DE102005040403A1

DE102005040403A1 - Befestigungsanordnung an Kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE102005040403A1
Application number: DE200510040403
Authority: DE
Inventors: Hilmar Schulze; Stefan Niemeyer; Maik Wiesehahn
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2005-08-26
Filing date: 2005-08-26
Publication date: 2007-03-01

Abstract

Die Aufgabe, eine Befestigungsanordnung an Kraftfahrzeugen zwischen zumindest einem Kunststoffbauteil (1) und zumindest einem metallenen Strukturbauteil (2), welche infolge Wärmeeintrag durch Lackierprozesse o. a. einer unterschiedlichen Wärmeausdehnung unterliegen, zu schaffen, die bei Erzielung eines hohen Festsitzes des Verbundes dennoch Relativbewegungen der miteinander verbundenen Bauteile infolge Wärmeeintrag und besagter Wärmeausdehnung derselben gestattet, wird im Wesentlichen dadurch gelöst, dass das zumindest eine Kunststoffbauteil (1) mit dem zumindest einen metallenen Strukturbauteil (2) vermittels wenigstens eines mechanischen Befestigungselementes (3) durch eine ein Langloch (4) ausbildende Aussparung im Kunststoffbauteil (1) hindurch am metallenen Strukturbauteil (2) derart festgelegt ist, dass eine Relativbewegung in Richtung der größten Erstreckung des Langloches (4) zwischen dem Kunststoffbauteil (1) und dem metallenen Strukturbauteil (2) infolge des besagten Wärmeeintrages und damit einhergehender unterschiedlicher Wärmeausdehnung gestattet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Befestigungsanordnung an Kraftfahrzeugen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Befestigungsanordnungen an Kraftfahrzeugen zur festen, jedoch lösbaren Befestigung eines Anbauteils an ein Strukturbauteil sind in den vielfältigsten Ausführungsformen bekannt. Überwiegend werden hierfür mechanische Befestigungselemente, wie Schrauben, Niete, Clinche u. dgl. mehr in Anwendung gebracht. Seit geraumer Zeit finden in immer größerem Maße als Anbauteile Kunststoffteile Verwendung, die ihrerseits an Strukturbauteilen der Fahrzeugkarosserie aus Metall festgelegt werden. Des Weiteren ist man bestrebt, einen derartigen Zusammenbau dieversen Lackierprozessen zu unterziehen, wobei dabei ein Wärmeeintrag zu verzeichnen ist, um das Aushärten des Lacks zu gewährleisten und/oder zu beschleunigen. In der Praxis hat sich nunmehr gezeigt, dass aufgrund der unterschiedlicher Wärmekoeffizienten der verwendeten Werkstoffe die untereinander verbundenen Bauteile infolge Wärmeeintrag einer unterschiedlichen Wärmeausdehnung unterliegen, die ihrerseits bei einer festen Verbindung der Bauteile zu einem Verziehen der Strukturen und ggf. zu Beschädigungen insbesondere der Kunststoffbauteile führen kann. Hier setzt die nachfolgend beschriebene Erfindung an.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Befestigungsanordnung an Kraftfahrzeugen zu schaffen, die bei Erzielung eines hohen Festsitzes des Verbundes dennoch Relativbewegungen der miteinander verbundenen Bauteile infolge Wärmeeintrag und unterschiedlicher Wärmeausdehnung derselben gestattet.

Ausgehend von einer Befestigungsanordnung an Kraftfahrzeugen zwischen zumindest einem Kunststoffbauteil und zumindest einem metallenen Strukturbauteil, welche infolge Wärmeeintrag durch Lackierprozesse o. a. einer unterschiedlichen Wärmeausdehnung unterliegen, wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass das zumindest eine Kunststoffbauteil mit dem zumindest einen metallenen Strukturbauteil vermittels wenigstens eines mechanischen Befestigungselementes durch eine ein Langloch ausbildende Aussparung im Kunststoffbauteil hindurch am metallenen Strukturbauteil derart festgelegt ist, dass eine Relativbewegung in Richtung der größten Erstreckung des Langloches zwischen dem Kunststoffbauteil und dem metallenen Strukturbauteil infolge des besagten Wärmeeintrages und damit einhergehender unterschiedlicher Wärmeausdehnung gestattet ist. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Längsseiten des Langloches durch je ein in Grenzen flexibles Deformationselement zur kraft- und formschlüssigen Aufnahme einer weitestgehend zylindrischen Buchse gebildet, die ihrerseits von dem mechanischen Befestigungselement durchdrungen und vermittels desselben am metallenen Strukturbauteil fest angeordnet ist. Weiter wird vorgeschlagen, dass die an der Außenmantelfläche der Buchse anliegende Kontaktfläche eines jeden Deformationselementes eine wellenförmige Kontur aufweist. Ferner kann den Deformationselementen jeweils wenigstens ein auf eine maximal zulässige Seitenverschiebung derselben abstimmbarer Seitenanschlag zugeordnet sein. Wie die Erfindung noch vorsieht, kann zumindest einer Stirnseite des Langloches ein in dasselbe hineinreichender und an eine maximale Relativbewegung in Längsrichtung des Langloches zwischen dem Kunststoffbauteil und dem metallenen Strukturbauteil abstimmbarer Buchsenanschlag zugeordnet sein. Vorzugsweise ist besagte Buchse aus Metall gebildet. Des Weiteren kann dieselbe an ihrem zum metallenen Strukturbauteil weisenden Ende einen Radialsteg aufweisen. Weiterhin wird im Sinne der Erfindung vorgeschlagen, dass der Außendurchmesser des die Buchse durchdringenden Befestigungselementes kleiner dem Innendurchmesser der Buchse gewählt ist, so dass während der Montage in Grenzen eine Einstellbarkeit des Kunststoffbauteils zum metallenen Strukturbauteil in radialer Richtung der Buchse gestattet ist. Was das mechanische Befestigungselement anbelangt, ist dieses zweckmäßigerweise durch eine Schraube, einen Niet o. dgl. gebildet. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Maßnahme ist zwischen dem auf der Buchse aufliegenden Schraubenkopf o. dgl. und dem Kunststoffbauteil eine Unterlegscheibe aus Kunststoff zur Vermeidung von Lackschäden am Kunststoffteil während einer Relativbewegung zwischen Kunststoffbauteil und metallenem Strukturbauteil infolge Wärmeeintrag angeordnet. In Fortbildung der Erfindung wird fernerhin vorgeschlagen, dass das Kunststoffbauteil durch einen Kotflügel und das metallene Strukturbauteil durch eine A-Säule des Kraftfahrzeugs gebildet sind, wobei das metallenen Strukturbauteil/die A-Säule zur Aufnahme des Kunststoffbauteils/des Kotflügels ein oder mehrere Haltebleche aufweist, an denen das Kunststoffbauteil/der Kotflügel vermittels besagter mechanischer Befestigungselemente festgelegt ist. Schließlich wird vorgeschlagen, dass das metallenen Strukturbauteil in Form der A-Säule mit einer Kunststoffabdeckung in Form eines Außenhautbauteils versehen ist, die sich ihrerseits bis in den Anschlussbereich zwischen metallenem Strukturbauteil und Buchse erstreckt.

Die vorgeschlagene Befestigungsanordnung hat im Hinblick auf herkömmliche den wesentlichen Vorteil, dass eine Längenausdehnung im Bauteil, vorliegend im Kunststoffbauteil, in eine bestimmte Richtung gezielt zugelassen werden kann, ohne den erforderlichen Festsitzes des Verbundes zwischen dem Kunststoffbauteil und dem metallenen Strukturbauteil zu gefährden. Weiterhin ist ein Toleranzausgleich während der Montage zwischen den Verbindungspartnern gewährleistet und sind Beschädigungen an den Bauteilen infolge einer Wärmeausdehnung vermieden. Des Weiterhin sind derartige Befestigungsanordnungen einfach und kostengünstig herstellbar, da die relativ komplizierte Struktur des Langloches bereits unmittelbar bei der Fertigung des Kunststoffbauteils durch das Werkzeug, beispielsweise Spritzgusswerkzeug, vorgegeben wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:
1 die erfindungsgemäße Befestigungsanordnung in einer Schnittansicht gem. einer ersten Ausgestaltungsform,
2 den Schnitt A-A nach 1
3 die perspektivische Ansicht auf eine A-Säule eines Kraftfahrzeugs mit einem daran vermittels der erfindungsgemäßen Befestigungsanordnung festgelegten Kotflügel,
4 die Schnittdarstellung einer zweiten Ausgestaltungsform der Befestigungsanordnung zur Verwendung an einem Bauteileverbund gem. 3.
Die 1 und 2 zeigen danach äußerst schematisch eine Befestigungsanordnung an einem Kraftfahrzeug zwischen zumindest einem Kunststoffbauteil 1 und zumindest einem metallenem Strukturbauteil 2, welche infolge Wärmeeintrag durch beispielsweise Lackierprozesse o. a. Maßnahmen einer unterschiedlichen Wärmeausdehnung unterliegen.
Wie bereits einleitend dargetan, kann es aufgrund der unterschiedlicher Wärmekoeffizienten der verwendeten Werkstoffe Metall, beispielsweise Stahl oder Aluminium, und Kunststoff bei einer festen Verbindung zu einem Verziehen der Strukturen und ggf. zu Beschädigungen insbesondere des Kunststoffbauteiles 1 führen.
Um diesem Problem zu begegnen, ist das Kunststoffbauteil 1 mit dem metallenen Strukturbauteil 2 vermittels wenigstens eines mechanischen Befestigungselementes 3 durch eine ein Langloch 4 ausbildende Aussparung im Kunststoffbauteil 1 hindurch am metallenen Strukturbauteil 2 derart festgelegt, dass eine Relativbewegung in Richtung der größten Erstreckung des Langloches 4 zwischen dem Kunststoffbauteil 1 und dem metallenen Strukturbauteil 2 infolge eines Wärmeeintrages gestattet ist (2).
Vorliegend ist das mechanische Befestigungselement 3 durch eine Schraube gebildet, die ihrerseits durch das Langloch 4 und eine Bohrung im metallenen Strukturbauteil 2 hindurch geführt und in eine am Strukturbauteil 2 festgelegte Schweißmutter 5 einschraubbar ist.
Die Erfindung beschränkt sich jedoch nicht auf eine derartige Ausgestaltung, sondern umfasst jedwede geeignete Art der Befestigung. So kann beispielsweise auch ein Stehbolzen mit. Gewinde am Strukturbauteil 2 befestigt sein, welcher das Langloch 4 durchdringt und auf welchem eine Mutter zur Festlegung des Kunststoffteils 1 am metallenen Strukturbauteil 2 aufschraubbar ist. Ebenso kann statt einer Schraube auch ein an sich bekannter Niet Verwendung finden (nicht näher gezeigt).
Innerhalb des Langloches 4 ist des Weiteren eine weitestgehend zylindrische Buchse 6 angeordnet, die ihrerseits im Langloch 4 kraft- und formschlüssig gehalten und von besagtem Befestigungselement 3 durchdrungen ist. Die Buchse 6 ist vorzugsweise aus Metall gebildet, kann jedoch aus jedem anderen geeigneten Werkstoff, beispielsweise auch aus Kunststoff bestehen.
Um bei der bevorzugten Ausführung des Befestigungselementes 3, nämlich einer Schraube zu bleiben, stützt sich die Buchse 6 einerends am Schraubenkopf 7 und anderenends am metallenen Strukturbauteil 2 ab und ist somit fest, d. h., ortsfest am Strukturbauteil 2 angeordnet.
Besagter Kraft- und Formschluss zwischen der im Langloch 4 angeordneten Buchse 6 und dem Kunststoffbauteil 1 wird derart bewerkstelligt, dass die Längsseiten des Langloches 4 durch je ein in Grenzen flexibles Deformationselement 8 gebildet sind.
Die beiden gegenüberliegend angeordneten Deformationselemente 8 sind vorliegend durch flexible Aufnahmestege gebildet, die ihrerseits während der Montage der Buchse 6 in Grenzen nach außen in vorbereite Freiräume 9 ausweichen können. In die Freiräume 9 ist jeweils ein Seitenanschlag 10 eingeformt, der seinerseits hinsichtlich der aktuell gewünschten maximal zulässigen Seitenverschiebung der Buchse 6 leicht auf dieselbe abstimmbar ist, beispielsweise vermittels des Werkzeugs zur Herstellung des Kunststoffbauteils 1 und/oder durch Nachbearbeitung der Seitenanschläge 10.
Die an der Außenmantelfläche der Buchse 6 jeweils anliegende Kontaktfläche der Deformationselemente 8 weist eine wellenförmige Kontur auf, wodurch in Verbindung mit den Anpresskräften eine einfache Selbstzentrierung der Buchse 6 innerhalb des Langloches 4 gewährleistet ist. Nach Montage des Befestigungselementes 3, vorliegend der Schraube, ist die Buchse 6 fixiert.
Um ferner eine hohe Standsicherheit der Buchse 6 auf dem metallenen Strukturbauteil 2 zu gewährleisten, verfügt dieselbe zweckmäßigerweise an ihrem zum Strukturbauteil 2 weisenden Ende über einen Radialsteg 11.
Wie den 1 und 2 leicht zu entnehmen ist, ist der Außendurchmesser des die Buchse 6 durchdringenden Befestigungselementes 3 kleiner dem Innendurchmesser der Buchse 6 gewählt. Durch diese vorteilhafte Maßnahme ist während der Montage der Befestigungsanordnung in Grenzen eine Einstellbarkeit des Kunststoffbauteils 1 zum metallenen Strukturbauteil 2 in radialer Richtung der Buchse 6 umlaufend um den gewählten Betrag „b" gestattet, so dass besonders einfach ein etwaiger Toleranzausgleich ermöglicht wird.
2 zeigt des Weiteren an den Stirnseiten des Langloches 4 je einen in dasselbe hineinreichenden Buchsenanschlag 12. Diese Buchsenanschläge 12 begrenzen ihrerseits die maximale Relativbewegung zwischen dem Kunststoffbauteil 1 und dem metallenen Strukturbauteil 2 in Längsrichtung des Langloches 4 (gestrichelt gezeichnete Buchse 6). Auch die Buchsenanschläge 12 sind leicht auf die jeweils gewünschte maximal zugelassene freie Wärmeausdehnung des Kunststoffbauteils 1, beispielsweise vermittels des Werkzeugs zur Herstellung desselben und/oder durch Nachbearbeitung der Buchsenanschläge 12, abstimmbar.
Ist die Montage der Befestigungsanordnung beendet, ist bei Wärmeausdehnung eine Verschiebung des Kunststoffbauteils 1 mit seinen Deformationselementen 8 in Längsrichtung (x-Richtung) des Langlochs 4 entlang der Buchse 6 bis zum betreffenden Buchsenanschlag 12 zu verzeichnen. Nachteilige Verspannungen insbesondere des Kunststoffbauteils 1 werden vorteilhaft vermieden.
Zur Vermeidung von Lackschäden am lackierten Kunststoffbauteil 1 während der Bewegung desselben in Längsrichtung des Langloches 4, ist zwischen dem Kunststoffbauteil 1 und dem auf der Buchse 6 aufliegenden Schraubenkopf 7 eine Unterlegscheibe 13 vorzugsweise aus Kunststoff angeordnet.
Eine bevorzugte Anwendungsmöglichkeit der vorstehend beschriebenen Befestigungsanordnung wird insbesondere bei der Befestigung eines Kunststoffbauteils 1 in Form eines Kotflügels an einem metallenen Strukturbauteil 2 in Form einer A-Säule gesehen.
3 zeigt einen derartigen Bauteileverbund, wobei der Kotflügel (Kunststoffbauteil 1) vermittels dreier Schrauben (Befestigungselemente 3) an der A-Säule (Strukturbauteil 2) festgelegt ist. Erfolgt eine mit einem Wärmeeintrag verbundene Lackierung insbesondere des Kunststoffbauteils 1/Kotflügels beispielsweise in Wagenfarbe, kann herkömmlich ein nachteiliges Verziehen insbesondere des Kunststoffbauteils 1/Kotflügels kaum vermieden werden. Durch die erfindungsgemäße Befestigungsanordnung wird diesem Umstand wirkungsvoll begegnet.
4 zeigt die erfindungsgemäße Befestigungsanordnung, wobei das metallene Strukturbauteil 2/die A-Säule zur Aufnahme des Kunststoffbauteils 1/des Kotflügels ein oder mehrere vorliegend abgewinkelte Haltebleche 14 aufweist, an denen das Kunststoffbauteil 1/der Kotflügel vermittels besagter mechanischer Befestigungselemente 3 festgelegt ist. Die Haltebleche 14 sind vorzugsweise durch Punktschweißung oder vermittels nicht näher gezeigter mechanischer Befestigungselemente mit dem Strukturbauteil 2/der A-Säule fest verbunden
Als äußerst vorteilhaft hat sich eine Kunststoffabdeckung 15 für das Strukturbauteil 2/die A-Säule in Form eines sogenannten Außenhautbauteils bewährt, welches das metallene Strukturbauteil 2/die A-Säule abdeckt und sich dabei bis in den Anschlussbereich zwischen dem Strukturbauteil 2/die A-Säule und der Buchse 6 erstreckt respektive vermittels der Buchse 6 am Halteblech 14 festgelegt wird. Gesonderte Befestigungspunkte für die Kunststoffabdeckung 15 sind in diesem Bereich somit entbehrlich.
Durch diese Maßnahme wird zum einen verhindert, dass ein wesentlicher Wärmeeintrag in das Strukturbauteil 2 eingebracht wird, welches die Relativbewegung zwischen dem Strukturbauteil 2 und dem Kunststoffbauteil 1 unbestimmbarer macht, als wenn „nur" ein Bauteil, vorliegend das Kunststoffbauteil 1, einen Wärmeeintrag erfährt. Zum anderen ist die Möglichkeit gegeben, das metallene Strukturbauteil 2 mit einer UV-Strahlung-empfindlichen KTL-Beschichtung (KTL = kathodisch tauchlackiert) zu versehen. Diese Beschichtung wird dann durch besagte Kunststoffabdeckung 15 vor UV-Strahlung geschützt. Wenn die Kunststoffabdeckung 15 bereits die gewünschte Wagenfarbe aufweist, ist es lediglich erforderlich, die benachbarten Bauteile, wie das Kunststoffbauteil 1/den Kotflügel in Wagenfarbe zu lackieren.

1: Kunststoffbauteil
2: Strukturbauteil
3: Befestigungselement
4: Langloch
5: Schweißmutter
6: Buchse
7: Schraubenkopf
8: Deformationselement
9: Freiräume
10: Seitenanschlag
11: Radialsteg
12: Buchsenanschlag
13: Unterlegscheibe
14: Halteblech
15: Kunststoffabdeckung

Claims

Befestigungsanordnung an Kraftfahrzeugen zwischen zumindest einem Kunststoffbauteil (1) und zumindest einem metallenen Strukturbauteil (2), welche infolge Wärmeeintrag durch Lackierprozesse o. a. einer unterschiedlichen Wärmeausdehnung unterliegen, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Kunststoffbauteil (1) mit dem zumindest einen metallenen Strukturbauteil (2) vermittels wenigstens eines mechanischen Befestigungselementes (3) durch eine ein Langloch (4) ausbildende Aussparung im Kunststoffbauteil (1) hindurch am metallenen Strukturbauteil (2) derart festgelegt ist, dass eine Relativbewegung in Richtung der größten Erstreckung des Langloches (4) zwischen dem Kunststoffbauteil (1) und dem metallenen Strukturbauteil (2) infolge des besagten Wärmeeintrages und damit einhergehender unterschiedlicher Wärmeausdehnung gestattet ist.
Befestigungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsseiten des Langloches (4) durch je ein in Grenzen flexibles Deformationselement (8) zur kraft- und formschlüssigen Aufnahme einer weitestgehend zylindrischen Buchse (6) gebildet sind, die ihrerseits von dem mechanischen Befestigungselement (3) durchdrungen und vermittels desselben am metallenen Strukturbauteil (2) fest angeordnet ist.
Befestigungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die an der Außenmantelfläche der Buchse (6) anliegende Kontaktfläche eines jeden Deformationselementes (8) eine wellenförmige Kontur aufweist.
Befestigungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass den Deformationselementen (8) jeweils wenigstens ein auf eine maximal zulässige Seitenverschiebung derselben abstimmbarer Seitenanschlag (10) zugeordnet ist.
Befestigungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer Stirnseite des Langloches (4) ein in dasselbe hineinreichender und an eine maximale Relativbewegung in Längsrichtung des Langloches (4) zwischen dem Kunststoffbauteil (1) und dem metallenen Strukturbauteil (2) abstimmbarer Buchsenanschlag (12) zugeordnet ist.
Befestigungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Buchse (6) vorzugsweise aus Metall gebildet ist.
Befestigungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Buchse (6) an ihrem zum metallenen Strukturbauteil (2) weisenden Ende einen Radialsteg (11) aufweist.
Befestigungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser des die Buchse (6) durchdringenden Befestigungselementes (3) kleiner dem Innendurchmesser der Buchse (6) gewählt ist, so dass während der Montage in Grenzen eine Einstellbarkeit des Kunststoffbauteils (1) zum metallenen Strukturbauteil (2) in radialer Richtung der Buchse (6) gestattet ist.
Befestigungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das mechanische Befestigungselement (3) durch eine Schraube, einen Niet o. dgl. gebildet ist.
Befestigungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem auf der Buchse (6) aufliegenden Schraubenkopf (7) o. dgl. und dem Kunststoffbauteil (1) eine Unterlegscheibe (13) aus Kunststoff zur Vermeidung von Lackschäden am lackierten Kunststoffbauteil (1) während einer Relativbewegung zwischen Kunststoffbauteil (1) und metallenem Strukturbauteil (2) infolge Wärmeeintrag angeordnet ist.
Befestigungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffteil (1) durch einen Kotflügel und das metallene Strukturbauteil (2) durch eine A-Säule des Kraftfahrzeugs gebildet sind, wobei das metallene Strukturbauteil (2)/die A-Säule zur Aufnahme des Kunststoffbauteils (1)/des Kotflügels ein oder mehrere Haltebleche (14) aufweist, an denen das Kunststoffbauteil (1)/der Kotflügel vermittels besagter mechanischer Befestigungselemente (3) festgelegt ist.
Befestigungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das metallenen Strukturbauteil (2) in Form der A-Säule mit einer Kunststoffabdeckung (15) in Form eines Außenhautbauteils versehen ist, die sich ihrerseits bis in den Anschlussbereich zwischen metallenem Strukturbauteil (2) und Buchse (6) erstreckt.