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Die
Erfindung betrifft ein Befestigungssystem zur Befestigung eines
Funktionselementes an einem Gehäuse
sowie ein Verfahren zur Befestigung eines Funktionselements an einem
Gehäuse
mit einem derartigen Befestigungssystem.
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Zur
Befestigung von Funktionselementen an einem Gehäuse sind verschiedene form-,
kraft- und stoffschlüssige
Verbindungen bekannt. Üblicherweise
werden insbesondere im Automobilbereich Funktionselemente zum möglichen
Austausch mittels Schrauben am Gehäuse befestigt. Insbesondere
ist es üblich,
Stellvorrichtungen über
Schraubverbindungen beispielsweise an einem Gehäuse eines Saugrohres zu befestigen.
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Durch
den ständig
kleiner werdenden zur Verfügung
stehenden Bauraum in modernen Verbrennungsmotoren ist es häufig notwendig,
die Stellvorrichtungen bereits vor dem Einbau beispielsweise eines
darüber
anzuordnenden Saugrohres am Motor zu befestigen, da die Verschraubungsstellen
sonst nicht erreichbar sind. Nachteilhaft an derartigen Ausführungen
ist es auch, dass bei einem Ausfall eines derartig angeordneten
Funktionselementes dieses nicht ohne Ausbau der darüber liegenden
Teile ausgetauscht werden kann.
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Daher
ist es Aufgabe der Erfindung ein Befestigungssystem und ein entsprechendes
Verfahren zur Befestigung eines Funktionselementes an einem Gehäuse bereit
zu stellen, mittels derer es möglich wird,
Funktionselemente auch an schwierig zugänglichen Positionen beispielsweise
im Motorraum eines Kraftfahrzeuges zu montieren und auszutauschen.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Befestigungssystem zur Befestigung eines
Funktionselementes an einem Gehäuse
gelöst
mit:
zumindest einem Verspannungsdom, der am Gehäuse ausgebildet
ist und eine Nut aufweist,
einem Befestigungsdom, der am Gehäuse ausgebildet
ist,
zumindest einem ersten Trägerelement, welches mit dem
Funktionselement fest verbunden ist und in die Nut des zumindest
einen Verspannungsdomes einschiebbar ist und einem am entgegengesetzten
Ende des Funktionselementes angeordneten zweiten Trägerelement,
welches auf einer Auflagefläche
des Befestigungsdomes aufliegt und kraft-, form- oder stoffschlüssig fest
mit dem Befestigungsdom verbunden ist,
wobei die Nut des zumindest
einen Verspannungsdomes in Richtung des Befestigungsdomes weist
und in Abstand zu einer durch die Auflagefläche des Befestigungsdomes aufgespannten
Ebene angeordnet ist, so dass das zumindest eine erste Trägerelement
im befestigten Zustand verspannt ist.
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Diese
Aufgabe wird auch durch ein entsprechendes Verfahren zur Befestigung
eines Funktionselementes an einem Gehäuse mit einem derartigen Befestigungssystem
mit folgenden Schritten gelöst:
- a) Befestigen der Trägerelemente am Funktionselement,
- b) Einschieben des zumindest einen ersten Trägerelementes in die Nut des
zumindest einen Verspannungsdomes des Gehäuses,
- c) Herunterdrücken
des zweiten Trägerelementes in
Richtung zur Auflagefläche
des Befestigungsdoms,
- d) Befestigen des zweiten Trägerelementes
am Befestigungsdom.
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Durch
ein derartiges Befestigungssystem beziehungsweise Verfahren zur
Befestigung muss lediglich die eine Befestigungsstelle frei zugänglich sein,
um das gesamte Funktionselement einbauen, und bei Verwendung einer
Schraube als Befestigungsmittel austauschen zu können. Durch dieses ermöglichte
seitliche Einschieben der Trägerelemente
in die Nut werden die Freiheitsgrade bezüglich der Richtung, von der
aus das Funktionselement auf das Gehäuse gesetzt wird, deutlich
erhöht.
Zusätzlich sind
weniger Montageschritte erforderlich, da nur noch ein Befestigungsmittel
verwendet werden muss.
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In
einer bevorzugten Ausführung
weist der Befestigungsdom eine Bohrung mit einem Innengewinde auf
und das zweite Trägerelement
weist eine Durchgangsbohrung auf, durch die eine Schraube steckbar
ist, die in das Innengewinde der Bohrung des Befestigungsdomes schraubbar
ist. Somit besteht nicht nur die Möglichkeit einer Befestigung
bei eingeschränkten
Platzverhältnissen
sondern zusätzlich
die Möglichkeit
zur Demontage und Wiederbefestigung.
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In
einer weiterführenden
Ausführungsform ist
am Gehäuse
zwischen dem zumindest einen Verspannungsdom und dem Befestigungsdom
zumindest ein Entspannungsdom angeordnet, dessen Auflagefläche in der
Ebene, die durch die Auflagefläche des
Befestigungsdomes aufgespannt ist, angeordnet ist, wobei das Funktionselement
zwischen dem Befestigungsdom und dem Entspannungsdom angeordnet
ist, so dass das zumindest eine Trägerelement über den Entspannungsdom gespannt
ist. Dieser Entspannungsdom minimiert eine auf das Funktionselement
wirkende Axialkraft weitestgehend. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft,
wenn das Funktionselement durch diese Befestigung an weitere nachfolgende
Elemente gekoppelt werden soll.
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Vorzugsweise
nimmt der Abstand der Nut von der Ebene in Richtung zum Befestigungsdom
ab. Dies führt
zu einer leichteren Einführbarkeit
des ersten Trägerelementes
in die Nut und zu einer festeren Verspannung des Trägerelementes
wodurch der Sitz des Funktionselementes an der vorgegebenen Position
zusätzlich
gefestigt wird.
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Vorteilhafterweise
korrespondiert die Form der Nut im zumindest einen Verspannungsdom
derart zur Form des zumindest einen ersten Trägerelementes, dass das Trägerelement
in der Nut in einer Bewegungsrichtung senkrecht zur Verbindungsstrecke
zwischen dem Verspannungsdom und dem Befestigungsdom fixiert ist.
Dies lässt
sich beispielsweise durch ringförmige
Nuten verwirklichen, welche mit Trägerarmen korrespondieren, die
an ihrem eingesteckten Ende eine halbkreisförmige Ausnehmung besitzen.
Da durch das Befestigungsmittel am Befestigungsdom das Funktionselement
in der Bewegungsrichtung auf der Verbindungsstrecke zwischen den
Domen bereits fixiert ist, ist eine solche Fixierung senkrecht zu
dieser Bewegungsrichtung ausreichend um das gesamte Funktionselement
in allen drei Achsen zu befestigen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist durch die Befestigung der Trägerelemente
das Funktionselement an ein aus dem Gehäuse ragendes Funktionsbauteil
gekoppelt. Bei richtiger Ausgestaltung der Trägerelemente beziehungsweise
des Abstandes der Dome oder der Nut zur Befestigungsbohrung kann
somit beispielsweise durch Formschluss eine automatische Kopplung
des Funktionselementes an ein weiterführendes Funktionsbauteil erfolgen.
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Vorteilhaft
ist eine derartige Ausführung
insbesondere wenn das Funktionselement eine Stellvorrichtung ist
und das aus dem Gehäuse
ragende Funktionsbauteil eine Welle ist.
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In
einer weiterführenden
Ausführungsform bilden
die Trägerelemente
einen einstöckig
hergestellten Tragrahmen, wodurch die Anzahl der Einzelteile verkleinert
wird.
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In
einer weiteren Ausführungsform
sind die Trägerelemente
einstückig
mit einem Gehäuseteil des
Funktionselementes hergestellt, so dass bereits bei der Montage
des Funktionselementes automatisch die Trägerelemente fixiert sind.
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Es
wird deutlich, dass ein derartiges Befestigungssystem eine hohe
Montagefreundlichkeit mit einer sehr guten Erreichbarkeit zum Auswechseln beziehungsweise
Einbauen des Funktionselementes verbindet. Des Weiteren werden Montageschritte
dadurch eingespart, dass lediglich ein Befestigungsmittel benötigt wird
und gleichzeitig eine Fixierung des Funktionselementes zu allen
Achsen des Raumes erfolgt.
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Zwei
Ausführungsbeispiele
sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben.
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1 zeigt
ein erfindungsgemäßes Befestigungssystem
am Beispiel einer mit einer Welle zu koppelnden Stellvorrichtung
mit lediglich zwei am Gehäuse
ausgebildeten Domen in Seitenansicht.
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2 zeigt
eine Draufsicht auf das Befestigungssystem der 1.
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3 zeigt
eine Seitenansicht eines alternativen Befestigungssystems am Beispiel
einer Stellvorrichtung als Funktionselement, bei dem drei Dome am
Gehäuse
ausgebildet sind, in Seitenansicht.
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4 zeigt
eine Draufsicht des Befestigungssystem gemäß 3.
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5a) bis d) zeigen die einzelnen Verfahrensschritte
zur Befestigung eines Funktionselementes an einem Gehäuse für ein Befestigungssystem entsprechend
der 3 und 4 in Seitenansicht.
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Das
in den 1 und 2 dargestellte Befestigungssystem
besteht aus einem Funktionselement 1 in Form einer Stellvorrichtung
sowie einem Gehäuse 2,
welches beispielsweise das Gehäuse
eines Saugrohres sein kann. Am Gehäuse 2 sind zwei Verspannungsdome 3, 4 sowie
ein Befestigungsdom 5 ausgebildet, der eine Bohrung 6 mit
einem Innengewinde aufweist. Die beiden Verspannungsdome 3, 4 weisen
jeweils eine Nut 7, 8 auf, welche in einem Abstand
zu einer durch eine Auflagefläche 9 des
Befestigungsdomes 5 aufgespannten Ebene 10 angeordnet
sind. In vorliegender Ansicht befindet sich somit die Nut 7, 8 unterhalb
der Auflagefläche 9,
also näher
zum Gehäuse 2.
Die Nuten 7, 8 sind derart angeordnet, dass sie
in Richtung zum Befestigungsdom 5 ansteigen, also ihr Abstand
zur durch die Auflagefläche 9 aufgespannten
Ebene 10 abnimmt. Die Nuten 7, 8 sind
derart geformt, dass sie zu zwei ersten Trägerelementen 11, 12 korrespondieren.
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Im
vorliegenden Ausführungsbeispiel
weisen die Verspannungsdome 3, 4 einen etwa kreisförmigen Querschnitt
auf. Über
den halben Umfang der Dome 3, 4 erstrecken sich
die zum Befestigungsdom 5 gerichteten Nuten 7, 8,
welche eine im Wesentlichen konstante Tiefe aufweisen. Entsprechend
weisen die Trägerelemente 11, 12 an ihren
mit den Nuten 7, 8 korrespondierenden Enden halbkreisförmige Ausschnitte
auf, deren Radius im Wesentlichen dem Restradius der Dome 3, 4 im
Bereich der Nuten 7, 8 entspricht. Diese beiden
ersten Trägerelemente 11, 12 sind
fest mit dem Funktionselement 1 verbunden. Zusätzlich ist
am gegenüberliegenden
Ende des Funktionselementes 1 ein zweites Trägerelement 13 angeordnet,
in dem eine Bohrung 14 ausgebildet ist. Das Trägerelement 13 ist
ebenso fest mit dem Funktionselement 1 verbunden, wie die
beiden ersten Trägerelemente 11, 12.
Nach dem Einstecken der Trägerelemente 11, 12 in
die Nuten 7, 8 kann nun das Funktionselement durch
eine als Befestigungsmittel dienende Schraube 15 fixiert
werden, welche durch die Durchgangsbohrung 14 in das Innengewinde
der Bohrung 6 greift. Durch entsprechende Auslegung der
Längen
der Trägerelemente 11, 12, 13 wird
es somit möglich,
dass Funktionselement 1 exakt an einer Position anzuordnen,
an der durch das Festschrauben eine automatische Kopplung zu einem
Funktionsbauteil 16 erfolgt, welches in vorliegender Ausführung als
Wellenstumpf dargestellt ist und beispielsweise als Stellwelle für Klappen
dienen kann.
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Statt
der Schraube 15 und dem Innengewinde sowie der Durchgangsbohrung 14 können an
diesem Befestigungsdom 5 auch andere Verbindungstechniken
genutzt werden. So ist sowohl eine Befestigung über Nieten als auch durch Schweißen, Klipsen
oder andere kraft-, form- oder stoffschlüssige Verbindungen denkbar.
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Es
wird deutlich, dass durch den geringeren Abstand der Nuten 7, 8 zur
Gehäuseoberfläche als der
Auflagefläche 9 des
Befestigungsdomes 5 die Trägerelemente 11, 12 beim
Festschrauben der Schraube 15 verspannt werden. Hierdurch
werden insbesondere Vibrationen des Funktionselementes 1 im
eingebauten Zustand verringert, da die halbkreisförmigen Ausnehmungen
fest gegen den korrespondierenden Umfang der Verspannungsdome 3, 4 gedrückt werden.
Während
ein axiales Verschieben auf der Verbindungslinie zwischen den Domen 3 oder 4 und 5 durch
die Schraube 15 verhindert wird, wird eine Bewegung senkrecht
hierzu durch das formschlüssige
Ineinandergreifen der Ausnehmungen der Trägerelemente 11, 12 in
die Nuten 7, 8 der Verspannungsdome 3, 4 vermieden.
Hierdurch wird eine Fixierung in alle Achsrichtungen durch eine
derartige Befestigung mit einer Schraube 15 oder aber anderen
Verbindungen zwischen dem Trägerelement 13 und
dem Befestigungsdom 5 erreicht.
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In
einer verbesserten Ausführungsform
gemäß der 3 und 4,
welche insbesondere bei einer gewünschten Bewegungsübertragung
zwischen dem Funktionselement 1 und dem Funktionsbauteil 16 sinnvoll
ist, sind zusätzlich
zwei Entspannungsdome 17, 18 zwischen den Verspannungsdomen 3, 4 und
dem Funktionselement 1 anzuordnen, da hierdurch ein axiales
Verspannen des Funktionselementes 1 gegenüber dem
Funktionsbauteil 16 verhindert werden kann. Gleiche Elemente
sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Es
ist zu erkennen, dass durch die Anordnung der Entspannungsdome 17, 18 eine
gleichmäßige axial
nicht verspannte Lage des Funktionselementes 1 erreicht
wird, falls die Oberkante 19 der Entspannungsdome 17, 18 in
der durch die Auflagefläche 9 aufgespannten
Ebene 10 des Befestigungsdomes 5 angeordnet ist.
Somit ergibt sich eine definierte gerade Lage des Funktionselement 1 zum
Gehäuse 2 und
somit zum Funktionsbauteil 16. Die Verspannung und somit
fixierte Lage erfolgt im Bereich zwischen den Vetspannungsdomen 3, 4 und
den Entspannungsdomen 17, 18 in diesem Ausführungsbeispiel.
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In
den Abbildungen a) bis d) der 5 ist zu erkennen,
welche Montageschritte zur Befestigung des Funktionselementes 1 am
Gehäuse 2 zu
vollziehen sind. Nachdem die Trägerelemente 11, 12, 13 entweder
am Funktionselement 1 befestigt sind oder aber einstückig mit
einem Gehäuseteil
des Funktionselementes 1 hergestellt sind, werden die halbkreisförmig ausgeschnittenen
Enden der Trägerelemente 11, 12 in
die Nuten 7, 8 eingeschoben. Im eingeschobenen
Zustand liegen die Trägerelemente 11, 12 somit
mit ihren ersten Enden in den Nuten 7, 8, während sie
in ihrem weiteren Verlauf, insbesondere ihrem entgegengesetzten
Endbereich auf den Entspannungsdomen 17, 18 aufliegen,
so dass das Funktionselement 1 in diesem Zustand im freien Raum
schwebt. Anschließend
wird das Funktionselement 1 im Bereich des zweiten Trägerelementes 13 in
Richtung zur Auflagefläche 9 des
Befestigungsdomes 5 gedrückt, bis eine Auflage des Trägerelementes 13 auf
der Auflagefläche 9 des
Domes 5 erreicht wird.
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Im
vorliegenden Ausführungsbeispiel
fädelt sich
dabei automatisch ein Wellenstumpf 20 des als Stellvorrichtung
dienenden Funktionselementes 1 in das Funktionsbauteil 16 beziehungsweise
die aus dem Gehäuse 2 ragenden
Welle ein. In dieser Stellung kann nun die Schraube 15 durch
die Durchgangsbohrung 14 in die Bohrung 6 geführt und
dort im Innengewinde des Befestigungsdomes 5 verschraubt
werden oder auf andere Art die Befestigung des Trägerlementes 13 am
Befestigungsdom 5 erfolgen. In jedem Fall wird das Funktionselement 1 unter vorliegender
Verspannung der Trägerelemente 11 und 12 zwischen
den Domen 3, 4 und 17, 18 befestigt.
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Es
sollte klar sein, dass auch eine Befestigung mit nur einem ersten
Trägerelement
und entsprechend nur einem Verspannungsdom und gegebenenfalls Entspannungsdom
ausreichen kann. Dies ist je nach Einbauort und gegebenen Platzverhältnissen
anpassbar. Entscheidend ist hier lediglich, dass die Form der entsprechenden
Nut zur Form des Endes des Trägerelementes
korrespondiert und die Längen
entsprechend aufeinander abgestimmt sind. Ebenso ist auch eine andere
Formgebung der Nut beziehungsweise des Endes des Trägerelementes denkbar,
wobei lediglich beachtet werden muss, dass ein seitliches Sichern
zur Einschubrichtung durch einen Formschluss gewährleistet wird.
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Es
sollte auch deutlich sein, dass die Erfindung nicht auf das vorliegende
Beispiel eines als Stellvorrichtung ausgeführten Funktionselementes mit
Ankopplung zu einer Welle beschränkt
ist, sondern auch andere Bauteile derartig befestigt werden können. Beachtet
werden muss, dass das für
die Trägerelemente
verwendete Material entsprechenden Biegespannungen standhält.