägerkörper ist das Befestigungselement mit dem Trägerkörper verkeilbar, indem beispielsweise die Befestigungsbohrung mit Material des Befestigungselements ausgefüllt wird.

Bei einer Vierpunktanbindung ist das Bauteil im vierten Anbindungspunkt nicht unmittelbar mit dem Trägerkörper verbunden, beispielsweise verschraubt, sondern mit dem Befestigungselement, welches mit dem Bauteil verbunden ist, beispielsweise in eine Bohrung eingepresst ist, und mit dem Trägerkörper beim Einschrauben verkeilt wird.

Vorzugsweise ist der vierte Anbindungspunkt in seinem Abstand gegenüber einer durch die drei Anbindungspunkte aufgespannten Ebene im Wesentlichen unabhängig von der Ebene am Trägerkörper fixierbar. Ist beispielsweise nach dem Herstellen der Dreipunktverbindung im vierten Anbindungspunkt eine Lücke zwischen dem Bauteil und dem Trägerkörper vorhanden, bleibt diese beim Befestigen des Bauteils im vierten Anbindungspunkt am Trägerkörper erhalten. Trotzdem ist die Verbindung stabil und schwingungsresistent. Vorzugsweise ist das Befestigungselement so ausgebildet, dass beim Befestigen des Bauteils am Befestigungselement das Befestigungselement mit dem Trägerkörper verkeilbar ist. Vorzugsweise ist das Befestigungselement als Spreizdübel ausgebildet.

Weist das Befestigungselement einen aufweitbaren Spreizkörper auf, ist ein Verkeilen des Befestigungselements mit einer entsprechenden Aufnahme im Trägerkörper auf einfache Weise erreichbar, indem der Außenumfang des Spreizkörpers beim Montieren vergrößert wird. Zweckmäßigerweise ist das Aufweiten des Spreizkörpers reversibel, um eine einfache Demontage des Bauteils zu ermöglichen.

Ist ein erster Teil des Spreizkörper in eine Bohrung des Bauteils eingepresst, und ragt ein zweiter Teil des Spreizkörpers aus der Bohrung des Bauteils in Richtung einer Befestigungsbohrung des Trägerkörpers hinaus, kann eine kraftschlüssige Verbindung zwischen Bauteil und Trägerkörper erreicht werden, die mittelbar durch das Befestigungselement herstellbar ist.

Weist das Befestigungselement einen Aufweitkörper auf, der bei einer Bewegung in einer Aufweitbewegungsrichtung den Spreizkörper aufweitet, ist eine einfach zu fertigende Vorrichtung und eine zuverlässig ausführbare Anbindung möglich. Der Aufweitkörper kann zusätzlich als Verdrehsicherung des Aufweitkörpers gegenüber dem Spreizkörper dienen. Damit kann beispielsweise eine Schraubverbindung zuverlässig und einfach hergestellt werden.

Werden mehr Anbindungspunkte benötigt, beispielsweise bei komplex geformten Bauteilen, können mindestens zwei Befestigungselemente als Toleranzausgleichselemente vorgesehen sein.

Ferner können mindestens fünf Anbindungspunkte vorgesehen sein, so dass das Bauteil mit mehr als vier Anbindungspunkten am Trägerkörper verspannungsfrei befestigt werden kann. Es ist auch denkbar, dass die Dreipunktverbindung mit einem oder mehreren Befestigungselementen ausgestattet ist.

Bei einem erfindungsgemäßen Befestigungselement zur Anbindung eines Bauteils an einen Trägerkörper ist zur Befestigung des Bauteils ein aufweitbarer Spreizkörper vorgesehen. Vorzugsweise ist der Spreizkörper vor dem Festlegen des Bauteils an dem Trägerkörper in eine Bohrung des Bauteils eingepresst und ragt mit einem überstehenden Ende in eine Befestigungsbohrung des Trägerkörpers.

Der Spreizkörper ist in einer ersten bevorzugten Ausbildung als Hülse mit wenigstens einer Nut ausgebildet, die zum Verkeilen des Spreizkörpers in dem Trägerkörper aufgeweitet werden kann. Alternativ sind auch andere Arten von Spreizkörpern denkbar, etwa nach außen abwinkelbare Arme des Spreizkörpers oder dergleichen. Der Fachmann wird unter vergleichbar wirkenden Spreizkörpern einen für das jeweilige Befestigungsproblem sinnvollen Typ auswählen.

Vorzugsweise ist ein Aufweitkörper vorgesehen, der bei einer Bewegung in einer Aufweitbewegungsrichtung den Spreizkörper aufweitet. Dies erleichtert eine Montage des Spreizkörpers in dem Trägerkörper. Der Spreizkörper kann mit dem Bauteil verbunden sein, insbesondere in eine Bohrung des vierten oder weiteren Anbindungspunkts eingepresst sein und erst bei der Montage des Bauteils in einer Befestigungsbohrung des Trägerkörpers aufgeweitet werden.

In einer günstigen Weiterbildung ist der Aufweitkörper als Mutter ausgebildet, die beim Anziehen einer Befestigungs schraube in den Spreizkörper hineinziehbar ist. Weist der Aufweitkörper eine Nase auf, die in die Nut der Hülle des Spreizkörpers eingreift, kann durch einfaches Einschrauben der Befestigungsschraube in die Mutter diese Nut vergrößert und der Spreizkörper in der Befestigungsbohrung verkeilt werden. Die Nase kann ein ungewolltes Verdrehen der Mutter gegenüber der Hülse vermeiden helfen.

Zusätzlich oder optional kann der Aufweitkörper konisch ausgebildet sein, wobei sich sein Umfang zum Spreizkörper hin verjüngt. Insbesondere kann die Mutter eine Außenkontur aufweisen, die als Verdrehsicherung wirkt, so dass sich die Mutter nicht gegen die Hülse verdreht, beispielsweise kann die Mutter einen kantigen Außenumfang aufweisen, der formschlüssig in eine kantige Innenbohrung der Hülse eingreift. Dann kann eine Nase an der Mutter als Verdrehsicherung entfallen.

Ein Lösen des Bauteils in einem derartigen Anbindungspunkt kann einfach durch Herausdrehen der Befestigungsschraube und gegebenenfalls Gegenschlagen gegen das Bauteil und/oder den Trägerkörper erfolgen.

Eine bevorzugte Verwendung eines Befestigungselements ist die zur Befestigung einer Lenksäule in einem Fahrzeug.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen beschriebenen Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination, die der Fachmann zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen wird.
Dabei zeigen:
1 eine Konsole mit einer Lenksäule mit einem Mantelrohr für ein längs- und höhenverstellbaren Lenkrad,
2 eine Konsole mit einem Befestigungselement an einer einem Lenkrad abgewandten Seite
3 ein bevorzugtes Befestigungselement im Detail.
Im folgenden ist die Erfindung anhand einer Anbindung eines als Konsole ausgebildeten Bauteils 12 an einem Trägerkörper, insbesondere an einer Karosseriestruktur beschrieben.
Die Lagerung einer Lenksäule 10 mit einem Mantelrohr 11 für ein längs- und höhenverstellbares Lenkrad erfolgt gemäß 1 mittels stationärer Lagerung der Lenksäule 10 mit einer Konsole 12, die an eine nicht dargestellte Karosseriestruktur, vorzugsweise an einem Cockpit-Querträger der Karosserie, anschraubbar ist, sowie eines schematisch dargestellten Schlittens 13, der beidseitig des Mantelrohrs 11 angeordnet ist. Dabei ist ein erster Teil 14 des Schlittens 13 an der Konsole 12 befestigt und ein verstellbarer Abschnitt des Mantelrohrs 11 in einem zweiten Schlittenteil 15 gelagert. Mittels dieses Schlittens 13 kann das Mantelrohr 11 derart verstellt werden, dass eine im Mantelrohr 11 drehbar gelagerte teleskopisierbare Lenkspindel 16 in der Höhe und längs verstellt werden kann.
Die Konsole 12 besitzt an ihren einem Lenkrad zugewandten und abgewandten Seiten beidseitig einer Längsachse 17 des Mantelrohrs 11 je eine Bohrung 18 für die Anbindung an einen nicht dargestellten Cockpit-Querträger.
2 stellt die Konsole 12 dar, bei der ein als Toleranzausgleichselement ausgebildetes Befestigungselement 30 an ei ner einem Lenkrad abgewandten Seite in eine Bohrung 18a eingebracht, insbesondere eingepresst, ist.
Das Befestigungselement 30 ist vorzugsweise in der Art eines als Hülse ausgebildeten Spreizkörpers 31 ausgeführt mit einer Innenbohrung, in die von einer ersten, dem Cockpit-Querträger zugewandten Seite ein als Mutter ausgebildeter Aufweitkörper 32 eingesetzt ist. Der Umfang der Mutter 32 ist geringer als der Umfang der Hülse 31, so dass diese die Hülse 31 nicht überragt. Die Mutter 32 weist am Umfang eine Nase 35 auf. Ohne eingeschraubtes, als Schraube ausgebildetes Befestigungsmittel 20a ist der Außendurchmesser des Befestigungselement 30, der in eine Verbindungsbohrung (nicht dargestellt) des Cockpit-Querträgers (nicht dargestellt) ragt, geringer als mit eingeschraubter Schraube 20a. Die drei Schrauben 20 an den anderen Bohrungen 18 der Konsole 12 können wie bei einer üblichen Dreipunktanbindung in deren jeweiligen Befestigungsbohrungen des Cockpit-Querträgers (nicht dargestellt) festgezogen werden und ergeben eine verspannungsarme Anbindung in ihren drei Anbindungspunkten 25. Das Befestigungselement 30 ragt zunächst lose in seine Befestigungsbohrung im Cockpit-Querträger.
Wird von der der ersten Seite gegenüberliegenden Seite die Schraube 20a in die Mutter 32 eingeschraubt, zieht die Schraube 20a die Mutter 32 in Richtung 36 nach unten. Die Nase 35 verhindert zum einen ein Verdrehen der Mutter 32 gegenüber der Hülse 31 und kommt in Eingriff mit einer Nut 33 der Hülse 31, drückt deren Nutkanten auseinander und weitet so die Hülse 31 auf. Diese füllt dann zunehmend die Befestigungsbohrung im Cockpit-Querträger aus. Beim Einschrauben der Schraube 20a in eine Bohrung 34 der Mutter 32 verkeilt sich das Befestigungselement 30 senkrecht zur Schraubrichtung 27 in der nicht dargestellten Befestigungsbohrung des Cockpit- Querträgers. Dabei stellt sich automatisch der richtige Abstand der Konsole 12 am vierten Anbindungspunkt 26 zum Cockpit-Querträger ein. Dadurch wird die Konsole 12 in verspannungsarmem Zustand mit dem vierten Anbindungspunkt 26 schwingungsresistent an der Karosserie festgelegt. Durch die verspannungsfreie Montage der Konsole 12 ist die Lenkspindel 16 störungsfrei im Mantelrohr 11 beweglich.
Die Konsole 12 wird mittels Schrauben 20, 20a in Befestigungsbohrungen (nicht dargestellt) an dem Cockpit-Querträger befestigt. Durch die Vierpunkt-Anbindung der Konsole 12 wirkt die vierte Anbindung mit dem Befestigungselement 30 so selbstausgleichend, dass die Anbindungspunkte 25 in einer Ebene liegen, der vierte Anbindungspunkt 26 jedoch nicht in dieser Ebene liegen muss und gleichwohl eine stabile Verbindung hergestellt ist. Durch die Anbindung im vierten Anbindungspunkt wird praktisch keine Verspannung in die Konsole 12 induziert. Um einen optimalen Toleranzausgleich zu gewährleisten, sollte die Schraube 20a an dem vierten Anbindungspunkt 26 mit dem Befestigungselement 30 als letztes und mit dem gleichen Drehmoment wie die anderen Schrauben 20 angezogen werden.
An der dem Lenkrad abgewandten Seite ist die Konsole 12 beispielsweise derart ausgestaltet, dass sie eine zur Längsachse des Mantelrohrs 11 senkrechte Durchgangsbohrung 21 besitzt, die mit einem nicht dargestellten Lagerbolzen durchsetzt wird, der mit dem Mantelrohr 11 verbunden ist. Die Konsole 12 ist an der dem Lenkrad zugewandten Seite mit dem ersten Schlittenteil 14 befestigt.
Die Erfindung ist nicht auf das angegebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Insbesondere kann das Befestigungselement 30 auch auf der dem Lenkrad zugewandten Seite in der Konsole 12 angeordnet sein. Weiterhin kann das Befestigungselement 30 als Gummi- und/oder Stahl-Element oder mit ähnlichen Toleranz ausgleichenden, verschraubbaren Elementen ausgebildet sein.

Claims

Anbindung für ein Bauteil (12) an einem Trägerkörper, insbesondere für eine Konsole zur Halterung einer längs- und höhenverstellbare Lenksäule eines Fahrzeuges, bei der das Bauteil (12) in wenigstens drei Anbindungspunkten (25) gegenüber dem Trägerkörper festgelegt ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein vierter Anbindungspunkt (26) vorgesehen ist, in dem das Bauteil (12) mittelbar über ein Befestigungselement (30) an dem Trägerkörper fixierbar ist.
Anbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der vierte Anbindungspunkt (26) in seinem Abstand gegenüber einer durch die drei Anbindungspunkte (25) aufgespannten Ebene im Wesentlichen unabhängig von der Ebene am Trägerkörper fixierbar ist.
Anbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement (30) so ausgebildet ist, dass beim Befestigen des Bauteils (10) in seinem zumindest vierten Anbindungspunkt (26) das Befestigungselement (30) mit dem Trägerkörper verkeilbar ist.
Anbindung nach der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement (30) einen aufweitbaren Spreizkörper (31) aufweist.
Anbindung nach der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Teil des Spreizkörper (31) in eine Bohrung (18a) des Bauteils (12) eingepresst ist und ein zweiter Teil des Spreizkörpers (31) aus der Bohrung (18a) des Bauteils (12) in Richtung einer Befestigungsbohrung des Trägerkörpers hinausragt.
Anbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement (30) einen Aufweitkörper (32) aufweist, der bei einer Bewegung in einer Aufweitbewegungsrichtung den Spreizkörper (31) auf weitet.
Anbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die drei ersten Anbindungspunkte (25) mit einem Gewinde festlegbar sind.
Anbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Befestigungselemente (30) vorgesehen sind.
Anbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens fünf Anbindungspunkte (25, 26) vorgesehen sind.
Befestigungselement zur Anbindung eines Bauteils (12) an einem Trägerkörper, insbesondere einer Konsole zur Halterung einer Lenksäule eines längs- und höhenverstellbaren Lenkrads eines Fahrzeuges, bei der das Bauteil (12) in wenigstens drei Anbindungspunkten (25) gegenüber dem Trägerkörper festgelegt ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Befestigung des Bauteils ein aufweitbarer Spreizkörper (31) vorgesehen ist.
Befestigungselement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Aufweitkörper (32) vorgesehen ist, der bei einer Bewegung in einer Aufweitbewegungsrichtung den Spreizkörper (31) aufweitet.
Befestigungselement nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufweitkörper (32) als Mutter ausgebildet ist, die beim Anziehen eines Befestigungsmittels (20a) in den Spreizkörper (31) hineinziehbar ist.
Befestigungselement nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufweitkörper (32) eine Nase (35) aufweist.
Befestigungselement nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Spreizkörper (31) als Hülse mit wenigstens einer Nut (33) ausgebildet ist, in die die Nase (35) zum Aufweiten des Spreizkörpers (31) eingreift.
Befestigungselement nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufweitkörper (32) konisch ausgebildet ist, wobei sich sein Umfang zum Spreizkörper (31) hin verjüngt.
Verwendung eines Befestigungselements nach einem der Ansprüche 10 bis 15 zur Anbindung einer Konsole (12), die zur Halterung einer Lenksäule ausgebildet ist, an einem Trägerkörper in einem Fahrzeug.