DE102005019185A1

DE102005019185A1 - Verbindung von zwei Bauteilen mittels eines bolzenartig ausgebildeten Verbindungselementes

Info

Publication number: DE102005019185A1
Application number: DE200510019185
Authority: DE
Inventors: Stefan Wanczura
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2005-04-25
Filing date: 2005-04-25
Publication date: 2006-10-26

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbindung von zwei Bauteilen (1 und 2), insbesondere einer Fahrzeugstruktur, mittels eines bolzenartig ausgebildeten Verbindungselementes (4). Die Bauteile (1 und 2) beinhalten jeweils eine kegelige Aufnahmebohrung (1a bzw. 2a), in die ein mit einer kegelförmigen Mantelfläche (4a) versehenes Verbindungselement (4) eingesetzt ist. Dieses Verbindungselement (4) weist einen durch radiales Aufweiten formschlüssig mit der kegeligen Aufnahmebohrung (2a) eines der Bauteile (2) verriegelbaren Abschnitt (4d, 4e) auf.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbindung von zwei Bauteilen, insbesondere einer Fahrzeugstruktur, mittels eines bolzenartig ausgebildeten Verbindungselementes.
Bei einer modularen Bauweise von Schienenfahrzeugen soll die Fahrzeugstruktur – im Gegensatz zu den auch üblichen Integralbauweisen – aus segmentierten Untergruppen erstellt werden, zu denen insbesondere die Seitenwände, das Untergestell, das Dach und die Kopftragstruktur gehören. Diese Untergruppen werden separat vorgefertigt und ausgerüstet und müssen anschließend mit geeigneten Verbindungselementen zusammengefügt werden. An diese Fügestellen und die dortigen Verbindungselemente werden hohe Anforderungen gestellt, vor allen hinsichtlich einer einfachen, kostengünstigen Gestaltung, einer kompakten Bauweise und einer leichten Montage bei reproduzierbaren, konstanten Ergebnissen. Außerdem werden ein Ausgleich von Fertigungstoleranzen, eine einseitige Montierbarkeit (beispielsweise von der Fahrzeugaußenseite), eine hohe Kraftübertragung und eine Wiederlösbarkeit verlangt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verbindung mit den gattungsgemäßen Merkmalen so auszubilden, dass die zuvor genannten Anforderungen erfüllt sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Bauteile jeweils eine kegelige Aufnahmebohrung beinhalten, in die ein mit einer kegelförmigen Mantelfläche versehenes Verbindungselement einsetzt ist, das einen durch radiales Aufweiten formschlüssig mit der kegeligen Aufnahmebohrung eines der Bauteile verriegelbaren Abschnitt aufweist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Im Weiteren wird die Erfindung anhand von zwei Ausführungsbeispielen näher beschrieben, die in der Zeichnung jeweils prinzipartig dargestellt sind. Es zeigen
1 ein Verbindungselement als Einzelteil in einer ersten Ausführungsform,
2 eine mit dem Element nach 1 hergestellte Verbindung von zwei Bauteilen,
3 ein Verbindungselement als Einzelteil in einer zweiten Ausführungsform,
4 eine mit dem Element nach 3 hergestellte Verbindung von zwei Bauteilen.
Die Verbindung wird in Bereichen eingesetzt, in denen hohe Kräfte einzuleiten sind, z. B. in Verbindungsbereichen zwischen einer Seitenwand 1 und einem Untergestell 2 eines Schienenfahrzeuges.
Das Blech der Seitenwand 1 und das Außenlangträgerblech des Untergestelles 2 enthalten jeweils eine kegelige Aufnahmebohrung 1a bzw. 2a, die nach dem Heranbringen der Seitenwand 1 an das Untergestell 2 in einer gemeinsamen Mittelachse 3 angeordnet sind. In diese kegeligen Aufnahmebohrungen 1a und 2a ist ein bolzenartiges Verbindungselement 4 mit einer kegelförmigen Mantelfläche 4a eingesetzt, welches in der Lage ist, hohe Schubkräfte zwischen der Seitenwand 1 und dem Untergestell 2 zu übertragen. Der Kegelwinkel der Aufnahmebohrungen 1a und 2a und der kegelförmigen Mantelfläche 4a des Verbindungselementes 4 liegt im Bereich der Selbsthemmung, so dass eine axiale Sicherungswirkung für das Verbindungselement 4 besteht.
Beim Einsetzen des Verbindungselementes 4 wird dieses zunächst durch eine axiale Kraft in die kegeligen Aufnahmebohrungen 1a und 2a gedrückt. Dadurch werden eventuelle Unrundheiten der Aufnahmebohrungen 1a und 2a durch elastische und/oder plastische Verformungen ausgeglichen. Die günstige Folge ist eine vollflächige Anlage der kegelförmigen Mantelfläche 4a des Verbindungselementes 4 gegen die Kegelflächen der Aufnahmebohrungen 1a und 2a. Außerdem werden in diesem Bereich die Oberflächen der Bauteile 1, 2 und 4 unter eine Druckvorspannung gesetzt, die positive Eigenschaften bei dynamischer Belastung bewirkt.
Das Verbindungselement 4 weist eine zylindrische Bohrung 4b für einen Innendorn 5 auf, der dazu bestimmt ist, die kegelförmige Mantelfläche 4a mit den Aufnahmebohrungen 1a und 2a mechanisch zu verriegeln. Für diese Verriegelung hat das Verbindungselement 4 in der kegelförmigen Mantelfläche 4a eingeformte Rillen und dadurch gebildete Zähne 4c, die sich bei der Verriegelung in die Oberfläche der Aufnahmebohrung 2a einarbeiten. Die mechanische Verriegelung wird in den beiden Ausführungsbeispielen auf unterschiedliche Weise erzielt:
Gemäß 1 und 2 hat das Verbindungselement 4 am Ende der zylindrischen Bohrung 4b für den Innendorn 5 eine kegelförmige Verjüngung 4d. Der eingesetzte Innendorn 5, der an seiner Stirnseite eine Aufweitung 5a besitzt und damit gegen Herausfallen gesichert ist, hat im Bereich der kegelförmigen Verjüngung 4d eine kegelförmige Andrehung 5b. Wird nun der aus dem Verbindungselement 4 ragende Kopf 5c des Innendornes 5 (siehe 2) in dieses Element 4 eingetrieben (durch z. B. einen Hammerschlag oder ein anderes Werkzeug, das einen Impuls erzeugt) bis der Kopf 5c planparallel mit dem Bundkragen des Verbindungselementes 4 ist, so werden eine radiale Aufweitung der kegelförmigen Verjüngung 4d und dadurch eine Verriegelung der Zähne 4c mit der kegelförmigen Mantelfläche 4a erreicht. Die zuvor genannte Planparallelität ist gleichzeitig ein optisches Erkennungsmerkmal, dass das Element 4 vollständig gesetzt und verriegelt ist. Diese Art der Ausführung eignet sich besonders für das Verbinden relativ starrer bzw. formstabiler Bauteilen 1 und 2 sowie für das Einbringen des Verbindungselementes 4 ohne spezielle Werkzeuge.
Wie aus den 3 und 4 ersichtlich ist, hat das Verbindungselement 4 am Ende seiner zylindrischen Bohrung 4b für den Innendorn 5, der hier als Nietnagel ausgeführt ist, eine Erweiterung 4e. Der eingesetzte Innendorn 5 hat an dieser Stelle eine kegelförmige Verdickung 5d. Am anderen Ende weist der Innendorn 5 eine Anzahl von Rillen 5e für eine Spannzange eines Setzwerkzeuges (Nietpistole) auf. Im Bereich des Bundkragens des Verbindungselementes 4 besitzt der Innendorn 5 eine Einschnürung 5f, welche als Sollbruchstelle dient und den Innendorn 5 bei einer definierten Kraft bündig mit dem Bundkragen abreißen lässt. Die innere Mantelfläche des Verbindungselementes 4 ist im Bereich der kegelförmigen Verdickung 5d des Innendornes 5 angestaucht und hat somit die Funktion einer Verliersicherung. Wird nun der Innendorn 5 über das Setzwerkzeug in axialer Richtung angezogen, so wird durch dessen kegelförmige Verdickung 5d der Bereich der Erweiterung 4e des Verbindungselementes 4 radial aufgeweitet und dadurch eine Verriegelung der Zähne 4b mit der der kegelförmigen Mantelfläche 4a erreicht. Bei einer definierten Kraft reißt der Innendorn 5 an der Einschnürung 5f bündig am Bundkragen des Verbindungselementes 4 ab (siehe 4), womit wiederum ein optisches Erkennungsmerkmal für das vollständig gesetzte und verriegelte Element 4 gegeben ist. Diese Art der Ausführung eignet sich vor allem für das Verbinden relativ dünnwandiger Bauteilen, bei denen die Gefahr einer plastischen Verformung (Beulung) besteht.
Für die in den 2 und 4 gezeigten Ausführungsbeispiele empfehlen sich als Montagereihenfolge:

• Ausrichten des Untergestelles 2
• Ansetzen der Seitenwand 1
• Einsetzen und Eintreiben des Verbindungselementes 4 in die Aufnahmebohrung (Selbsthemmung)
• Verriegeln durch Einschlagen des Innendornes 5 (2)
• Verriegeln durch Anziehen und Abreißen des Innendornes 5 (4)
• Optische Kontrolle der montierten Verbindung (Bündigkeit des Innendornes 5 bzw. dessen bündiger Abriss)

1: Seitenwand
1a: kegelige Aufnahmebohrung
2: Untergestell
2a: kegelige Aufnahmebohrung
3: Mittelachse
4: Verbindungselement
4a: kegelförmige Mantelfläche
4b: zylindrische Bohrung
4c: Zähne
4d: kegelförmige Verjüngung
4e: Erweiterung
5: Innendorn
5a: Aufweitung
5b: kegelförmige Andrehung
5c: Kopf
5d: kegelförmige Verdickung
5e: Rillen
5f: Einschnürung

Claims

Verbindung von zwei Bauteilen (1 und 2), insbesondere einer Fahrzeugstruktur, mittels eines bolzenartig ausgebildeten Verbindungselementes (4), dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile (1 und 2) jeweils eine kegelige Aufnahmebohrung (1a bzw. 2a) beinhalten, in die ein mit einer kegelförmigen Mantelfläche (4a) versehenes Verbindungselement (4) einsetzt ist, das einen durch radiales Aufweiten formschlüssig mit der kegeligen Aufnahmebohrung (2a) eines der Bauteile (2) verriegelbaren Abschnitt (4d, 4e) aufweist.
Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für das radiale Aufweiten des verriegelbaren Abschnittes (4d, 4e) des Verbindungselementes (4) ein Innendorn (5) vorgesehen ist, der in einer zylindrischen Bohrung (4b) des Verbindungselementes (4) angeordnet ist und eine mit dem verriegelbaren Abschnitt (4d, 4e) zusammenwirkende kegelförmige Fläche (5b, 5d) aufweist.
Verbindung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (4) und ein Kopf (5c) des Innendornes (5) im montierten Zustand der Verbindung bündig zueinander angeordnet sind
Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der verriegelbare Abschnitt (4d, 4e) des Verbindungselementes (4) mit einer Verzahnung (4c) versehen ist.