DE102005022202A1

DE102005022202A1 - Vorrichtung und Verfahren zum kraftschlüssigen Verbinden von Bauteilen

Info

Publication number: DE102005022202A1
Application number: DE200510022202
Authority: DE
Inventors: Thomas Dipl.-Ing. Laufer (BA)
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2005-05-13
Filing date: 2005-05-13
Publication date: 2006-07-13

Abstract

Die Erfindung schlägt eine Vorrichtung (1) und ein Verfahren zum kraftschlüssigen Verbinden von zwei Bauteilen (10, 20) vor. Die Vorrichtung (1) umfasst dabei ein erstes Bauteil (10) mit einer ersten Ausnehmung (11), ein zweites Bauteil (20) mit einer zweiten Ausnehmung (22), eine Schraube (65) und eine Gewindehülse (30), welche mit dem ersten Bauteil (10) verschraubt und zur Anlage an das zweite Bauteil (20) bringbar ist. DOLLAR A Erfindungsgemäß weist die Gewindehülse (30) auf der dem zweiten Bauteil (20) gegenüberliegenden Seite einen Werkzeugaufnahmebereich (42) auf, in den ein Werkzeug einbringbar ist, mittels welchem die relative Lage der Gewindehülse (30) zum zweiten Bauteil (20) einstellbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum kraftschlüssigen Verbinden von Bauteilen gemäß den Merkmalen der Oberbegriffe der Ansprüche 1 und 8.

Aus der DE 41 02 455 A1 ist eine Schraubverbindung für ein zwischen zwei Flanschen eingebundenes Bauteil bekannt. Dabei wird eine Gewindehülse verwendet, deren Innengewinde als Rechtsgewinde und deren Außengewinde als Linksgewinde ausgebildet ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum kraftschlüssigen Verbinden von Bauteilen anzugeben, die nur wenige Komponenten umfasst, sowie ein entsprechendes Verfahren zum Verbinden von Bauteilen anzugeben.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich der Vorrichtung mit den Merkmalen des der Ansprüche 1 und hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale des Anspruchs 8 gelöst.

Die Erfindung schlägt vor, eine gattungsgemäße Vorrichtung zum kraftschlüssigen Verbinden von zwei Bauteilen dahingehend zu entwickeln, dass die Gewindehülse auf der dem zweiten Bauteil gegenüberliegenden Seite einen Werkzeugaufnahmebereich aufweist, in den ein Werkzeug einbringbar ist, mittels welchem die relative Lage der Gewindehülse zum zweiten Bauteil einstellbar ist. Dadurch kann der Abstand zwischen den beiden Bauteilen dahingehend durch die Gewindehülse überwunden werden, dass die Gewindehülse mit einem Werkzeug, welches im Werkzeugaufnahmebereich mit der Gewindehülse verbunden wird, solange in Richtung des zweiten Bauteils verbracht wird, bis die Gewindehülse an diesem Bauteil kraftschlüssig anliegt. Bei einer nachfolgenden Verschraubung der beiden Bauteile wird damit ein Verspannen der beiden Bauteile gegeneinander wirksam verhindert.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Gewindehülse überwiegend rohrförmig ausgestaltet und weist zumindest abschnittsweise einen mehrkantigen Innenquerschnitt auf. Der rohrförmig ausgestaltete, mehrkantige Innenquerschnitt, der beispielsweise die Form eines Innensechskant (Inneninbus) oder eine Torxform aufweisen kann, dient als Werkzeugaufnahmebereich. Entsprechende Werkzeuge mit korrespondierender Werkzeugform können zwecks Verbringung der Gewindehülse leicht aufgenommen werden.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung durchsetzt die erste Ausnehmung das erste Bauteil in einem Bereich vollständig und weist zwei Abschnitte mit unterschiedlichen Innendurchmessern auf, wobei der Abschnitt mit dem größeren Durchmesser einen Gewindegang aufweist. In diesem Abschnitt ist die Gewindehülse angeordnet, wobei der Gewindegang in einer vorteilhaften Ausführungsform in Form eines Feingewindes ausgeführt ist. Dadurch kann die Gewindehülse sehr genau zur Anlage am zweiten Bauteil verbracht werden.

Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass der Innendurchmesser des Abschnitts ohne Gewindegang größer ist als die lichte Weite des Querschnitts der Gewindehülse im Werkzeugaufnahmebereich. Dadurch ist es möglich mit einem Werkzeug durch die Ausnehmung im ersten Bauteil zum Werkzeugaufnahmebereich der Gewindehülse zu gelangen. Ein Zugang zur Gewindehülse zwischen den beiden Bauteilen wird damit überflüssig.

In vorteilhafter Weise weist der Kopf der Schraube einen Bundradius auf, der größer ist, als die Summe aus Radius der Ausnehmung des ersten Bauteils plus Radius des kleineren Durchmessers der Gewindehülse. Hierdurch wird gewährleistet, dass auch bei maximaler Exzentrizität der Lage der Schraube gegenüber der Gewindehülse eine sichere Anlage des Schraubenkopfes an der Oberfläche des ersten Bauteils gewährleistet ist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das Feingewinde, über welches das erste Bauteil mit der Gewindehülse verbunden ist, zumindest teilweise mit einem zusätzlichen Material beschichtet. Dieses zusätzliche Material bewirkt eine Spaltluftverringerung im Feingewinde zwischen dem ersten Bauteil und der Gewindehülse, wodurch ein Verdrehwiderstand erhöht wird. Dadurch wird ein unbeabsichtigtes Verdrehen der Gewindehülse beispielsweise durch Vibrationen verhindert. Die Beschichtung kann beispielsweise aus einem metallischen Material oder einem Kunststoff bestehen.

Das kraftschlüssige Verbinden von zwei Bauteilen mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgt wie folgt:
Die Gewindehülse wird in die Ausnehmung des ersten Bauteils eingeschraubt. Zeitlich parallel oder vor bzw. nach diesem Schritt erfolgt die Montage des zweiten Bauteils relativ zum ersten Bauteil. Sodann wird ein Montagewerkzeug kraftschlüssig mit der Gewindehülse verbunden und die Gewindehülse mittels des Montagewerkzeugs in eine Anlageposition an dem zweiten Bauteil verbracht. Danach wird das Montagewerkzeug wieder entfernt. Durch die Ausnehmung des ersten Bauteils und die Gewindehülse wird die Schraube geführt und sodann in der Ausnehmung des zweiten Bauteils bis zum Erreichen eines vorgegebenen Anzugmoments des Schraubenkopfes am ersten Bauteil verschraubt. Selbstverständlich kann die Schraube am ersten Bauteil mit bekannten Sicherungsmaßnahmen, beispielsweise durch eine formschlüssige Verbindung, gegen unbeabsichtigtes Verdrehen gesichert werden.

Zum Lösen der kraftschlüssigen Verbindung muss lediglich die Schraube entfernt werden.

Weitere Vorteile können der Zeichnung entnommen werden, in der Ausführungsbeispiele angegeben sind, die nachfolgend näher erläutert werden.
Dabei zeigen:
1 einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung und
2 einen Ausschnitt eines Längsschnitts durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung gem. 1, wobei zwei weitere Ausführungsbeispiele dargestellt sind.
Gleiche oder gleichwirkende Bauteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 sind im Nachfolgenden mit gleichen Bezugszeichen versehen.
In 1 sei mit Bezugszeichen 10 ein erstes Bauteil, beispielsweise eine Halterung, versehen. An diesem ersten Bauteil 10 ist über eine nicht weiter dargestellte und lediglich angedeutete Verbindung 55, beispielsweise eine Schraub- oder Steckverbindung, ein zweites Bauteil 20 befestigt.
Um das zweite Bauteile 20 über eine weitere Verbindung 60 an dem ersten Bauteil 10 befestigen bzw. abstützen zu können, weist das erste Bauteil 10 eine Ausnehmung 11 in Form einer Durchgangsbohrung mit Innengewinde 14 auf. In diese Durchgangsbohrung 11 ist eine Gewindehülse 30 eingeschraubt. Die Gewindehülse 30 weist in ihrem Inneren zwei Bereiche 35, 40 mit unterschiedlichen Durchmessern 36 bzw. Querschnitten 41 auf. Im dem zweiten Bauteil 20 zugewandten ersten Bereich 35 ist der Querschnitt kreisförmig ausgeführt. Im dem zweiten, vom zweiten Bauteil 20 abgewandten Bereich 40, der durch einen Absatz 45 vom ersten Bereich 35 getrennten ist, weist die Gewindehülse 30 einen Werkzeugaufnahmebereich 42 in Form eines rohrförmigen, mehrkantigen Innenquerschnitts auf. Dieser Innenquerschnitt kann beispielsweise in einer Innensechskant- oder Torxform ausgebildet sein.
Die Gewindehülse 30 liegt mit ihrem in 1 dargestellten linken Ende des ersten Bereichs 35 an einer dem ersten Bauteil 10 zugewandten Oberfläche 21 des zweiten Bauteils 20 an. Dabei umschließt die Gewindehülse 30 eine Ausnehmung 22 in dem zweiten Bauteil 20 ringförmig. In diese Ausnehmung 22 ist ein Innengewinde 24 eingearbeitet.
Eine Bundschraube 65 durchdringt die Gewindehülse 30 und ist in der Ausnehmung 22 des zweiten Bauteils 20 verschraubt. Dabei liegt die Schraube 65 mit ihrem Kopf 66, besser gesagt mit dem Bund 67 des Schraubenkopfes 66 an der Oberfläche 15 einer vom zweiten Bauteil 20 abgewandten Seite des ersten Bauteils 10 ringförmig an.
In 1 ist ein kartesisches Koordinatensystem 75 angegeben, welches zu Festlegung der im Raum verlaufenden Achsen für die Beschreibung im Weiteren dienen soll. Die in der Waagerechten verlaufende Achse sei die x-Achse, die senkrecht dazu verlaufende Achse sei die y-Achse. Die aus der Bildebene heraustretende Achse sei demnach die z-Achse.
Bedingt durch Fertigungstoleranzen kann es vorkommen, dass nach Montage der beiden Bauteile 10,20 mittels der ersten Verbindung 55 die Längsachse 13 der Ausnehmung bzw. Bohrung 11 im ersten Bauteil 10 und die Längsachse 23 der zweiten Ausnehmung bzw. Bohrung 22 im zweiten Bauteil 20 nicht zusammenfallen, sondern zueinander parallel mit Versatz verlaufen. Auch kann zwischen den beiden Bauteilen 10,20 ein Abstand 25 – gewollt oder durch Fertigungstoleranzen bzw. Fertigungsfehlern bedingt – vorliegen. Bei herkömmlicher Verschraubung könnte es unter teilweiser Verringerung des Bauteilabstandes zu unerwünschten Verspannungen in der ersten Verbindung 55 kommen.
Dieser Bauteilabstand 25 wird erfindungsgemäß durch die Gewindehülse 30 überwunden, indem die Gewindehülse 30 mittels eines in den Werkzeugaufnahmebereich 42 passenden, in den 1 und 2 nicht dargestellten Werkzeugs bis zur Anlage an das zweite Bauteil 20 verschraubt wird. Vorteilhafter Weise ist das Außengewinde 31 der Gewindehülse 30 und das korrespondierende Innengewinde 14 in der Bohrung 11 des ersten Bauteils 10 als Feingewinde ausgeführt. Dadurch ist die Lage der Gewindehülse 30 in x-Richtung sehr genau einstellbar.
Die Lage der Längsachse 68 der Schraube 65 in Bezug auf die Längsachse 32 der Gewindehülse 30 hängt von der Lage der beiden Ausnehmungen 11, 22 in den beiden Bauteilen 10, 20 zueinander ab. Bei Vorliegen eines Versatzes der Längsachsen 13, 23 der Ausnehmungen 11, 22 der beiden Bauteile 10, 20 in y- und/oder z-Richtung, erfolgt der Ausgleich mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1. Die Gewindehülse 30 weist einen Innendurchmesser 36 bzw. einen Querschnitt mit einer lichten Weite 41 auf, die der Schraube ein Durchdringen der Gewindehülse 30 mit einer Exzentrizität ermöglicht. Das bedeutet, die Längsachse 68 der Schraube 65 kann beabstandet von der Längsachse 32 der Gewindehülse 30 liegen. In den 1 und 2 verlaufen die beiden Längsachsen 32, 68 jedoch koaxial.
Die Bundschraube 65 ist in Bezug auf den Bohrungsdurchmesser 16 im ersten Bauteil 10 sowie auf den minimalen Durchmesser 36; 41 der Gewindehülse 30 derart bemessen, dass selbst bei maximal möglicher Exzentrizität der Schraube 65 gegenüber der Gewindehülse 30, der Bund 67 der Schraube 65 die Bohrung 16 in y-z-Richtung noch überdeckt.
Vorteil der in 1 dargestellten Ausführungsform ist, dass die Gewindehülse 30 von der in 1 dargestellten rechten Seite in die Bohrung 11 in negativer x-Richtung eingeschraubt werden kann.
Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 ist das zweite Bauteil 20 mit dem ersten Bauteil 10 sowohl über die Schraube 65 als auch über die Gewindehülse 30 reibschlüssig verbunden. Für die zwischen den beiden Bauteilen 10, 20 übertragbare Abstützkraft sind daher unter anderem die Flächen 50, 70, an denen sich die einzelnen Bauteile 10, 65; 20, 50 berühren, maßgeblich. Bei der Schraube 65 ist somit die Größe der Berührungsfläche 70 zwischen Schraubenkopfbund 67 und Oberfläche 15 des ersten Bauteils 10, bei der Gewindehülse 30 die Größe der Berührungsfläche 50 der an der Oberfläche 21 des zweiten Bauteils 20 anliegenden Gewindehülse 30 maßgeblich.
In den weiteren Ausführungsformen, die in 2 dargestellt sind, wird diesem Aspekt Rechnung getragen. Im unteren Teil der 2 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der die Gewindehülse 30 auf der zum zweiten Bauteil 20 gewandten Seite eine flanschähnliche Aufweitung 37 aufweist. Dadurch weist die Gewindehülse 30 eine gegenüber der Ausführungsform in 1 vergrößerte Anlagefläche 50 an dem zweiten Bauteil 20 auf, wodurch eine größere Haltekraft zwischen dem zweiten Bauteil 20 und der Gewindehülse 30 übertragen werden kann.
Die im oberen Teil der 2 dargestellte Ausführungsform weist neben der vergrößerten Anlagefläche 50 der Gewindehülse 30 auch eine vergrößerte Anlagefläche 67 seitens der Schraube 65 am ersten Bauteil 10 auf. Die Bohrung 11, 12 im ersten Bauteil 10 ist gegenüber der Bohrung 11 in 1 mit unterschiedlichen Durchmessern 11, 12 ausgeführt, wobei der Bereich mit dem geringeren Durchmesser 12 auf der dem zweiten Bauteil 20 abgewandten Seite des ersten Bauteils 10 angeordnet ist. Der geringere Durchmesser 12 ist jedoch größer als der Durchmesser 36 bzw. die lichte Weite 41 des Querschnitts der Gewindehülse 30 im Werkzeugaufnahmebereich 42, um den Zugang des Werkzeugs zur Gewindehülse 30 zu ermöglichen.
Im unteren Teil der 2 ist die Gewindehülse 30 in ihrem Inneren durchgängig als Werkzeugaufnahmebereich 42 mit entsprechender Formgebung ausgeführt. Ein derartiger einteiliger Innenquerschnitt kann einfach hergestellt werden.
Zur Erhöhung der Haft- und/oder Gleitreibung zwischen dem ersten Bauteil 10 und der Gewindehülse 30 kann das Feingewinde 14, 31 eine Beschichtung aufweisen, die ein Verschrauben der Gewindehülse 30 gegenüber dem ersten Bauteil 10 schwergängig macht. Es mag ausreichend sein, dass nur einige wenige Windungen des Gewindes 14, 31 mit einer derartigen Beschichtung versehen sind. Die Beschichtung kann beispielsweise aus einem Kunststoff bestehen. Möglich ist auch, die Passung der Feingewindepaarung reibungserhöhend auszuführen.

Claims

Vorrichtung (1) zum kraftschlüssigen Verbinden von zwei Bauteilen (10, 20) umfassend: – ein erstes Bauteil (10) mit einer ersten Ausnehmung (11), – ein zweites Bauteil (20) mit einer zweiten Ausnehmung (22), – eine Schraube (65) und – eine Gewindehülse (30), welche mit dem ersten Bauteil (10) verschraubt und zur Anlage an das zweite Bauteil (20) bringbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindehülse (30) auf der dem zweiten Bauteil (20) gegenüberliegenden Seite einen Werkzeugaufnahmebereich (42) aufweist, in den ein Werkzeug einbringbar ist, mittels welchem die relative Lage der Gewindehülse (30) zum zweiten Bauteil (20) einstellbar ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindehülse (30) überwiegend rohrförmig ausgestaltet ist und zumindest abschnittsweise einen mehrkantigen Innenquerschnitt aufweist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ausnehmung (11) – das erste Bauteil (10) in einem Bereich vollständig durchsetzt und – zwei Abschnitte mit unterschiedlichen Innendurchmessern (11, 12) aufweist, wobei der Abschnitt mit dem größeren Durchmesser (11) einen Gewindegang (14) aufweist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser (12) des Abschnitts ohne Gewindegang größer ist als die lichte Weite (41) des Querschnitts der Gewindehülse (30) im Werkzeugaufnahmebereich (42).
Vorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kopf (66) der Schraube (65) einen Bundradius (67) aufweist, der größer ist, als die Summe aus Radius der Ausnehmung (11; 12) des ersten Bauteils (10) Oplus Radius des kleineren Durchmessers (34; 41) der Gewindehülse (30).
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindehülse (30) am Außenumfang ein mit dem Gewindegang (14) im ersten Bauteil (10) korrespondierenden Feingewindegang (31) aufweist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Feingewinde (14; 31) zumindest teilweise mit einem zusätzlichen Material beschichtet ist.
Verfahren zum kraftschlüssigen Verbinden von zwei Bauteilen (10, 20), gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: – Einschrauben einer Gewindehülse (30) in eine Ausnehmung (11) eines ersten Bauteils (10) und – Montage eines zweiten Bauteils (20) relativ zum ersten Bauteil (10), wobei diese beiden Verfahrensschritte zeitlich in beliebiger Reihenfolge oder auch parallel zueinander ausgeführt werden können, – herstellen einer kraftschlüssigen Verbindung zwischen der Gewindehülse (30) und einem Montagewerkzeug, – verbringen der Gewindehülse (30) in eine Anlageposition an dem zweiten Bauteil (20) mittels des Montagewerkzeugs, – entfernen des Montagewerkzeugs, – einführen einer Schraube (65) in das erste Bauteil (10) und in die Gewindehülse (30) und – Einschrauben der Schraube (65) in eine Ausnehmung (22) des zweiten Bauteils (20) bis zum Erreichen eines vorgegebenen Anzugmoments des Schraubenkopfes (66) am ersten Bauteil (10).